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我国现有高等级公路的沥青路面基层与底基层大多采用半刚性材料进行铺筑,然而半刚性基层沥青路面表现出良好路用性能的同时,也存在严重的早期开裂及其引起的后期反射裂缝问题。近年来有学者提出在水泥稳定碎石材料中掺加乳化沥青,以缓解半刚性基层材料的收缩开裂。作为一种“刚柔并济”的新型复合材料,掺乳化沥青水泥稳定碎石的力学性能、收缩性能与疲劳性能的影响因素尚不明确,同时对该复合材料的微观机理研究较少,没有建立微观结构与宏观性能之间的联系,阻碍了该复合材料的推广与应用。
因此,本文采用文献调研、理论分析、室内试验相结合的技术手段,对不同乳化沥青掺量下水泥稳定碎石的力学性能、收缩性能与疲劳性能的影响规律进行了详细研究,并基于该性能指标对混合料的整体性能进行全面评价。最后,基于扫描电镜SEM与X射线元素能谱EDS法,研究了该复合材料的微观结构,并通过微观结构解释其宏观力学性能的变化规律。主要研究内容及成果如下:
(1)本文研究了不同乳化沥青掺量对水泥稳定碎石材料力学性能的影响规律,试验结果表明:乳化沥青的掺入导致混合料的无侧限抗压强度、劈裂强度与抗压回弹模量均有不同程度的下降,弯拉极限应变量与弯拉应变功得到一定程度的提高,且变化幅度与乳化沥青掺量成正比;而弯拉强度略有降低。
(2)本文研究了不同乳化沥青掺量对水泥稳定碎石材料收缩性能与疲劳性能的影响规律,试验结果表明:乳化沥青的掺入导致混合料的干缩应变与干缩系数出现较大程度的下降,温缩系数改善效果不明显;即乳化沥青对混合料收缩性能的改善主要是通过干缩性能来实现。且乳化沥青的掺入有效提高了混合料的长期疲劳寿命。
(3)本文对该复合材料的整体性能进行综合评价:乳化沥青的掺入在一定程度上降低了水泥稳定碎石的力学强度和刚度,但有效提高了其抗收缩性能、抗弯拉变形性能与长期疲劳性能。
(4)本文通过扫描电镜SEM法发现:掺加乳化沥青后混合料内部水泥水化产物骨架的外围包裹了大量轮廓清楚、亮白明晰、大小约4-6μm2片状的絮状凝胶复合产物,且与针状水化产物骨架网络相互交织,形成孔隙更小、结构更致密的复杂立体空间网络结构。之后通过Matlab对SEM图像进行灰度处理,从量化角度计算了混合料内部孔隙的变化情况。
(5)本文通过X射线元素能谱EDS法发现:复合材料微观结构元素占比最大的是氧元素,其次是钙。氧含量的大幅提高正好对应大量片状絮状凝胶水化产物的产生,该物质为沥青等有机物质与水化硅酸钙C-S-H凝胶、水化铝酸钙C-Al-H凝胶等水泥水化产物的结合体。之后基于微观结构解释了混合料宏观力学性能的变化规律。
最后,对进一步工作的方向进行了简要的讨论。
因此,本文采用文献调研、理论分析、室内试验相结合的技术手段,对不同乳化沥青掺量下水泥稳定碎石的力学性能、收缩性能与疲劳性能的影响规律进行了详细研究,并基于该性能指标对混合料的整体性能进行全面评价。最后,基于扫描电镜SEM与X射线元素能谱EDS法,研究了该复合材料的微观结构,并通过微观结构解释其宏观力学性能的变化规律。主要研究内容及成果如下:
(1)本文研究了不同乳化沥青掺量对水泥稳定碎石材料力学性能的影响规律,试验结果表明:乳化沥青的掺入导致混合料的无侧限抗压强度、劈裂强度与抗压回弹模量均有不同程度的下降,弯拉极限应变量与弯拉应变功得到一定程度的提高,且变化幅度与乳化沥青掺量成正比;而弯拉强度略有降低。
(2)本文研究了不同乳化沥青掺量对水泥稳定碎石材料收缩性能与疲劳性能的影响规律,试验结果表明:乳化沥青的掺入导致混合料的干缩应变与干缩系数出现较大程度的下降,温缩系数改善效果不明显;即乳化沥青对混合料收缩性能的改善主要是通过干缩性能来实现。且乳化沥青的掺入有效提高了混合料的长期疲劳寿命。
(3)本文对该复合材料的整体性能进行综合评价:乳化沥青的掺入在一定程度上降低了水泥稳定碎石的力学强度和刚度,但有效提高了其抗收缩性能、抗弯拉变形性能与长期疲劳性能。
(4)本文通过扫描电镜SEM法发现:掺加乳化沥青后混合料内部水泥水化产物骨架的外围包裹了大量轮廓清楚、亮白明晰、大小约4-6μm2片状的絮状凝胶复合产物,且与针状水化产物骨架网络相互交织,形成孔隙更小、结构更致密的复杂立体空间网络结构。之后通过Matlab对SEM图像进行灰度处理,从量化角度计算了混合料内部孔隙的变化情况。
(5)本文通过X射线元素能谱EDS法发现:复合材料微观结构元素占比最大的是氧元素,其次是钙。氧含量的大幅提高正好对应大量片状絮状凝胶水化产物的产生,该物质为沥青等有机物质与水化硅酸钙C-S-H凝胶、水化铝酸钙C-Al-H凝胶等水泥水化产物的结合体。之后基于微观结构解释了混合料宏观力学性能的变化规律。
最后,对进一步工作的方向进行了简要的讨论。