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摘 要：

為探究養(yǎng)護(hù)條件對(duì)半柔性路面材料抗裂性能的影響規(guī)律, 首先, 基于抗壓和抗折試驗(yàn), 表征了 2 種不同強(qiáng)度灌漿料在 3 種不同養(yǎng)護(hù)條件下的強(qiáng)度特性。其次, 基于彎拉荷載模式的半圓彎拉試驗(yàn) ( SCB) 和間接拉伸試驗(yàn) ( IDT) , 研究了灌注后的 2 種半柔性路面材料在 3 種不同養(yǎng)護(hù)條件下的宏觀抗裂力學(xué)性能。最后, 采用掃描電鏡 ( SEM) 分析了不同養(yǎng)護(hù)條件和不同養(yǎng)護(hù)齡期水泥基灌漿料的微觀結(jié)構(gòu), 揭示了養(yǎng)護(hù)溫度與養(yǎng)護(hù)濕度對(duì)水泥基灌漿材料的水化產(chǎn)物和分布的影響, 并結(jié)合宏觀力學(xué)性能探明了養(yǎng)護(hù)條件對(duì)抗裂性的作用機(jī)理瀝青網(wǎng)sinoasphalt.com。結(jié)果表明: 養(yǎng)護(hù)條件對(duì)漿料強(qiáng)度、 斷裂特性和微觀結(jié)構(gòu)均有明顯影響, 漿料 3 d 抗壓強(qiáng)度與 SCB 測(cè)試的峰值荷載具有較好的線性相關(guān)性; 在 25 ℃ 時(shí), 室溫養(yǎng)護(hù)條件 SFP 試件的抗裂性能最佳。在- 10 ℃ 時(shí), 普通型漿料的 SFP 試件在高溫養(yǎng)護(hù)時(shí)性能最佳, 早強(qiáng)型漿料的 SFP 試件則在室溫養(yǎng)護(hù)條件時(shí)性能最佳; 漿料微觀結(jié)構(gòu)致密程度與其抗壓抗折強(qiáng)度有較好的對(duì)應(yīng)性, 漿料微觀結(jié)構(gòu)致密時(shí) SFP 試件在 25 ℃ 具有較好的抗裂性能, 而漿料具有微孔結(jié)構(gòu), 與瀝青形成良好的界面連接, 其 SFP 試件在-10 ℃ 時(shí)具有較好的抗裂性能。研究結(jié)果對(duì)半柔性路面材料的鋪筑與應(yīng)用具有指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：道路工程; 半柔性路面; 試驗(yàn)研究; 養(yǎng)護(hù)條件; 抗裂性能; 微觀結(jié)構(gòu)

０ 引言

半柔性路面 ( Semi-flexible Pavement, SFP) 材料是在多孔隙的瀝青混合料中灌入水泥基灌漿料而形成的復(fù)合路面, 同時(shí)具有瀝青的柔性與水泥的剛性[1]。與普通路面不同, 半柔性路面具有水泥-瀝青雙骨架網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[2], 填充在瀝青混合料骨架間的水泥基灌漿料凝結(jié)硬化形成強(qiáng)度后, 水泥基材料與瀝青基骨架共同組成一種密實(shí)的路面材料[3]。其穩(wěn)定性優(yōu)于普通瀝青路面, 具有抗車轍、 耐油污、 抗水損等特點(diǎn)[4-5], 綜合路用性能較好, 被廣泛應(yīng)用于交叉道口、 機(jī)場(chǎng)跑道、 大型車輛停車場(chǎng)等特殊區(qū)域[6]。

在路面鋪筑過(guò)程中, 隨著溫度、 氣候、 開(kāi)放交通時(shí)間的不同, 半柔性路面材料中水泥基灌漿料的實(shí)際養(yǎng)護(hù)條件也不盡相同。傳統(tǒng)的水泥混凝土養(yǎng)護(hù)過(guò)程條件對(duì)其內(nèi)部物理化學(xué)反應(yīng)有重要影響, 能較顯著地改變其性能[7]。養(yǎng)護(hù)制度, 包括標(biāo)養(yǎng)、 蒸養(yǎng)等, 影響水泥材料水化結(jié)構(gòu)與性能。如蒸養(yǎng)會(huì)使水泥材料形成微結(jié)構(gòu)損傷, 從而導(dǎo)致斷裂能低、 脆性大等問(wèn)題[8]。研究者根據(jù)養(yǎng)護(hù)條件, 通過(guò)加入聚合物膠乳[9]、 吸水樹(shù)脂[10] 等材料調(diào)控水泥水化進(jìn)程,從而改善其力學(xué)性能與收縮特性[11-13]。

現(xiàn)階段對(duì)于半柔性路面材料的研究主要集中在材料設(shè)計(jì)與優(yōu)化[14-15]、 路用力學(xué)性能[16-18] 等。水泥基灌漿料在早期強(qiáng)度形成階段, 養(yǎng)護(hù)條件對(duì)其性能的影響鮮有研究。在實(shí)際工程中, 半柔性路面材料的養(yǎng)護(hù)環(huán)境因季節(jié)或施工工藝不同而有差別。例如夏季路面攤鋪后的剩余溫度較高, 漿料將在此高溫環(huán)境下養(yǎng)生而形成強(qiáng)度, 通常情況下灌漿料灌注于常溫瀝青混合料空隙中, 則其養(yǎng)生環(huán)境為常溫自然環(huán)境。因此, 本研究根據(jù)實(shí)際工程, 采用 3 種養(yǎng)護(hù)條件 (標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)、 室溫養(yǎng)護(hù)和高溫養(yǎng)護(hù)), 進(jìn)行半圓彎拉 (SCB) 試驗(yàn)和間接拉伸 (IDT) 試驗(yàn)研究半柔性路面材料的力學(xué)特性, 結(jié)合掃描電鏡 ( SEM) 考察不同養(yǎng)護(hù)條件下水泥的微觀結(jié)構(gòu), 分析養(yǎng)護(hù)條件對(duì)半柔性材料的性能影響。

1 試驗(yàn)原材料與制備方法

1. 1 原材料

本研究選用玄武巖集料、 石灰石礦粉和 SBS 瀝青。測(cè)試技術(shù)指標(biāo)根據(jù) 《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E42—2005) 和 《瀝青與瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E40—2011) 中相應(yīng)測(cè)試方法進(jìn)行試驗(yàn), 試驗(yàn)結(jié)果滿 足 《 公 路 瀝 青 路 面 施 工 技 術(shù) 規(guī) 范》 ( JTGF40—2004) 的要求。

本研究采用的 2 種灌漿料為實(shí)驗(yàn)室自制材料,分別為早強(qiáng)型 (E) 與普通型 (C)。通過(guò)將水泥與外加劑等按一定比例混合制得, 其中早強(qiáng)型灌漿料強(qiáng)度發(fā)展前期增長(zhǎng)較快, 普通型灌漿料的強(qiáng)度發(fā)展較平穩(wěn)。

改性劑為瀝青混合料改性劑, 主要用于改善瀝青-水泥材料界面的黏結(jié)性, 采用界面改性劑MA100。MA100 為淡黃色球形顆粒, 顆粒直徑為2 ~ 3 mm, 摻加方法為直接投入到瀝青混合料拌鍋中。

1. 2 瀝青混合料制備方法

多孔隙瀝青混合料最大公稱粒徑為 13 mm, 油石比為 3. 6%, 級(jí) 配 如 表 1 所 示。集 料 加 熱 溫 度 為175 ℃, 瀝青加熱溫度為 160 ℃, 混合料拌和溫度為175 ℃, 改性劑 MA100 直接投入到拌鍋中, 摻量占瀝青混合料質(zhì)量的 0. 3%。多孔隙瀝青混合料的性能指標(biāo)如表 2 所示。

1. 3 半柔性路面材料制備方法

按一定的水灰比 (普通型水灰比為 0. 26, 早強(qiáng)型水灰比為 0. 38) 將漿料干粉與水通過(guò)高速攪拌混合均勻, 制備具有較好流動(dòng)性的灌漿料。將灌漿料灌注到多孔隙瀝青混合料基體中, 并置于 3 種不同的養(yǎng)護(hù)條件環(huán)境: (1) 標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)為溫度 20 ℃ , 濕度90%的標(biāo)養(yǎng)室; (2) 高溫養(yǎng)護(hù)為溫度 80 ℃ , 濕度為15%的烘箱; (3) 室溫養(yǎng)護(hù)為溫度 25 ℃ , 濕度為60%的室內(nèi)自然環(huán)境。養(yǎng)護(hù)時(shí)間為 3 d 和 7 d。

按不同漿料與養(yǎng)護(hù)條件樣品標(biāo)記為普通型-標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù) ( Common-Standard, CS ), 普 通 型-室 溫 養(yǎng) 護(hù)(Common-Ambient Temperature, CA), 普通型-高溫養(yǎng)護(hù) ( Common-High Temperature, CH); 早強(qiáng)型-標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù) (Early Strength-Standard, ES), 早強(qiáng)型-室溫養(yǎng)護(hù) (Early Strength-Ambient Temperature, EA), 早強(qiáng)型-高溫養(yǎng)護(hù) (Early Strength-High Temperature, EH)。

1. 4 試驗(yàn)方法

(1) 漿料強(qiáng)度試驗(yàn)。將漿料成型 40 mm×40 mm×160 mm 3 連模試件, 帶模置于 3 種養(yǎng)護(hù)環(huán)境中, 養(yǎng)護(hù)至相應(yīng)齡期, 在水泥膠砂試驗(yàn)機(jī)上測(cè)定其抗壓、抗折強(qiáng)度。

(2) SCB 試 驗(yàn)。旋 轉(zhuǎn) 壓 實(shí) 成 型 尺 寸 為 直 徑100 mm, 高度 120 mm 的試件。將直徑 100 mm 的試件切割, 得到厚度為 50 mm 的半圓形試件。將半圓試件預(yù)切縫, 縫寬為 0. 5 mm, 深度為 15 mm。SCB測(cè)試兩支點(diǎn)間距為 0. 8 mm。測(cè)試溫度為 25 ℃ 時(shí)加載速率為 50 mm / min, 測(cè)試溫度為-10 ℃時(shí)加載速率為 10 mm / min。各項(xiàng)指標(biāo)計(jì)算式為:

式中, G 為斷裂能; W 為斷裂功; A 為斷裂面截面面積; FI 為柔性指數(shù); m 為力-位移曲線中力達(dá)到峰值后曲線的反彎點(diǎn)斜率; CRI 為斷裂指數(shù); Pmax 為峰值荷載。斷裂能 G 表征斷裂時(shí)所需的能量, G 值越大,材料抗彎拉性能越好。FI 表征材料柔韌性, FI 值越大, 表明材料柔韌性越好, 抗裂能力越強(qiáng)。| m | 值越小, 峰值后曲線越平緩, 材料失效速率越慢。CRI則綜合了斷裂能與荷載值, 其值越大, 材料性能越好。

(3) IDT 試驗(yàn)。試件為馬歇爾試件, 試驗(yàn)方法與指標(biāo)計(jì)算按 《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》 (JTGE20—2011) 進(jìn)行。測(cè)試溫度為 25 ℃ 時(shí),加載速率為 50 mm / min。測(cè)試溫度在-10 ℃時(shí)加載速率為 10 mm / min。

(4) 掃描電鏡 ( SEM) 分析。采用環(huán)氧浸漬終止水泥基材料水化, 烘干后用于 SEM 分析。試件破碎后選擇大小合適且具有平整斷裂面的試塊進(jìn)行噴金處理, 采用 SEM 觀察不同養(yǎng)生條件樣品的微觀形貌。

 2 結(jié)果與討論 

2. 1 漿料強(qiáng)度試驗(yàn)

測(cè)試不同養(yǎng)護(hù)環(huán)境中的漿料抗壓、 抗折強(qiáng)度,養(yǎng)護(hù)齡期為 7 d。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖 1。

由圖 1 可知, 不同養(yǎng)護(hù)條件對(duì)漿料強(qiáng)度有顯著影響。隨著養(yǎng)護(hù)溫度的升高, 普通型灌漿料 3 d 抗壓強(qiáng)度在室溫養(yǎng)護(hù)時(shí)最高, 抗折強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度規(guī)律一致。7 d 抗壓強(qiáng)度隨養(yǎng)護(hù)溫度增加而降低, 高溫養(yǎng)護(hù)抗壓強(qiáng)度為標(biāo)養(yǎng)強(qiáng)度的 90%, 室溫養(yǎng)護(hù)漿料抗壓強(qiáng)度居中。普通型灌漿料的抗折強(qiáng)度在室溫養(yǎng)護(hù)條件下最低, 僅為標(biāo)養(yǎng)抗折強(qiáng)度的 54. 6%。早強(qiáng)型灌漿料隨養(yǎng)護(hù)條件不同而導(dǎo)致的強(qiáng)度在 3 d 時(shí)有明顯差別, 隨養(yǎng)護(hù)溫度升高而增加, 而 7 d 強(qiáng)度隨養(yǎng)護(hù)條件變化相對(duì)較小。3 d 抗壓強(qiáng)度在高溫養(yǎng)護(hù)時(shí)最大, 而抗折強(qiáng)度則在室溫養(yǎng)護(hù)時(shí)最大。這是因?yàn)樵鐝?qiáng)型灌漿料水化較快, 其 3 h 強(qiáng)度可達(dá) 10. 8 MPa, 即高溫環(huán)境促進(jìn)了其水化進(jìn)程, 因此 3 d 高溫抗壓強(qiáng)度較大。但抗折強(qiáng)度在高溫時(shí)較小, 可能是因?yàn)楦邷氐膭×宜又邷貙?duì)試件內(nèi)水分的影響導(dǎo)致試件內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松。7 d 時(shí)由于水泥基材料的本征強(qiáng)度, 導(dǎo)致 3 種養(yǎng)護(hù)條件抗壓、 抗折強(qiáng)度基本一致。

2. 2 SCB 試驗(yàn)

對(duì)不同養(yǎng)護(hù)條件的半柔性路面材料進(jìn)行 SCB 試驗(yàn), 計(jì)算分析斷裂能 G、 柔性指數(shù) FI 與斷裂系數(shù)CRI 值等關(guān)鍵性能指標(biāo)。

由圖 2 可知, 早強(qiáng)型 SFP 材料的斷裂能小于同條件養(yǎng)生和齡期的普通型 SFP 材料, 說(shuō)明漿料強(qiáng)度對(duì) SFP 材料斷裂能有較明顯的影響。從養(yǎng)護(hù)齡期上看, 養(yǎng)護(hù) 3 d 的斷裂能大于養(yǎng)護(hù) 7 d 的斷裂能, 這可能是因?yàn)轲B(yǎng)護(hù) 3 d 時(shí), 水泥水化尚未完全, 水泥基材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)較松散, 脆性斷裂比例較小, 斷裂時(shí)程較長(zhǎng)。養(yǎng)護(hù) 7 d 時(shí)水泥基材料已經(jīng)剛性化, 脆性斷裂比例較大, 斷裂時(shí)程較短。從養(yǎng)護(hù)條件上看, 普通型 SFP 材料與早強(qiáng)型 SFP 材料在 25 ℃的斷裂能變化趨勢(shì)一致, 即隨養(yǎng)護(hù)溫度的增加先增大后減小, 在室溫養(yǎng)護(hù)環(huán)境中斷裂能最大。其原因可能在于水泥基漿料灌注到多孔隙瀝青混合料中后, 漿料與瀝青膜直接接觸, 此時(shí)瀝青膜相當(dāng)于養(yǎng)護(hù)薄膜覆蓋在漿料表面, 保證試件內(nèi)部的水分不散失。3 種養(yǎng)護(hù)條件其條件濕度對(duì)材料的斷裂能基本無(wú)明顯影響, 僅環(huán)境的溫度對(duì)水化過(guò)程有影響。室溫溫度高于標(biāo)養(yǎng)溫度且相比于高溫能保持表面水含量, 因此, 室溫時(shí)水泥基材料內(nèi)部缺陷最少。另外, 高溫瀝青膜因老化而黏結(jié)性能降低, 標(biāo)養(yǎng)由于濕度較大, 水分進(jìn)入瀝青膜內(nèi)部導(dǎo)致的黏結(jié), 使得在室溫時(shí)瀝青膠體的性能最佳。綜合而言, 室溫?cái)嗔涯茏畲蟆?/p>

在-10 ℃ 測(cè)試溫度時(shí), 普通型和早強(qiáng)型漿料的SFP 試件斷裂能值規(guī)律不同。普通型漿料的 SFP 試件隨養(yǎng)護(hù)溫度的增加呈現(xiàn)先減小后增加的趨勢(shì)。這可能是因?yàn)闃?biāo)養(yǎng)和高溫均有利于水泥瀝青材料界面的黏結(jié), 因此低溫?cái)嗔涯茌^大。而早強(qiáng)型漿料的SFP 試件在 3 d 時(shí)高溫養(yǎng)護(hù)的斷裂能是室溫養(yǎng)護(hù)的1. 31 倍, 可能是因?yàn)樵谒跗诟邷仞B(yǎng)護(hù)水泥基材料內(nèi)部相對(duì)較松散, 漿料柔性較強(qiáng), 剛性尚小, 加之高溫養(yǎng)護(hù)過(guò)程中軟化的瀝青與漿料在界面能較好地結(jié)合, 形成更牢固的界面黏結(jié)。而在 7 d 時(shí), 水泥基材料內(nèi)部剛性增加, 水化產(chǎn)物致密, SFP 試件的室溫?cái)嗔涯苡只謴?fù)成最大。

由圖 3 可知, 養(yǎng)護(hù)條件對(duì) SFP 材料的 FI 值有明顯影響。從齡期上看, 3 d 材料的 FI 值大于 7 d 的FI 值, 可能是因?yàn)樗嗷牧显缙谒瘍?nèi)部結(jié)構(gòu)尚較疏松, 剛度較小。從養(yǎng)護(hù)條件上看, 早強(qiáng)型漿料SFP 試件的 FI 值與圖 2 中的斷裂能規(guī)律一致, 均為室溫養(yǎng)護(hù)條件時(shí)值最大。主要是因?yàn)樵鐝?qiáng)型材料水化進(jìn)程快, 在相應(yīng)齡期時(shí)已進(jìn)入相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。而普通型漿料 SFP 試件的 FI 值變化在 3 d 齡期與 7 d齡期規(guī)律相反。普通型漿料在 3 d 時(shí)水化不完全, 漿料的 3 d 抗壓強(qiáng)度 (圖 1) 越小, 其 FI 值越大。說(shuō)明普通型漿料的 SFP 材料的早期斷裂行為與漿料水化程度有較明顯的相關(guān)性。

由圖 4 可知, 早強(qiáng)型漿料的 SFP 試件的 CRI 值在室溫養(yǎng)護(hù)條件時(shí)最大, 測(cè)試溫度為 25 ℃ 時(shí)差異更加明顯。普通型漿料 SFP 試件的 CRI 值因測(cè)試溫度不同而呈現(xiàn)不同的規(guī)律。當(dāng)測(cè)試溫度為 25 ℃ 時(shí), 室溫養(yǎng) 護(hù) 時(shí) SFP 試 件 的 CRI 值 最 大; 測(cè) 試 溫 度 為-10 ℃ 時(shí), 高溫養(yǎng)護(hù)條件的 CRI 值最大, 室溫養(yǎng)護(hù)時(shí)其值最小。這一規(guī)律與圖 2 斷裂能曲線相似, 且CRI 值綜合考慮了斷裂能與荷載值的影響。

不同的養(yǎng)護(hù)條件下, 漿料的抗壓強(qiáng)度不同。由圖 5 (a) 可知, 不同養(yǎng)護(hù)條件下漿料 3 d 的抗壓強(qiáng)度與 SCB 測(cè)試中的最大荷載值 Pmax 有較好的線性相關(guān)性。隨著強(qiáng)度的增加, Pmax 增大。普通型漿料的強(qiáng)度-Pmax 擬合曲線斜率基本一致, 說(shuō)明抗壓強(qiáng)度(養(yǎng)護(hù)條件) 對(duì) SFP 材料 Pmax 值的影響與測(cè)試溫度無(wú)關(guān)。但對(duì)于早強(qiáng)型漿料, 其 SFP 試件的 Pmax 值在-10 ℃測(cè)試溫度時(shí), 抗壓強(qiáng)度 (養(yǎng)護(hù)條件) 對(duì) Pmax有較明顯的影響, 二者擬合曲線斜率較大。而在25 ℃ 測(cè)試溫度時(shí), 其擬合曲線斜率與普通型漿料的相當(dāng)。說(shuō)明早強(qiáng)型漿料的 SFP 試件低溫抗裂荷載對(duì)養(yǎng)護(hù)條件較敏感。

由圖 5 可知, 7 d 抗壓強(qiáng)度 (養(yǎng)護(hù)條件) 與最大荷載 Pmax 沒(méi)有明顯的相關(guān)性。由于 7 d 齡期時(shí)漿料強(qiáng)度已發(fā)展進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài), 不同養(yǎng)護(hù)條件漿料抗壓強(qiáng)度相差不大。此時(shí), 不同養(yǎng)護(hù)條件對(duì)瀝青基體、界面黏結(jié)性等其他因素的影響均會(huì)作用于 Pmax 值。因此, 相對(duì)于 3 d 齡期單一因素, 7 d 養(yǎng)護(hù)時(shí)間更偏于對(duì) SFP 材料多因素產(chǎn)生影響。

由圖 6 可知, 在不同養(yǎng)護(hù)條件下, 普通型漿料與早強(qiáng)型漿料劈裂抗拉強(qiáng)度的變化趨勢(shì)不同。普通型漿料在不同測(cè)試溫度下, 室溫養(yǎng)護(hù)條件的 SFP 試件劈裂強(qiáng)度最大。與之相反, 早強(qiáng)型漿料的 SFP 試件在室溫養(yǎng)護(hù)條件下的劈裂強(qiáng)度最小。

由于 SCB 測(cè)試中的 FI 值與試件破壞歷程有關(guān),試件彎拉柔性越大, 則 FI 值越大。而 IDT 破壞模式為間接拉伸, 雖與 SCB 的破壞模式并不完全相同,但都存在拉應(yīng)力破壞, 因此建立 SCB 試驗(yàn)中 FI 值與IDT 試驗(yàn)中模量的關(guān)系曲線, 如圖 7 所示。連接相同養(yǎng)護(hù)條件的 2 個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)可知, 標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù) (ES, CS)和常溫養(yǎng)護(hù) (EA, CA) FI 值皆隨著材料模量的增加而增大, 說(shuō)明以上 2 種養(yǎng)護(hù)條件可通過(guò)增強(qiáng)漿料強(qiáng)度提高 FI 值。高溫養(yǎng)護(hù) (EH, CH) 則隨著模量的減小, FI 值增大, 表明高溫養(yǎng)護(hù)增強(qiáng)了界面黏結(jié)力, 通過(guò)延長(zhǎng)斷裂歷程而增加了 FI 值。從漿料類型上看, FI 值與模量有較好的線性相關(guān)性, 通過(guò)擬合得到普通漿料 R2 為 0. 81, 早強(qiáng)漿料 R2 為 0. 92, 但二者趨勢(shì)不同。對(duì)于普通漿料, 由于其具有較明顯的剛性特征, 材料 SCB 荷載強(qiáng)度大, FI 值大。對(duì)于早強(qiáng)漿料, 則隨著模量增加, FI 值減小。綜上所述,SCB 與 IDT 試驗(yàn)結(jié)果具有較好的一致性, 養(yǎng)護(hù)條件與漿料均是影響關(guān)聯(lián)趨勢(shì)的主要因素。

3 微觀結(jié)構(gòu)

微觀結(jié)構(gòu)對(duì)水泥基材料的力學(xué)性能有顯著影響,采用 SEM 測(cè)試不同養(yǎng)護(hù)條件的漿料斷面, 研究其水化產(chǎn)物及微結(jié)構(gòu)組成。結(jié)果如圖 8 所示。

由圖 8 可知, 不同漿料由于水泥類型不同, 其水化產(chǎn)物和微觀形貌不同, 且養(yǎng)護(hù)條件與齡期對(duì)微觀結(jié)構(gòu)有較明顯的影響。漿料體系中存在大量的水化產(chǎn)物, 主要是 C-S-H 凝膠與針棒狀的 AFt 晶體。二者相互交織、 搭接, 構(gòu)成水化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。普通型漿料 3 d 水化產(chǎn)物主要為針狀 AFt, C-S-H 凝膠和板狀 CH。在標(biāo)養(yǎng)條件下, 密集的 AFt 晶體在 C-S-H 凝膠中大量生長(zhǎng), 但尺寸較小, 尚未形成相互搭接的穩(wěn)固結(jié)構(gòu), 見(jiàn)圖 8 (a); 室溫養(yǎng)護(hù)的漿料表面有 CH方形晶體析出, C-S-H 凝膠中已有水化產(chǎn)物填充密實(shí), 見(jiàn)圖 8 ( b) ; 在高溫養(yǎng)護(hù)條件下, 漿料表面較松散, 分布有 CH 晶體和尺寸較大的孔洞, 也少量分布有針狀 AFt, C-S-H 凝膠由水化產(chǎn)物填充, 見(jiàn)圖 8 (c)。普通型漿料 7 d 水化產(chǎn)物由板狀 CH、 絮狀 AFt 和 C-S-H 凝膠組成。標(biāo)養(yǎng)條件下漿料微觀結(jié)構(gòu)致密, 水化產(chǎn)物完全填充了 C-S-H 凝膠的空隙,見(jiàn)圖 8 (d); 室溫養(yǎng)護(hù)條件下漿料較致密, 有一些CH 晶體附著在斷面表面, 見(jiàn)圖 8 ( e); 高溫養(yǎng)護(hù)條件下在 CH 表面分布的針絮狀 AFt 尺寸較小, 空隙較多, 結(jié)構(gòu)相對(duì)松散, 見(jiàn)圖 8 ( f)。早強(qiáng)型漿料在 3 d齡期時(shí)存在豐富的 C-S-H 凝膠和絮狀 AFt。在標(biāo)養(yǎng)條件下, 棒狀 AFt 與 C-S-H 凝膠搭接成片, 但內(nèi)部結(jié)構(gòu)松散, 見(jiàn)圖 8 (g); 在室溫養(yǎng)護(hù)條件下, C-S-H 凝膠更豐富, 棒狀 AFt 尺寸變大, 搭接網(wǎng)絡(luò)更致密,見(jiàn)圖 8 (h); 在高溫養(yǎng)護(hù)條件下, 棒狀 AFt 內(nèi)部基本被水化產(chǎn)物填充, 僅存在尺寸較小的空隙結(jié)構(gòu),見(jiàn)圖 8 ( i)。早強(qiáng)型漿料的 7 d 水化產(chǎn)物與之類似,在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下, 水化產(chǎn)物包括豐富的小型針棒狀A(yù)Ft, 相互穿叉堆疊, 形成較致密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu), 但尚存在較小的空隙, 見(jiàn)圖 8 (j); 在室溫養(yǎng)護(hù)時(shí)棒狀 AFt間填充了較多的 C-S-H 凝膠, 水化結(jié)構(gòu)連成塊狀, 密實(shí)性較好, 見(jiàn)圖 8 (k); 高溫養(yǎng)護(hù) C-S-H 復(fù)合凝膠體系尺寸較小, 水化產(chǎn)物均勻致密, 見(jiàn)圖 8 (l)。

漿料微觀結(jié)構(gòu)致密程度與其抗壓抗折強(qiáng)度有較好的對(duì)應(yīng)性, 室溫養(yǎng)護(hù)條件下漿料水化結(jié)構(gòu)較致密,微觀空隙和缺陷較少, 因此, 其 25 ℃ 測(cè)試溫度時(shí)SFP 試件的抗裂能力相對(duì)較好, 即常溫開(kāi)裂與漿料致密度相關(guān)性較大。對(duì)于-10 ℃ 測(cè)試溫度, 由于材料呈現(xiàn)剛性, 斷裂面主要發(fā)生在材料內(nèi)部或界面處。高溫養(yǎng)護(hù)條件下, 漿料微結(jié)構(gòu)存在孔洞, 在試件養(yǎng)生時(shí)瀝青發(fā)生黏流變形填充于孔洞中, 形成較好的界面黏接結(jié)構(gòu), 可有效防止低溫彎拉作用下的界面失效。因此, 普通型漿料與 3 d 齡期早強(qiáng)型漿料 SFP試件的低溫?cái)嗔涯茌^高。當(dāng)早強(qiáng)型漿料水化進(jìn)行到第 7 d 時(shí), 其水化基本完成, 漿料結(jié)構(gòu)致密, 界面無(wú)法形成有效搭接, 因此高溫時(shí)其斷裂能不再最高。因此, -10 ℃時(shí)半柔性材料的開(kāi)裂特性與養(yǎng)護(hù)過(guò)程中瀝青與漿料相互作用而形成的界面行為有關(guān)。

4 結(jié)論

本研究基于半柔性路面實(shí)際應(yīng)用情況, 設(shè)計(jì)了 3種養(yǎng)護(hù)條件, 對(duì)普通漿料與早強(qiáng)漿料強(qiáng)度, SFP 試件力學(xué)特性與微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究, 得出以下結(jié)論:

(1) 養(yǎng)護(hù)條件對(duì)漿料強(qiáng)度有顯著影響。普通型漿料 3 d 早期抗壓抗折強(qiáng)度在室溫養(yǎng)護(hù)條件下最大,而 7 d 抗壓抗折強(qiáng)度則在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下最大; 早強(qiáng)型漿料 3 d 抗壓強(qiáng)度在高溫養(yǎng)護(hù)時(shí)最大, 抗折強(qiáng)度在室溫養(yǎng)護(hù)時(shí)最大, 7 d 抗壓抗折強(qiáng)度在 3 種養(yǎng)護(hù)條件下基本一致。漿料 3 d 抗壓強(qiáng)度與 SCB 測(cè)試的峰值荷載具有較好的線性相關(guān)性。

(2) 半柔性路面材料隨養(yǎng)護(hù)條件不同表現(xiàn)出不同的力學(xué)特性。在 25 ℃時(shí), 室溫養(yǎng)護(hù)條件的抗裂性能最佳。在-10 ℃ 時(shí), 高溫養(yǎng)護(hù)的普通型漿料 SFP試件的性能最佳, 室溫養(yǎng)護(hù)的早強(qiáng)型漿料 SFP 試件的性能最佳。

(3) 漿料微觀結(jié)構(gòu)致密程度與其抗壓抗折強(qiáng)度有較好的對(duì)應(yīng)性, 漿料微觀結(jié)構(gòu)致密時(shí) SFP 試件在25 ℃時(shí)具有較好的抗裂性, 而界面處漿料具有微孔結(jié)構(gòu)與瀝青形成良好的黏結(jié), 其 SFP 試件在-10 ℃時(shí)具有較好的抗裂能力。

以上結(jié)論對(duì)半柔性路面材料的設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量控制提供了參考依據(jù), 即當(dāng)選用強(qiáng)度較高的普通型漿料時(shí), 實(shí)際路面需待瀝青混合料基體攤鋪溫度降到室溫時(shí)灌注, 其適用于高溫或中溫區(qū)域。當(dāng)選用早強(qiáng)型漿料時(shí), 實(shí)際路面可在瀝青混合料基體攤鋪后尚有余熱時(shí)灌注, 其在中溫或低溫區(qū)域路面具有較好的抗裂能力。

半柔性路面材料的力學(xué)特性還與基體瀝青混合料的材料、 界面黏結(jié)特性等有關(guān), 后續(xù)研究將圍繞以上因素進(jìn)一步展開(kāi)。

原創(chuàng)作者：熊子佳?, 龔明輝, 鄧 成, 洪錦祥，江蘇蘇博特新材料股份有限公司, 江蘇 南京 211103。