水泥乳化沥青胶浆流变性能研究

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水泥乳化沥青胶浆(Cement emulsified asphalt composite binder,CEACB)是由乳化沥青,水泥,以及一定剂量的外加剂按照比例混合,然后经过一段时间的养护凝结硬化而成的有机-无机复合材料。CEACB是水泥乳化沥青砂浆(Cement emulsified asphalt mortar,CEAM)和水泥乳化沥青混凝土(Cement emulsified asphalt concrete,CEAC)的胶浆材料,被广泛应用于高速铁路无砟轨道的垫层,道路的半刚性基层以及路面冷再生中。CEACB的各项性能的优劣对CEAM和CEAC的耐久性和养护维修成本至关重要。CEACB是一种典型的黏弹性材料,其黏弹性能受到很多因素的影响,基于流变理论来研究CEACB的黏弹性能以及各种因素对其黏弹性能的影响可以为设计高性能的水泥乳化沥青类复合材料提供参考。鉴于以上背景,本文的研究内容如下:首先,利用DSR得到CEACB的车辙因子和高温临界温度,以及疲劳因子和中温临界温度。利用BBR得到CEACB的蠕变劲度S值和蠕变变化率m值以及低温连续分级温度。通过对这些指标进行分析可以得出,温度升高会导致CEACB的高温抗车辙性能变差,中温抗疲劳性能变强,低温抗裂性能变强;养护可以很好地提高CEACB的高温抗车辙性能,减而弱低温抗裂性能。CEACB中温抗疲劳性能随养护龄期先增强后减弱,养护14天时中温性能最佳;水泥含量升高,CEACB高温抗车辙性能变强,中温抗疲劳性能变差,低温抗裂性能变差。其次,通过蠕变实验和频率扫描实验,分别得到CEACB的蠕变柔量和储能模量随着沥青和水泥含量之比(Asphalt to cement ratio,A/C),温度,养护时间等的变化规律。通过分析可以得出,CEACB的静态和动态力学性能具有一致性,CEACB的弹性性能随温度的升高而降低,且动态力学分析可得到高温区CEACB的温度敏感性远低于中温区的温度敏感性;CEACB的弹性性能随养护不断增强,且动态力学分析可得在高频/低温区,CEACB的低温抗裂性能随着养护显著变弱。CEACB的弹性性能随着水泥含量升高逐渐增强,尤其是在低频/高温区,表明CEACB高温抗车辙性能随水泥含量升高显著增强。A/C=0.6和A/C=1时CEACB的力学行为更接近粘弹性固体材料。而A/C=1.4时CEACB的力学行为更接近粘弹性流体材料。再次,通过MSCR实验进一步研究CEACB高温流变特性。根据频率扫描实验数据,利用2S2P1D模型建立的CEACB动态剪切模量和相位角的主曲线,可以很好地表征宽频域下CEACB流变特性。通过分析可以得出:CEACB动态剪切模量随温度升高逐渐减小,CEACB抗变形能力减弱。CEACB相位角随温度升高逐渐增大,黏性性能增强;养护使CEACB的抗变形能力整体提升,且高温抗车辙性能增强而低温抗裂性能减弱。中温抗疲劳性能随养护先增强后减弱,在第14天最优;增加水泥含量可以使CEACB的抗变形能力整体提升,且高温抗车辙性能增强而低温抗裂性减弱。在中频区,A/C=1的CEACB相位角最大,中温抗疲劳性能最强;因此,养护龄期14天且A/C=1的CEACB具有较好的高温和低温性能,且中温性能最强。该结论可以为水泥乳化沥青类复合材料的设计优化提供一定的参考。
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