《新型路面材料》结课论文
水泥乳化沥青混凝土的特性及应用
The characteristics and application of cement emulsified
asphalt concrete
摘 要
乳化沥青水泥混凝土是一种新型路面材料，能够把沥青稳定类和水泥混凝土路面材料的特性结合起来，形成一种新的、具有综合柔性和刚性路面结构层次优点的新型材料，具有较好的路用性能，具有广阔的应用前景。
关键词：水泥乳化沥青混凝土；路用性能；工程应用
目 录
1 前言„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 2
1.1 水泥乳化沥青混凝土概述 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2
1.2 国内外研究现状 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 2 原材料的技术特点„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4
2.1 组成原材料的要求 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4
2.2 原材料对混合料的影响 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 3 水泥乳化沥青混凝土硬化机理 …………………………………………………6
3.1 水泥水化机理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6
3.2 水泥的凝结和硬化过程„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6
3.3 沥青与集料的作用„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7
3.4 沥青裹附水泥颗粒后的水化机理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7 4 水泥乳化沥青混凝土路用性能特点……………………………………………8
4.1 强度„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8
4.2 稳定性„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8
4.3 低温抗裂性„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9
4.4 水稳定性„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9 5 工程应用…………………………………………………………………………10
5.1 水泥乳化沥青混凝土处理桥头跳车„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10
5.2 水泥乳化沥青混凝土在路面基层的应用„„„„„„„„„„„„„„„„„10
5.3 水泥乳化沥青混凝土在改造工程中的应用„„„„„„„„„„„„„„„„11 6 展望……………………………………………………………………………11 7 参考文献 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12
水泥乳化沥青混凝土的应用研究
1 前言
1.1 水泥乳化沥青混凝土概述
1.1.1 水泥乳化沥青混凝土的发展背景
我国在建城市道路和高速公路路面类型基本可分为两大类，即水泥混凝土路面和沥青混凝土路面。
水泥混凝土路面具有刚度大承载能力强，弯拉强度高疲劳寿命长；高温稳定性好，在持续高温作用下，不会产生过大的塑性变形影响路面平整度和行车安全；耐候性、耐久性优良，有较强的抗水损害能力强；并且其原材料来源广泛，对周围地区的土壤和地下水无污染，而且水泥混凝土路面能够节省车辆的燃油消耗，经济性较好等优点。然而，混凝土路面也存在一些缺点。在温度变化的环境中和行车荷载的反复作用下极易导致混凝土面板发生开裂现象，并且裂缝处产生应力集中致使其不断扩大，雨水会通过裂缝渗入，侵蚀基层，使板底脱空，导致断板现象的发生，从而降低混凝土路面的承载力；混凝土面板不适应过大的沉降差，并且对超载、脱空非常敏感，及易造成结构性破坏，且维修难度大；水泥混凝土路面模量较高，减振效果差，反弹颠簸大，在行驶过程中舒适性较差。混凝土路面病害见图1。 相比之下，沥青混凝土路面表面平整度较高，由于沥青本身具有一定的弹性、塑性变形能力，因此沥青混凝土路面具有一定减振的功能，行车平稳，舒适性较好，并且在行车过程中噪声低；在施工工艺方面，其施工机械化程度高，能够较快的完成施工任务，并且施工完成后无需养护，基本能够做到即成即通。因此，沥青混凝土路面在我国高速公路建设中得到了广泛的推广和应用。
沥青材料自身是一种弹性体，当气温较高时，沥青材料自身粘性降低，导致集料颗粒间粘聚力减弱，在行车过程中垂直力和水平力的共同作用下，极易使沥青混合料颗粒之间相 互分离或彼此产生滑动，使沥青路面结构层形成松散、坑槽、车辙、推移、波浪、拥包 等病害。这些病害不仅降低了行车过程中舒适性，且极大地危害了行车安全（图2）。在气温较低时，沥青材料自身会变硬，沥青混凝土的强度虽然有小幅度的增高，但是其抗变形能力则大为降低，表现出脆性，并且由于沥青混凝土面层的材料自身收缩，加之车辆荷载和半刚性基层产生收缩裂缝的共同作用，使沥青混凝土路面面层内产生过大的拉应力，从而导致沥青混凝土路面发生开裂现象。
[2][1]
图 1 图 2
沥青混凝土路面 水泥混凝土路面
综上所述，不管是水泥混凝土路面还是沥青混凝土路面在性能方面上都各有所长，但也都存在各自的缺点。因此，我们针对上述问题，着眼开发一种其具有两种路面材料优点的新型路面材料。有机水硬性材料混凝土是一种人工建筑材料，它综合了热力学上互不相容的有机材料（沥青、柏油）与无机材料（水泥、石膏、矿渣等）的胶结特性，在其复合后的结构中能够胶结在一起。将有机结合料（液态的沥青）和硅酸盐水泥混合在水的作用下得到最佳效果的综合加固土。20世纪60——70年代，开始用阴离子乳化沥青来代替液体沥青与水泥混合，得到乳化沥青水泥混凝土。
1.1.2 水泥乳化沥青混凝土的优点
水泥乳化沥青混凝土是在冷拌乳化沥青混合料母体中掺入水泥经冷拌、冷铺而形成的半刚性路面材料，它减弱了沥青混凝土与水泥混凝土路面材料的不足，并兼有两者的优点，能够提高路面的使用性能。同时水泥乳化沥青混凝土还有以下优点：
（1）乳化沥青破乳后的水分可供水泥硬化凝结，较好的解决了乳化沥青破乳“憎水”和水泥水化“需水”的矛盾，提高了乳化沥青混合料的早期强度。
（2）节省资源，节约能源，降低道路建设成本。根据国内外实践，乳化沥青一般可以比热沥青少用20%-30%的沥青，大大节约资源，降低了道路建设的材料费用。而且乳化沥青混合料使用不用加热，比热拌沥清混合料节省热能50%以上，节省了大量能源。
(3)减少环境污染，改善施工条件。水泥乳化沥青混合料为冷拌混合料，在常温下施工，避免了热拌沥青混合料施工时加热产生的烟雾，减少了对环境的污染，同时改善了施工条件。
(4)施工方便。水泥乳化沥青混合料施工期比热拌沥青混合料施工期大大加长，提高了施工速度，方便路面维修。
(5)由于面层颜色的变浅，减小了路面的吸热速率，使路面内部温度低于普通沥青路面[3]
的温度，温度应力显著降低。同时，由于半刚性面层颜色浅，对夜间行车十分有利。
(6)将水泥乳化沥青混凝土用作路面基层可以改变现有半刚性基层的不足，使基层形式多样化[4-5]。
1.2 国内外研究现状
美国从60年代起开始水泥乳化沥青混凝土的研究，此后日本、英国、澳大利亚、南非等国对此也进行了研究。 Baomy从混凝土的成型工艺出发采用裹浆集料制备水泥乳化沥青混凝土，以提高水泥乳化沥青混凝土的刚性和强度。这种方法最早源于口本，用于提高水泥混凝土中骨料与水泥浆体的粘结力，从而提高混凝土的整体强度或在大流动性条件下混凝土的工作性能。南非沥青处治基层手册(Sabita Manual 21 1999)中推荐可以加入1%的水泥能提高乳化沥青的破乳速度、与集料的粘结性和增加早期强度，以满足尽早开放交通的需要。2000年S.F.Brown 教授的研究进一步指出了水泥对乳化沥青混合料的有益作用，他研究了养护时间、水、水泥掺量对混合料性能的影响，而且使用扫描电镜研究了水泥乳化沥青混凝土中水泥水化物的微观形貌。Issa Rita (2001) 研究了乳化沥青和水泥用于冷再生中，水泥如何影响再生混合料的性能，以及如何确定最佳水泥和乳化沥青用量等问题。结论表明稳定度值随水泥用量的增加而增加，随乳化沥青用量的增加而减小，并且推荐了适用于冷再生的乳化沥青和水泥的用量范围。
国内也有一些研究人员致力于乳化沥青混凝土掺加水泥的研究，他们希望这种复合材料可以发挥柔性材料和刚性材料的优点，通常称这种混合料为水泥乳化沥青混合料。2000年张思源，魏建民研究了水泥乳化沥青混凝土的配合比设计和试验路的铺筑方法，对施工具有一定的指导意义。同济大学的高英[10[11][8][9][7][6]，长安大学的袁文豪[12]先后都对水泥乳化沥青混凝土的配合比和路用性能做了研究，并对强度形成机理做了解释。
2 原材料的技术特点
2.1 组成原材料的要求
2.1.1集料
粗集料采用石灰岩破碎后并经筛分的碎石，要求强度高，清洁、干燥、表面粗糙，针片状含量和压碎值符合《公路沥青路面设计规范》和《公路沥青路面施工技术规范》 细集料可采用天然砂、机制砂，细集料应洁净、干燥、无风化、无杂质，并有适当的颗粒级配。
2.1.2 水泥
水泥采用po42.5号普通碳酸盐水泥，根据施工工艺选择适合的凝结时间，不建议采用快硬、早强水泥，水泥安全性要符合要求。
2.1.3 乳化沥青
乳化沥青采用慢裂型阳离子乳化沥青和慢裂型阴离子乳化沥青，乳化沥青的质量应符合《道路用乳化沥青技术要求》等规定，制备乳化沥青的基质沥青应选A,B 级要求，并在贮存期间保持不离析、不冻结、不破乳。
2.1.4 消泡剂
消泡剂采用磷酸三消泡剂，化学纯等级、减水剂采用高效减水剂，主要成份为蔡磺酸盐甲醛缩全物，呈褐色粉状，使用比例以水泥用量的质量比1%计 。
2.1.5 水
拌和用水采用洁净的生活用水。
2.2原材料对混合料的影响
乳化沥青水泥混凝上的抗压弹性模量比普通水泥硅的明显偏低，但抗弯拉弹性模量的降低要比抗压弹性模量的幅度小。相对于普通沥青混合料，乳化沥青水泥混凝上混合料由于加入了水泥，其抗压强度和抗折强度都有一种随着时间士曾长而增强的趋势。
2.2.1 水泥强度对混合料的影响
水泥强度直接影响着乳化沥青水泥混凝上的抗压和抗折强度，强度较高时抗弯拉模量有所增长，但增长的幅度没有抗压强度增长的幅度大，水泥标号的提高使乳化沥青水泥混凝上的强度相应提高同时还不降低期韧性，但乳化沥青水泥混凝上抗压强度高并不代表其抗折强度高[13]。
2..2.2 外加剂对混合料的影响
理论上讲，外加剂会对乳化沥青水泥混凝上的力学性能造成很大的影响，如果同时掺入消泡剂和减水剂，其抗折强度较高；只掺加减水剂的弹性模量较高，说明减水剂改善了混合料的力学特性，且掺入外加剂后混合料的和易性有所改善。
2.2.3 水灰比对混合料的影响
水灰比对于水泥基的强度有着决定性影响，水灰比大，乳化沥青水泥混凝上的强度降低，抗弯拉弹性模量减小；水灰比小，乳化沥青水泥混凝上的强度提高，抗弯拉弹性模量增大
2.2.4 消泡剂对混合料的影响
消泡剂的作用是消除各种外加剂在混合料中产生和引入的气泡，可以增加成型后混合料的密实性，从而提高强度，但另一方面气泡的减少也会引起混合料和易性相对降低，实践中，沥青材料中加入消泡剂，可以通过减小应力集中，增强应力分布的均匀性，以提高成型试件的强度
[15][14]。 。
2.2.5 乳化沥青对混合料的影响
试验表明，阴离子乳化沥青在乳化沥青水泥混凝上中，并不能形成强度较高的混合料，相同比例的沥青掺加量情况下，其强度明显小时于阳离子乳化沥青形成的混合料试件
[16]。
3 水泥乳化沥青混凝土硬化机理
有机水硬性复合材料结构强度的形成主要依靠乳化沥青、水泥、集料之问的相互作用以及乳化沥青失水破乳、水泥水化来实现。如图3
图 3 ：水泥乳化沥青混凝土强度形成机理
3.1 水泥水化机理
水泥不仅能够在空气中硬化，在水中也可以，保持并继续增长其强度，其水化过程侧如下：
（23CaO ⋅SiO 2）+6H 2O =3CaO ⋅2SiO 2⋅3H 2O +3Ca （OH ）2
（22CaO ⋅SiO 2）+4H 2O =3CaO ⋅2SiO 2⋅3H 2O +Ca （OH ）2
3CaO ⋅Al 2O 3+6H 2O =3CaO ⋅2Al 2O 3⋅6H 2O
4CaO ⋅Al 2O 3⋅Fe 2O 3+7H 2O =3CaO ⋅Al 2O 3⋅6H 2O +3CaO ⋅Fe 2O 3⋅H 2O
3CaO ⋅Al 2O 3⋅6H 2O +（3CaSO 4⋅2H 2O ）+19H 2O =3CaO ⋅Al 2O 3⋅3CaSO 4+31H 2O
3.2 水泥的凝结和硬化过程
水泥颗粒分散于水中形成水泥浆体，其中产生的水化产物氢氧化钙、水化铝酸三钙易溶于水形成饱和溶液，逐渐形成以水化硅酸三钙凝胶体为主体，以氢氧化物、水化铝酸三钙、水化硫铝酸钙为结晶体结构的凝胶体。随着裹附水泥颗粒表而的凝胶体膜层增厚、破裂、溶解，形成网络结构，且增乳变稠失去塑性，直至水化产物填充空隙、减少毛细孔，形成由凝胶体、未水化颗粒内核以及毛细孔组成的不均质结构的水泥石。
3.3 沥青与集料的作用
沥青与集料之间的相互作用主要表现为吸附作用、由于沥青表现为酸性，当其与酸性集料作用时仅有分子作用力(德华力) 存在，吸附层可达几个分子的厚度。在与低价阳离子的集料作用时易形成可溶于水的有机岩，仅发生物理吸附二而与集料表面的高价金属阳离子产生化学反应时，则生成难溶于水的沥青酸在集料表面产生化学吸附。
水泥、乳化沥青以及集料在水的作用下将发生复杂的反应，水泥作为一种水硬性材料只有吸收水分才能发生足够的水化反应，而乳化沥青恰恰只有失水破乳后才能使沥青混合料形成强度。因此，水泥作为一种水硬性材料，具有与沥青这种有机材料互补的特点。不过水泥作为无机结合料在有机水硬性混合料中不但能起到调整集料的级配、改善混合料和易性、加快破乳速度、加快稀浆固化成型以及提高早期强度的作用，还可以延缓或基本不影晌破乳速度，其中的相互作用比较复杂主要表现如下：
（1）增大混合料比表而积与吸水能力。水泥粒径很细，其比表而积可达3 000 cm/g，
加入到混合料中会增加固体材料比表面积，并吸收一定的水分，从而有加快破乳的趋势。
(2)水泥在有机水硬性混合料中发生如下水化过程：
3CaO ⋅SiO 2+H 2O +H +→3Ca 2+
2CaO ⋅SiO 2+H 2O +H +→2Ca 2+
3CaO ⋅Al 2O 3+H 2O +H +→3Ca 2+
CaSO 4→Ca 2++SO 42-
其中产生的Ca 2+吸附在带负中荷的集料表而，降低了集料的表而电势，从而延缓了其与带正电荷的沥青微粒的作用，达到延缓破乳的目的。
(3)水泥可增大混合料体系的ph 直，使改性乳化沥青的表面电势降低，从而减弱了其与集料的作用，延缓破乳。
3.4沥青裹附水泥颗粒后的水化机理
理论分析与试验研究表明:不论是何种混凝土的生产工艺，水硬性胶结料的水化条件都会出现。即使矿物材料经沥青裹附后再加水，水泥颗粒表面裹有一薄层低强度有机豁结剂(从几十至几百微米) 时同样具备水化条件。由于水的表面张力大于沥青的表面张力，沥青微粒会与水泥颗粒发生断裂，水泥水化反应产生的碱性介质将使有机结合料进一步乳化，从而促进水化过程。因此，要使乳化沥青稳定，必须降低沥青乳液的表面张力。水泥水化反应生成
的无机微粒在水(油) 界面上积累，形成一个保护层，从而阻止液滴的聚集。乳液界面带有电荷，且每个微粒所带的电荷都相同。这样微粒互相接近时就会相互排斥，从而防止它们合并，提高了乳液的稳定性
[17-18]。
4 水泥乳化沥青混凝土路用性能特点
4.1 强度
强度是材料在荷载作用下不产生破坏或开裂的能力，而模量反映了材料在荷载作用下的变形性质。水泥乳化沥青混凝土路面在荷载作用下结构层将产生一定的应力和变形，如果结构层的应力超过材料的容许应力，路面结构将出现开裂。如果结构层的刚度不能满足一定的要求，变形会超过材料的容许应变，路面同样将出现开裂或结构弯沉超过容许值。所以，对水泥乳化沥青混凝土强度和模量规律的研究对结构层设计有重要意义。
4.1.1 抗压强度
水泥乳化沥青混凝土，在水泥用量不变时，随着乳化沥青用量的增加混凝土抗压强度均呈下低趋势；相同的乳化沥青用量下，随着水泥用量的增加，混凝土的抗压强度增加。相同龄期、水泥和乳化沥青用量情况下，AC-20级配混凝土的抗压强度比AC-16级配混凝土抗压强度大。主要是因为级配变粗，更多的粗集料之间的嵌挤力发挥了作用。
4.1.2 抗折强度
当乳化沥青用量一定时，两种密级配水泥乳化沥青混凝土的抗折强度都随着水泥含量的增加而增大；水泥用量一定时，不同级配的水泥乳化沥青混凝土抗折强度随着乳化沥青含量的增加而降低；级配为AC-16的混凝土抗折强度比级配为AC-20的混凝土抗折强度有高。AC-16级配相比AC-20集料颗粒较细，集料比表面积较大，相同的水泥和乳化沥青含量下，集料与结合料之间的粘结力较大，所以级配较细，抗折强度较大。
4.2 稳定性
从水泥乳化沥青混凝土的力学性能的研究可以看出，这种新型的半刚性路面材料，其性质偏于柔性，因此，用普通沥青混合料的试验方法来研究其高温稳定性：马歇尔稳定度试验和车辙试验。
对于水泥乳化沥青混凝土来说，乳化沥青含量不能过少，否则混凝土的刚性过大。 水泥含量保持不变时，两种级配水泥乳化沥青混凝土的稳定度随着乳化沥青含量的增加而减小；而当乳化沥青含量不变，稳定度则随着水泥含量的增加而增大，这与抗压强度的增长规律一致。
在试验所用水泥含量和沥青含量的情况下，两种密级配水泥乳化沥青混凝土的动稳定度均大大超过现行《公路沥青路面设计规范》规定的上面层和下面层的混合料动稳定度不应低子800次/mm的标准。由此可见水泥乳化沥青混凝土的高温稳定性大大优于普通热拌沥青混凝土和SMA 。在相同的水泥用量下，两种级配水泥乳化沥青混凝土的动稳定度都随着乳化沥青用量的增加而减小；相同的乳化沥青用量下，混凝土的动稳定度随着水泥含量的增加而增大。水泥含量从2%增加到3%时混凝土的动稳定度有较大的增加，水泥含量再增加到4%时动稳定度增加的幅度减小。
试验表明水泥乳化沥青混凝土马歇尔稳定和动稳定度次数都大大超过普通热拌沥青混凝土和SMA ，混凝土显示出良好的高温抗车辙性能。
4.3 低温抗裂性
乳化沥青混凝土与普通沥青混凝土一样，气温下降会产生收缩变形，收缩受到约束时混凝土中产生拉应力，过快的降温速率将使路面内的应力来不及松弛，出现过大的应力积累。与此同时，由于温度降低，沥青混合料的劲度模量增大，应力松弛性能降低，也导致应力积聚过大。温度应力积累到超过沥青混合料的极限抗拉强度时，路面就将出现裂缝。
当乳化沥青用量不变时，两种密级水泥乳化沥青混凝土的低温劈裂抗拉强度随着水泥含量的增加而增大；两种密级配混凝土的破坏应变随着水泥用量的增加而降低，但是随着乳化沥青用量的增加而增大。 当乳化沥青用量不变时，水泥乳化沥青混凝土的低温劈裂劲度模量随着水泥含量的增加而增大。说明随着水泥含量增加，混凝土逐渐向刚性发展，变形能力减小。当水泥含量不变时，混凝土的低温劲度模量随着乳化沥青用量的增加而降低。说明随着乳化沥青含量的增加，混凝土逐渐向柔性发展，其低温抗变形能力亦增强。但是，相比而言水泥乳化沥青混凝土的低温抗裂性能仍然低于普通热拌沥青混凝土。为了更清楚地了解其低温抗裂性仍需对其进一步研究。
4.4 水稳定性
水损害是各等级公路普遍发生的典型病害之一。所谓水损害是指水经由沥青路面孔隙、裂缝进入沥青路面内部后，在车轮轮胎动态荷载产生的动水压力或真空抽吸冲刷的反复作用下，水分逐渐渗入沥青与矿料的界面或沥青内部，使沥青与矿料之间的粘附性降低并逐渐丧失粘结能力，从而使沥青膜逐渐从矿料表面剥离，沥青混合料掉粒、松散，使沥青路面结构的整体性发生了破坏。我国现行《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ 05222000)规定评价沥青混凝土水稳性的试验方法是浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验。
试验表明浸水马歇尔试验的残留稳定度随着水泥用量的增加而增大，随着乳化沥青含量
的增加有所减小。动融劈裂试验的动融劈裂强度比随着水泥含量增加而增大，随着乳化沥青含量的增加先增大后减小。总的讲，水泥乳化沥青混凝土有较好的水稳性能，残留稳定度和动融劈裂强度比都能够满足现行沥青路面施工规范对普通沥青混凝土的要求，其水稳性已接近或超过普通沥青混凝土
[19-21]。
5 工程应用
5.1 水泥乳化沥青混凝土处理桥头跳车
设计思路是针对沥青混合料高温性能和抗变形能力的不足之处，以及水泥混凝土刚度大等问题，将沥青作为基体，连续分散在复合材料中，水泥作为增强相，分散在沥青基体中通过功能复合改良材料性能。该工艺仅需根据桥头沉陷发生的范围进行局部填充，可进行不等厚摊铺，无需铣刨原路，同时也缩短路的维修时间，常温条件下每层施工从摊铺到养生约3h 即可开放交通。
施工工序为测量→清扫拉钢线→摊铺整平→碾压→养生→罩面整形
5.2 水泥乳化沥青混凝土在路面基层的应用
作为一种新型的半刚性路面基层材料，国内外对水泥乳化沥青复合材料进行了较多的研究。当前的半刚性基层材料不可避免地存在着干缩裂缝的问题，用水泥乳化沥青复合胶浆稳定碎石，将它作为一种新型的基层混合料加以研究。水泥乳化沥青稳定碎石是以水泥、乳化沥青和水共同为结合料，掺入到符合基层规范级配的碎石中，是一种以水泥材料为主，形成水泥为连续相，沥青为分散相的复合材料，经拌和得到的混合料经过压实和养生，使其抗压强度达到规定要求。根据水泥乳化沥青的微观结构的分析，使它具备拥有较低温度敏感性、较大抗压强度、较高的耐久性和较长的疲劳寿命的初步条件后，只要设计合理，添加适量，就能充分发挥沥青材料刚度较低、韧性较高的特点，从而降低混合料的刚度，提高其干缩性能，这对减少甚至消除基层的反射裂缝起到了重要作用，具有较高的工程应用价值：
(1)水泥是混合料强度、刚度和干缩性能的决定性因素，水泥剂量越高，混合料的强度、刚度越大，干缩性能越差。
(2)水泥乳化沥青稳定碎石的抗压回弹模量较水泥剂量相同的水泥稳定碎石降低明显，并且加入的乳化沥青越多，抗压回弹模量降低越大。说明加入乳化沥青后，混合料的刚度降低，更具柔性。
(3)干缩试验说明各种混合料的干缩性能在加入乳化沥青后都有不同程度的提高，相同水泥剂量的情况下，随着加入乳化沥青量的增多，混合料的干缩应变和干缩系数减小。 [22]。
(4)比起传统的水泥稳定碎石，水泥乳化沥青稳定碎石具有刚度较低，干缩性能增强的特点，克服了水泥稳定碎石的缺点，是一种能很好地能预防裂缝的基层新材料
5.3 水泥乳化沥青混凝土在改造工程中的应用
工程实例：
沪嘉高速公路建成于1988年，交付使用至今已逾20年。在行车荷载和自然力的作用下，路面与桥梁在使用过程中出现了不同程度的损坏。2006年开始，沪嘉高速公路用了近三年的时间对全线进行大修。为提高行车舒适性，2009年的大修过程中将G15立交一南门收费站段的水泥混凝土路面改建为黑色路面，改建后的结构形式为18 cm 水泥一乳化沥青再生混合料-I-6 cm AC-20C沥青混凝土十4 cm SMA-13沥青混凝土。在白改黑实施过程中采用了水泥乳化沥青技术对原有的白色路面进行再生处理，具体说来就是将原白色混凝土板块就地打碎成小块后，再将其破碎成级配碎石，之后在拌和楼添加一定比例的水泥和特种乳化沥青，拌和为水泥一乳化沥青半柔性混合料，再运送到现场，进行摊铺、压实、养生。水泥一乳化沥青半柔性混合料作为一种新型材料，在高速公路中应用较少因为它兼有了沥青和水泥二者的优点所以其应用前景较为可观
[24][23]。 。
6 展望
乳化沥青水泥混凝土是一种新型路面材料，有较好的路用性能，具有广阔的应用前景。但是对水泥乳化沥青混凝土的其他性能进行更进一步的测试，以求拓展该种材料的使用空间。
参考文献
[1]张登良. 沥青路面[M].北京：人民交通出版社，1998.
[2]薛玉海. 公路沥青路面裂缝现状及防护策略研究[J]. 山西建筑,2014,01:159-160.
[3] 韦连科. 汪福卓，译 路用新材料[M].北京：人民交通出版社，2008.
[4]杜少文. 水泥乳化沥青混凝土路用性能与强度形成机理研究[D].长安大学,2007.
[5]闫小虎. 水泥乳化沥青混凝土性能试验研究[D].长江科学院,2012.
[6]Bentur A,Older LDevelopment and Nature of Interfacial Microstructure[R].Interfacial Transition Zone in Concrete.RILEM ReportII,London,1996:18-44.
[7] Sabita Manual 21. 1999. The design and use of emulsion-treated bases. Cape Town.
[8] Brown S F,Needham D. A study of cement modified bitumen emulsion mixture[J]. AAPT,2000,(69):92-121.
[9] Giuliani F. X-Ray Diffraction method f-or studying cement-modified bitumen-emulsion mixtures in asphalt pavement cold recycling. 1st International symposium on sub-gradestabilization and in-situpavement recycling using cement, Salamanca, Spain. October. 2001
[10]张思源，魏建民. 水泥乳化沥青混合料配合比设计与施工技术研究[J].重庆交通学院学报. 2000.03
[11]高英. 水泥一乳化沥青混合料研究[J].公路1997.08
[12]袁文豪. 水泥乳化沥青混凝土研究长安大学[D] 2005.06.
[13]许建兵. 水泥乳化沥青混合料的特性及施工技术要求[J].新材料产业,2012,11:50-53.
[14]翁智财, 谢永江, 郑新国, 刘竞, 曾志, 李书明. W/C和A/C对水泥乳化沥青复合胶凝材料水化的影响[J]. 铁道建筑,2011,11:128-131.
[15]张玉会. 乳化沥青水泥混凝土特性及施工工艺研究[J].河南科技,2013,18:67+69.
[16]杨炎生, 范维玉, 王哲, 南国枝, 孙士平. 阳离子乳化沥青对水泥乳化沥青浆体流变性的影响 [J].中国石油大学学报(自然科学版),2012,06:167-171.
[17]李炜光, 肖燕, 杨体文, 李强, 叶青, 经冠举, 田耀刚. 水泥乳化沥青混凝土力学性能及微观作用机理研究
[J].公路,2013,09:196-199.
[18]叶青. 水泥乳化沥青混凝土凝结硬化机理及微观结构研究[D].长安大学,2012.
[19]王学信, 沙爱民, 胡力群, 袁文豪. 水泥乳化沥青混凝土力学性能研究[J].公路交通科技,2005,11:61-64.
[20]闫小虎. 水泥乳化沥青混凝土性能试验研究[D].长江科学院,2012.
[21]姜丽伟. 乳化沥青水泥稳定级配碎石路用性能试验研究[J].四川建筑科学研究,2013,03:222-225.
[22李志栋. 有机水硬性复合材料处治桥头跳车关键技术[J]. 公路,2012,06:139-145.
[23]刘炳华, 闫新勇. 水泥乳化沥青稳定基层材料性能研究[J].公路交通科技(应用技术版),2013,02:59-61.
[24]杨瑞华, 胡志祥, 钱钟达, 申红平, 孙伟军. 水泥—乳化沥青半柔性混合料在S5沪嘉高速大修工程中的应用 [J]. 上海公路,2010,03:18-21+12.
《新型路面材料》结课论文
水泥乳化沥青混凝土的特性及应用
The characteristics and application of cement emulsified
asphalt concrete
摘 要
乳化沥青水泥混凝土是一种新型路面材料，能够把沥青稳定类和水泥混凝土路面材料的特性结合起来，形成一种新的、具有综合柔性和刚性路面结构层次优点的新型材料，具有较好的路用性能，具有广阔的应用前景。
关键词：水泥乳化沥青混凝土；路用性能；工程应用
目 录
1 前言„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 2
1.1 水泥乳化沥青混凝土概述 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2
1.2 国内外研究现状 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 2 原材料的技术特点„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4
2.1 组成原材料的要求 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4
2.2 原材料对混合料的影响 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 3 水泥乳化沥青混凝土硬化机理 …………………………………………………6
3.1 水泥水化机理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6
3.2 水泥的凝结和硬化过程„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6
3.3 沥青与集料的作用„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7
3.4 沥青裹附水泥颗粒后的水化机理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7 4 水泥乳化沥青混凝土路用性能特点……………………………………………8
4.1 强度„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8
4.2 稳定性„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8
4.3 低温抗裂性„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9
4.4 水稳定性„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9 5 工程应用…………………………………………………………………………10
5.1 水泥乳化沥青混凝土处理桥头跳车„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10
5.2 水泥乳化沥青混凝土在路面基层的应用„„„„„„„„„„„„„„„„„10
5.3 水泥乳化沥青混凝土在改造工程中的应用„„„„„„„„„„„„„„„„11 6 展望……………………………………………………………………………11 7 参考文献 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12
水泥乳化沥青混凝土的应用研究
1 前言
1.1 水泥乳化沥青混凝土概述
1.1.1 水泥乳化沥青混凝土的发展背景
我国在建城市道路和高速公路路面类型基本可分为两大类，即水泥混凝土路面和沥青混凝土路面。
水泥混凝土路面具有刚度大承载能力强，弯拉强度高疲劳寿命长；高温稳定性好，在持续高温作用下，不会产生过大的塑性变形影响路面平整度和行车安全；耐候性、耐久性优良，有较强的抗水损害能力强；并且其原材料来源广泛，对周围地区的土壤和地下水无污染，而且水泥混凝土路面能够节省车辆的燃油消耗，经济性较好等优点。然而，混凝土路面也存在一些缺点。在温度变化的环境中和行车荷载的反复作用下极易导致混凝土面板发生开裂现象，并且裂缝处产生应力集中致使其不断扩大，雨水会通过裂缝渗入，侵蚀基层，使板底脱空，导致断板现象的发生，从而降低混凝土路面的承载力；混凝土面板不适应过大的沉降差，并且对超载、脱空非常敏感，及易造成结构性破坏，且维修难度大；水泥混凝土路面模量较高，减振效果差，反弹颠簸大，在行驶过程中舒适性较差。混凝土路面病害见图1。 相比之下，沥青混凝土路面表面平整度较高，由于沥青本身具有一定的弹性、塑性变形能力，因此沥青混凝土路面具有一定减振的功能，行车平稳，舒适性较好，并且在行车过程中噪声低；在施工工艺方面，其施工机械化程度高，能够较快的完成施工任务，并且施工完成后无需养护，基本能够做到即成即通。因此，沥青混凝土路面在我国高速公路建设中得到了广泛的推广和应用。
沥青材料自身是一种弹性体，当气温较高时，沥青材料自身粘性降低，导致集料颗粒间粘聚力减弱，在行车过程中垂直力和水平力的共同作用下，极易使沥青混合料颗粒之间相 互分离或彼此产生滑动，使沥青路面结构层形成松散、坑槽、车辙、推移、波浪、拥包 等病害。这些病害不仅降低了行车过程中舒适性，且极大地危害了行车安全（图2）。在气温较低时，沥青材料自身会变硬，沥青混凝土的强度虽然有小幅度的增高，但是其抗变形能力则大为降低，表现出脆性，并且由于沥青混凝土面层的材料自身收缩，加之车辆荷载和半刚性基层产生收缩裂缝的共同作用，使沥青混凝土路面面层内产生过大的拉应力，从而导致沥青混凝土路面发生开裂现象。
[2][1]
图 1 图 2
沥青混凝土路面 水泥混凝土路面
综上所述，不管是水泥混凝土路面还是沥青混凝土路面在性能方面上都各有所长，但也都存在各自的缺点。因此，我们针对上述问题，着眼开发一种其具有两种路面材料优点的新型路面材料。有机水硬性材料混凝土是一种人工建筑材料，它综合了热力学上互不相容的有机材料（沥青、柏油）与无机材料（水泥、石膏、矿渣等）的胶结特性，在其复合后的结构中能够胶结在一起。将有机结合料（液态的沥青）和硅酸盐水泥混合在水的作用下得到最佳效果的综合加固土。20世纪60——70年代，开始用阴离子乳化沥青来代替液体沥青与水泥混合，得到乳化沥青水泥混凝土。
1.1.2 水泥乳化沥青混凝土的优点
水泥乳化沥青混凝土是在冷拌乳化沥青混合料母体中掺入水泥经冷拌、冷铺而形成的半刚性路面材料，它减弱了沥青混凝土与水泥混凝土路面材料的不足，并兼有两者的优点，能够提高路面的使用性能。同时水泥乳化沥青混凝土还有以下优点：
（1）乳化沥青破乳后的水分可供水泥硬化凝结，较好的解决了乳化沥青破乳“憎水”和水泥水化“需水”的矛盾，提高了乳化沥青混合料的早期强度。
（2）节省资源，节约能源，降低道路建设成本。根据国内外实践，乳化沥青一般可以比热沥青少用20%-30%的沥青，大大节约资源，降低了道路建设的材料费用。而且乳化沥青混合料使用不用加热，比热拌沥清混合料节省热能50%以上，节省了大量能源。
(3)减少环境污染，改善施工条件。水泥乳化沥青混合料为冷拌混合料，在常温下施工，避免了热拌沥青混合料施工时加热产生的烟雾，减少了对环境的污染，同时改善了施工条件。
(4)施工方便。水泥乳化沥青混合料施工期比热拌沥青混合料施工期大大加长，提高了施工速度，方便路面维修。
(5)由于面层颜色的变浅，减小了路面的吸热速率，使路面内部温度低于普通沥青路面[3]
的温度，温度应力显著降低。同时，由于半刚性面层颜色浅，对夜间行车十分有利。
(6)将水泥乳化沥青混凝土用作路面基层可以改变现有半刚性基层的不足，使基层形式多样化[4-5]。
1.2 国内外研究现状
美国从60年代起开始水泥乳化沥青混凝土的研究，此后日本、英国、澳大利亚、南非等国对此也进行了研究。 Baomy从混凝土的成型工艺出发采用裹浆集料制备水泥乳化沥青混凝土，以提高水泥乳化沥青混凝土的刚性和强度。这种方法最早源于口本，用于提高水泥混凝土中骨料与水泥浆体的粘结力，从而提高混凝土的整体强度或在大流动性条件下混凝土的工作性能。南非沥青处治基层手册(Sabita Manual 21 1999)中推荐可以加入1%的水泥能提高乳化沥青的破乳速度、与集料的粘结性和增加早期强度，以满足尽早开放交通的需要。2000年S.F.Brown 教授的研究进一步指出了水泥对乳化沥青混合料的有益作用，他研究了养护时间、水、水泥掺量对混合料性能的影响，而且使用扫描电镜研究了水泥乳化沥青混凝土中水泥水化物的微观形貌。Issa Rita (2001) 研究了乳化沥青和水泥用于冷再生中，水泥如何影响再生混合料的性能，以及如何确定最佳水泥和乳化沥青用量等问题。结论表明稳定度值随水泥用量的增加而增加，随乳化沥青用量的增加而减小，并且推荐了适用于冷再生的乳化沥青和水泥的用量范围。
国内也有一些研究人员致力于乳化沥青混凝土掺加水泥的研究，他们希望这种复合材料可以发挥柔性材料和刚性材料的优点，通常称这种混合料为水泥乳化沥青混合料。2000年张思源，魏建民研究了水泥乳化沥青混凝土的配合比设计和试验路的铺筑方法，对施工具有一定的指导意义。同济大学的高英[10[11][8][9][7][6]，长安大学的袁文豪[12]先后都对水泥乳化沥青混凝土的配合比和路用性能做了研究，并对强度形成机理做了解释。
2 原材料的技术特点
2.1 组成原材料的要求
2.1.1集料
粗集料采用石灰岩破碎后并经筛分的碎石，要求强度高，清洁、干燥、表面粗糙，针片状含量和压碎值符合《公路沥青路面设计规范》和《公路沥青路面施工技术规范》 细集料可采用天然砂、机制砂，细集料应洁净、干燥、无风化、无杂质，并有适当的颗粒级配。
2.1.2 水泥
水泥采用po42.5号普通碳酸盐水泥，根据施工工艺选择适合的凝结时间，不建议采用快硬、早强水泥，水泥安全性要符合要求。
2.1.3 乳化沥青
乳化沥青采用慢裂型阳离子乳化沥青和慢裂型阴离子乳化沥青，乳化沥青的质量应符合《道路用乳化沥青技术要求》等规定，制备乳化沥青的基质沥青应选A,B 级要求，并在贮存期间保持不离析、不冻结、不破乳。
2.1.4 消泡剂
消泡剂采用磷酸三消泡剂，化学纯等级、减水剂采用高效减水剂，主要成份为蔡磺酸盐甲醛缩全物，呈褐色粉状，使用比例以水泥用量的质量比1%计 。
2.1.5 水
拌和用水采用洁净的生活用水。
2.2原材料对混合料的影响
乳化沥青水泥混凝上的抗压弹性模量比普通水泥硅的明显偏低，但抗弯拉弹性模量的降低要比抗压弹性模量的幅度小。相对于普通沥青混合料，乳化沥青水泥混凝上混合料由于加入了水泥，其抗压强度和抗折强度都有一种随着时间士曾长而增强的趋势。
2.2.1 水泥强度对混合料的影响
水泥强度直接影响着乳化沥青水泥混凝上的抗压和抗折强度，强度较高时抗弯拉模量有所增长，但增长的幅度没有抗压强度增长的幅度大，水泥标号的提高使乳化沥青水泥混凝上的强度相应提高同时还不降低期韧性，但乳化沥青水泥混凝上抗压强度高并不代表其抗折强度高[13]。
2..2.2 外加剂对混合料的影响
理论上讲，外加剂会对乳化沥青水泥混凝上的力学性能造成很大的影响，如果同时掺入消泡剂和减水剂，其抗折强度较高；只掺加减水剂的弹性模量较高，说明减水剂改善了混合料的力学特性，且掺入外加剂后混合料的和易性有所改善。
2.2.3 水灰比对混合料的影响
水灰比对于水泥基的强度有着决定性影响，水灰比大，乳化沥青水泥混凝上的强度降低，抗弯拉弹性模量减小；水灰比小，乳化沥青水泥混凝上的强度提高，抗弯拉弹性模量增大
2.2.4 消泡剂对混合料的影响
消泡剂的作用是消除各种外加剂在混合料中产生和引入的气泡，可以增加成型后混合料的密实性，从而提高强度，但另一方面气泡的减少也会引起混合料和易性相对降低，实践中，沥青材料中加入消泡剂，可以通过减小应力集中，增强应力分布的均匀性，以提高成型试件的强度
[15][14]。 。
2.2.5 乳化沥青对混合料的影响
试验表明，阴离子乳化沥青在乳化沥青水泥混凝上中，并不能形成强度较高的混合料，相同比例的沥青掺加量情况下，其强度明显小时于阳离子乳化沥青形成的混合料试件
[16]。
3 水泥乳化沥青混凝土硬化机理
有机水硬性复合材料结构强度的形成主要依靠乳化沥青、水泥、集料之问的相互作用以及乳化沥青失水破乳、水泥水化来实现。如图3
图 3 ：水泥乳化沥青混凝土强度形成机理
3.1 水泥水化机理
水泥不仅能够在空气中硬化，在水中也可以，保持并继续增长其强度，其水化过程侧如下：
（23CaO ⋅SiO 2）+6H 2O =3CaO ⋅2SiO 2⋅3H 2O +3Ca （OH ）2
（22CaO ⋅SiO 2）+4H 2O =3CaO ⋅2SiO 2⋅3H 2O +Ca （OH ）2
3CaO ⋅Al 2O 3+6H 2O =3CaO ⋅2Al 2O 3⋅6H 2O
4CaO ⋅Al 2O 3⋅Fe 2O 3+7H 2O =3CaO ⋅Al 2O 3⋅6H 2O +3CaO ⋅Fe 2O 3⋅H 2O
3CaO ⋅Al 2O 3⋅6H 2O +（3CaSO 4⋅2H 2O ）+19H 2O =3CaO ⋅Al 2O 3⋅3CaSO 4+31H 2O
3.2 水泥的凝结和硬化过程
水泥颗粒分散于水中形成水泥浆体，其中产生的水化产物氢氧化钙、水化铝酸三钙易溶于水形成饱和溶液，逐渐形成以水化硅酸三钙凝胶体为主体，以氢氧化物、水化铝酸三钙、水化硫铝酸钙为结晶体结构的凝胶体。随着裹附水泥颗粒表而的凝胶体膜层增厚、破裂、溶解，形成网络结构，且增乳变稠失去塑性，直至水化产物填充空隙、减少毛细孔，形成由凝胶体、未水化颗粒内核以及毛细孔组成的不均质结构的水泥石。
3.3 沥青与集料的作用
沥青与集料之间的相互作用主要表现为吸附作用、由于沥青表现为酸性，当其与酸性集料作用时仅有分子作用力(德华力) 存在，吸附层可达几个分子的厚度。在与低价阳离子的集料作用时易形成可溶于水的有机岩，仅发生物理吸附二而与集料表面的高价金属阳离子产生化学反应时，则生成难溶于水的沥青酸在集料表面产生化学吸附。
水泥、乳化沥青以及集料在水的作用下将发生复杂的反应，水泥作为一种水硬性材料只有吸收水分才能发生足够的水化反应，而乳化沥青恰恰只有失水破乳后才能使沥青混合料形成强度。因此，水泥作为一种水硬性材料，具有与沥青这种有机材料互补的特点。不过水泥作为无机结合料在有机水硬性混合料中不但能起到调整集料的级配、改善混合料和易性、加快破乳速度、加快稀浆固化成型以及提高早期强度的作用，还可以延缓或基本不影晌破乳速度，其中的相互作用比较复杂主要表现如下：
（1）增大混合料比表而积与吸水能力。水泥粒径很细，其比表而积可达3 000 cm/g，
加入到混合料中会增加固体材料比表面积，并吸收一定的水分，从而有加快破乳的趋势。
(2)水泥在有机水硬性混合料中发生如下水化过程：
3CaO ⋅SiO 2+H 2O +H +→3Ca 2+
2CaO ⋅SiO 2+H 2O +H +→2Ca 2+
3CaO ⋅Al 2O 3+H 2O +H +→3Ca 2+
CaSO 4→Ca 2++SO 42-
其中产生的Ca 2+吸附在带负中荷的集料表而，降低了集料的表而电势，从而延缓了其与带正电荷的沥青微粒的作用，达到延缓破乳的目的。
(3)水泥可增大混合料体系的ph 直，使改性乳化沥青的表面电势降低，从而减弱了其与集料的作用，延缓破乳。
3.4沥青裹附水泥颗粒后的水化机理
理论分析与试验研究表明:不论是何种混凝土的生产工艺，水硬性胶结料的水化条件都会出现。即使矿物材料经沥青裹附后再加水，水泥颗粒表面裹有一薄层低强度有机豁结剂(从几十至几百微米) 时同样具备水化条件。由于水的表面张力大于沥青的表面张力，沥青微粒会与水泥颗粒发生断裂，水泥水化反应产生的碱性介质将使有机结合料进一步乳化，从而促进水化过程。因此，要使乳化沥青稳定，必须降低沥青乳液的表面张力。水泥水化反应生成
的无机微粒在水(油) 界面上积累，形成一个保护层，从而阻止液滴的聚集。乳液界面带有电荷，且每个微粒所带的电荷都相同。这样微粒互相接近时就会相互排斥，从而防止它们合并，提高了乳液的稳定性
[17-18]。
4 水泥乳化沥青混凝土路用性能特点
4.1 强度
强度是材料在荷载作用下不产生破坏或开裂的能力，而模量反映了材料在荷载作用下的变形性质。水泥乳化沥青混凝土路面在荷载作用下结构层将产生一定的应力和变形，如果结构层的应力超过材料的容许应力，路面结构将出现开裂。如果结构层的刚度不能满足一定的要求，变形会超过材料的容许应变，路面同样将出现开裂或结构弯沉超过容许值。所以，对水泥乳化沥青混凝土强度和模量规律的研究对结构层设计有重要意义。
4.1.1 抗压强度
水泥乳化沥青混凝土，在水泥用量不变时，随着乳化沥青用量的增加混凝土抗压强度均呈下低趋势；相同的乳化沥青用量下，随着水泥用量的增加，混凝土的抗压强度增加。相同龄期、水泥和乳化沥青用量情况下，AC-20级配混凝土的抗压强度比AC-16级配混凝土抗压强度大。主要是因为级配变粗，更多的粗集料之间的嵌挤力发挥了作用。
4.1.2 抗折强度
当乳化沥青用量一定时，两种密级配水泥乳化沥青混凝土的抗折强度都随着水泥含量的增加而增大；水泥用量一定时，不同级配的水泥乳化沥青混凝土抗折强度随着乳化沥青含量的增加而降低；级配为AC-16的混凝土抗折强度比级配为AC-20的混凝土抗折强度有高。AC-16级配相比AC-20集料颗粒较细，集料比表面积较大，相同的水泥和乳化沥青含量下，集料与结合料之间的粘结力较大，所以级配较细，抗折强度较大。
4.2 稳定性
从水泥乳化沥青混凝土的力学性能的研究可以看出，这种新型的半刚性路面材料，其性质偏于柔性，因此，用普通沥青混合料的试验方法来研究其高温稳定性：马歇尔稳定度试验和车辙试验。
对于水泥乳化沥青混凝土来说，乳化沥青含量不能过少，否则混凝土的刚性过大。 水泥含量保持不变时，两种级配水泥乳化沥青混凝土的稳定度随着乳化沥青含量的增加而减小；而当乳化沥青含量不变，稳定度则随着水泥含量的增加而增大，这与抗压强度的增长规律一致。
在试验所用水泥含量和沥青含量的情况下，两种密级配水泥乳化沥青混凝土的动稳定度均大大超过现行《公路沥青路面设计规范》规定的上面层和下面层的混合料动稳定度不应低子800次/mm的标准。由此可见水泥乳化沥青混凝土的高温稳定性大大优于普通热拌沥青混凝土和SMA 。在相同的水泥用量下，两种级配水泥乳化沥青混凝土的动稳定度都随着乳化沥青用量的增加而减小；相同的乳化沥青用量下，混凝土的动稳定度随着水泥含量的增加而增大。水泥含量从2%增加到3%时混凝土的动稳定度有较大的增加，水泥含量再增加到4%时动稳定度增加的幅度减小。
试验表明水泥乳化沥青混凝土马歇尔稳定和动稳定度次数都大大超过普通热拌沥青混凝土和SMA ，混凝土显示出良好的高温抗车辙性能。
4.3 低温抗裂性
乳化沥青混凝土与普通沥青混凝土一样，气温下降会产生收缩变形，收缩受到约束时混凝土中产生拉应力，过快的降温速率将使路面内的应力来不及松弛，出现过大的应力积累。与此同时，由于温度降低，沥青混合料的劲度模量增大，应力松弛性能降低，也导致应力积聚过大。温度应力积累到超过沥青混合料的极限抗拉强度时，路面就将出现裂缝。
当乳化沥青用量不变时，两种密级水泥乳化沥青混凝土的低温劈裂抗拉强度随着水泥含量的增加而增大；两种密级配混凝土的破坏应变随着水泥用量的增加而降低，但是随着乳化沥青用量的增加而增大。 当乳化沥青用量不变时，水泥乳化沥青混凝土的低温劈裂劲度模量随着水泥含量的增加而增大。说明随着水泥含量增加，混凝土逐渐向刚性发展，变形能力减小。当水泥含量不变时，混凝土的低温劲度模量随着乳化沥青用量的增加而降低。说明随着乳化沥青含量的增加，混凝土逐渐向柔性发展，其低温抗变形能力亦增强。但是，相比而言水泥乳化沥青混凝土的低温抗裂性能仍然低于普通热拌沥青混凝土。为了更清楚地了解其低温抗裂性仍需对其进一步研究。
4.4 水稳定性
水损害是各等级公路普遍发生的典型病害之一。所谓水损害是指水经由沥青路面孔隙、裂缝进入沥青路面内部后，在车轮轮胎动态荷载产生的动水压力或真空抽吸冲刷的反复作用下，水分逐渐渗入沥青与矿料的界面或沥青内部，使沥青与矿料之间的粘附性降低并逐渐丧失粘结能力，从而使沥青膜逐渐从矿料表面剥离，沥青混合料掉粒、松散，使沥青路面结构的整体性发生了破坏。我国现行《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ 05222000)规定评价沥青混凝土水稳性的试验方法是浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验。
试验表明浸水马歇尔试验的残留稳定度随着水泥用量的增加而增大，随着乳化沥青含量
的增加有所减小。动融劈裂试验的动融劈裂强度比随着水泥含量增加而增大，随着乳化沥青含量的增加先增大后减小。总的讲，水泥乳化沥青混凝土有较好的水稳性能，残留稳定度和动融劈裂强度比都能够满足现行沥青路面施工规范对普通沥青混凝土的要求，其水稳性已接近或超过普通沥青混凝土
[19-21]。
5 工程应用
5.1 水泥乳化沥青混凝土处理桥头跳车
设计思路是针对沥青混合料高温性能和抗变形能力的不足之处，以及水泥混凝土刚度大等问题，将沥青作为基体，连续分散在复合材料中，水泥作为增强相，分散在沥青基体中通过功能复合改良材料性能。该工艺仅需根据桥头沉陷发生的范围进行局部填充，可进行不等厚摊铺，无需铣刨原路，同时也缩短路的维修时间，常温条件下每层施工从摊铺到养生约3h 即可开放交通。
施工工序为测量→清扫拉钢线→摊铺整平→碾压→养生→罩面整形
5.2 水泥乳化沥青混凝土在路面基层的应用
作为一种新型的半刚性路面基层材料，国内外对水泥乳化沥青复合材料进行了较多的研究。当前的半刚性基层材料不可避免地存在着干缩裂缝的问题，用水泥乳化沥青复合胶浆稳定碎石，将它作为一种新型的基层混合料加以研究。水泥乳化沥青稳定碎石是以水泥、乳化沥青和水共同为结合料，掺入到符合基层规范级配的碎石中，是一种以水泥材料为主，形成水泥为连续相，沥青为分散相的复合材料，经拌和得到的混合料经过压实和养生，使其抗压强度达到规定要求。根据水泥乳化沥青的微观结构的分析，使它具备拥有较低温度敏感性、较大抗压强度、较高的耐久性和较长的疲劳寿命的初步条件后，只要设计合理，添加适量，就能充分发挥沥青材料刚度较低、韧性较高的特点，从而降低混合料的刚度，提高其干缩性能，这对减少甚至消除基层的反射裂缝起到了重要作用，具有较高的工程应用价值：
(1)水泥是混合料强度、刚度和干缩性能的决定性因素，水泥剂量越高，混合料的强度、刚度越大，干缩性能越差。
(2)水泥乳化沥青稳定碎石的抗压回弹模量较水泥剂量相同的水泥稳定碎石降低明显，并且加入的乳化沥青越多，抗压回弹模量降低越大。说明加入乳化沥青后，混合料的刚度降低，更具柔性。
(3)干缩试验说明各种混合料的干缩性能在加入乳化沥青后都有不同程度的提高，相同水泥剂量的情况下，随着加入乳化沥青量的增多，混合料的干缩应变和干缩系数减小。 [22]。
(4)比起传统的水泥稳定碎石，水泥乳化沥青稳定碎石具有刚度较低，干缩性能增强的特点，克服了水泥稳定碎石的缺点，是一种能很好地能预防裂缝的基层新材料
5.3 水泥乳化沥青混凝土在改造工程中的应用
工程实例：
沪嘉高速公路建成于1988年，交付使用至今已逾20年。在行车荷载和自然力的作用下，路面与桥梁在使用过程中出现了不同程度的损坏。2006年开始，沪嘉高速公路用了近三年的时间对全线进行大修。为提高行车舒适性，2009年的大修过程中将G15立交一南门收费站段的水泥混凝土路面改建为黑色路面，改建后的结构形式为18 cm 水泥一乳化沥青再生混合料-I-6 cm AC-20C沥青混凝土十4 cm SMA-13沥青混凝土。在白改黑实施过程中采用了水泥乳化沥青技术对原有的白色路面进行再生处理，具体说来就是将原白色混凝土板块就地打碎成小块后，再将其破碎成级配碎石，之后在拌和楼添加一定比例的水泥和特种乳化沥青，拌和为水泥一乳化沥青半柔性混合料，再运送到现场，进行摊铺、压实、养生。水泥一乳化沥青半柔性混合料作为一种新型材料，在高速公路中应用较少因为它兼有了沥青和水泥二者的优点所以其应用前景较为可观
[24][23]。 。
6 展望
乳化沥青水泥混凝土是一种新型路面材料，有较好的路用性能，具有广阔的应用前景。但是对水泥乳化沥青混凝土的其他性能进行更进一步的测试，以求拓展该种材料的使用空间。
参考文献
[1]张登良. 沥青路面[M].北京：人民交通出版社，1998.
[2]薛玉海. 公路沥青路面裂缝现状及防护策略研究[J]. 山西建筑,2014,01:159-160.
[3] 韦连科. 汪福卓，译 路用新材料[M].北京：人民交通出版社，2008.
[4]杜少文. 水泥乳化沥青混凝土路用性能与强度形成机理研究[D].长安大学,2007.
[5]闫小虎. 水泥乳化沥青混凝土性能试验研究[D].长江科学院,2012.
[6]Bentur A,Older LDevelopment and Nature of Interfacial Microstructure[R].Interfacial Transition Zone in Concrete.RILEM ReportII,London,1996:18-44.
[7] Sabita Manual 21. 1999. The design and use of emulsion-treated bases. Cape Town.
[8] Brown S F,Needham D. A study of cement modified bitumen emulsion mixture[J]. AAPT,2000,(69):92-121.
[9] Giuliani F. X-Ray Diffraction method f-or studying cement-modified bitumen-emulsion mixtures in asphalt pavement cold recycling. 1st International symposium on sub-gradestabilization and in-situpavement recycling using cement, Salamanca, Spain. October. 2001
[10]张思源，魏建民. 水泥乳化沥青混合料配合比设计与施工技术研究[J].重庆交通学院学报. 2000.03
[11]高英. 水泥一乳化沥青混合料研究[J].公路1997.08
[12]袁文豪. 水泥乳化沥青混凝土研究长安大学[D] 2005.06.
[13]许建兵. 水泥乳化沥青混合料的特性及施工技术要求[J].新材料产业,2012,11:50-53.
[14]翁智财, 谢永江, 郑新国, 刘竞, 曾志, 李书明. W/C和A/C对水泥乳化沥青复合胶凝材料水化的影响[J]. 铁道建筑,2011,11:128-131.
[15]张玉会. 乳化沥青水泥混凝土特性及施工工艺研究[J].河南科技,2013,18:67+69.
[16]杨炎生, 范维玉, 王哲, 南国枝, 孙士平. 阳离子乳化沥青对水泥乳化沥青浆体流变性的影响 [J].中国石油大学学报(自然科学版),2012,06:167-171.
[17]李炜光, 肖燕, 杨体文, 李强, 叶青, 经冠举, 田耀刚. 水泥乳化沥青混凝土力学性能及微观作用机理研究
[J].公路,2013,09:196-199.
[18]叶青. 水泥乳化沥青混凝土凝结硬化机理及微观结构研究[D].长安大学,2012.
[19]王学信, 沙爱民, 胡力群, 袁文豪. 水泥乳化沥青混凝土力学性能研究[J].公路交通科技,2005,11:61-64.
[20]闫小虎. 水泥乳化沥青混凝土性能试验研究[D].长江科学院,2012.
[21]姜丽伟. 乳化沥青水泥稳定级配碎石路用性能试验研究[J].四川建筑科学研究,2013,03:222-225.
[22李志栋. 有机水硬性复合材料处治桥头跳车关键技术[J]. 公路,2012,06:139-145.
[23]刘炳华, 闫新勇. 水泥乳化沥青稳定基层材料性能研究[J].公路交通科技(应用技术版),2013,02:59-61.
[24]杨瑞华, 胡志祥, 钱钟达, 申红平, 孙伟军. 水泥—乳化沥青半柔性混合料在S5沪嘉高速大修工程中的应用 [J]. 上海公路,2010,03:18-21+12.