第五章彩色水泥灌漿瀝青混合料設計方法及路用效能研究
彩色水泥灌漿瀝青混合料作為彩色路面用材料的一種，除具有多彩的外觀外，路用效能也很重要。本章主要研究該複合材料的路用效能。
彩色水泥灌漿瀝青路面,是將特殊設計的彩色水泥膠漿灌入到多孔的開級配瀝青混合料的空隙之中而形成的路面。該開級配瀝青混合料稱之為基體瀝青混合料，也叫母體瀝青混合料。
§5-1 原材料試驗
1．瀝青：採用埃索70號瀝青，實驗結果見第三章表3-2-3，各項指標合格。
2. 集料：集料採用石灰岩具體指標見第四章表4-1-1。
3. 水泥：選用江西產425普通矽酸鹽白色水泥，參照《公路工程水泥混凝土實驗規程》（jtj053-94）中有關方法進行檢驗，水泥質量合格，結果見表5-1-1。
表5-1-1 水泥技術指標測定結果
4. 砂：選用福建產標準砂，為了能使水泥膠漿中的砂容易灌入瀝青混合料的空隙中，砂通過0.6mm篩孔的通過率要大於80%，最大粒徑不能超過1.18mm。
5. 色粉：紅色、綠色、黃色等色粉。
6. 外加劑：採用早強劑和減水劑。
§5-2 彩色水泥膠漿的設計
作為彩色灌漿瀝青路面用水泥膠漿，它主要由水泥膠結料、砂、礦粉、水、外加劑和色粉等組成。必須滿足以下性質：
足夠的抗壓強度和抗折強度；
良好的流動性；
在硬化過程中，體積變化要小於0.5％；
具有較小的乾縮、溫縮特性；
必須具有良好的與混合料結合的效能。
考慮以上原則，參照日本道路協會《ァスファルト鋪裝要綱》（平成四年修訂版），水泥灌漿瀝青路面用水泥膠漿主要效能指標如表5-2-1所示。
表5-2-1 水泥膠漿效能目標值
5.2.1 水泥膠漿評價及實驗方法
1.流動度的測定
具有良好的流動性是水泥灌漿瀝青路面用水泥膠漿必須滿足的性質之一。對於具體的流動度測定方法，國內各個研究機構採用的儀器及方法均不相同，本研究參考日本有關規範，提出具體的流動度測定方法。
（1）實驗儀器
流動度儀：上端內徑178mm，下端內徑13mm，流出管長38mm，內容積為1725ml。漏斗形狀及尺寸見圖5-2-1。
圖5-2-1 流動度儀（單位：mm）
容器：量桶或量杯；
秒錶：普通秒錶。
（2） 試驗方法
a．漏斗垂直支撐穩定後，用水沖洗漏斗內壁；
b．將水泥膠漿充分拌和均勻後，倒入漏斗內，先讓適量水泥膠漿從流出管流出，然後用手指堵住流出管口，再向漏斗內注入膠漿，直至規定體積1725ml位置。
c．放開手指，水泥膠漿流出的同時開始計時，直至連續流出的水泥膠漿完全流出瞬間計時，讀出該瞬間的時間，精確至0.1秒，即為流動度。
（3）結果整理
一種水泥膠漿平行試驗三次，取其算術平均值為最後結果。
注意事項：在測流動度之前，要用水充分沖洗漏斗內壁；每次測定完後，用水將附著在內壁上的膠漿沖洗乾淨，防止硬化後的水泥膠漿影響下一次測定的準確度。
2．強度的測定
根據《公路工程水泥混凝土試驗規程》（jtj053—94）中水泥膠砂強度測定方法，製備試件（4×4×16cm）標準養生條件(20±3℃,相對濕度》90%)養生到規定零期,測定期抗折、抗壓強度。
（1） 抗折強度的測定
a．取出經過規定零期養生的三個試件，清除試件表面的水分和砂礫，將其放入槓桿式抗折試驗機夾具內，調整槓桿接近平衡位置，進行抗折強度的測定。
b．抗折強度按下式計算
r＝式中： r—抗折強度，mpa；p —破壞荷載，mpa；l —支撐圓柱中心距即100mm；b、h—試件斷面寬及高，均為40mm。
c．抗折強度結果取三個試件的平均值。當三個強度中有超過平均值±10％，應剔除後再平均，此平均值作為抗折強度試驗結果。彩色水泥膠砂試件見圖5-2-2。
圖5-2-2 抗折強度試驗後的彩色水泥膠砂試件
（2）抗壓強度的測定
a．將抗折試驗後的兩個斷塊放入抗壓夾具中，在壓力試驗機上進行抗壓強度的測定。壓力機加荷速度控制在5±0.5kn/s的範圍內。
b．抗壓強度按下式計算
r=式中: r—抗壓強度，mpa；p —破壞荷載，n； s —受壓面積，為40mm×40mm。
c．六個抗壓強度結果中剔除最大、最小兩個數值，以剩下的四個值平均值作為抗壓強度結果。入不足六個，取平均值。圖5-2-3為抗壓強度試驗後的彩色水泥膠砂試件。
圖5-2-3 抗壓強度試驗後的彩色水泥膠砂試件
5.2.2 水泥膠漿試驗結果與分析
水泥膠漿的配比可以通過不同水平和影響因素的試驗設計經大量試驗確定，也可借鑑以往的經驗，縮小範圍，經少量試驗確定，可稱之為經驗法。本研究借鑑以往經驗對不同配方的水泥膠漿進行實驗，結果見表5-2-2。
表5-2-2 彩色水泥膠漿效能指標
彩色水泥灌漿瀝青路面用水泥膠漿按養生時間可分為普通型，早強型和超早強型，養生時間的長短大都是根據所使用的水泥種類按經驗來確定的，普通型一般在水泥膠漿灑鋪成型標準養生約三天後即可開放交通，早強型為一天，超早強型為3到5小時。但是，也有規定養生時間不能按經驗來確定，而是根據該復合混合料耐磨和抗車轍性與水泥抗壓強度的關係，以水泥的抗壓強度在4.9mpa以上的標準來確定路面養生時間的。
本研究根據一般需要，水泥膠漿設計為早強型，借鑑以往研究經驗，由方案1選水灰比0.55，砂用量20％，礦粉用量10％，驗證得七天抗壓、抗折強度和流動度均滿足要求，但一天的強度太低無法開放交通。固需要新增早強劑，進行方案2、方案3和方案4的試驗，早強劑用量與強度的關係見圖5-2-4。
圖5-2-4 早強劑用量與強度關係
由圖5-2-4可見，隨著早強劑劑量的增加，水泥膠漿的一天抗折、抗壓強度和三天的抗壓強度增加越多，而對於七天的抗折、抗壓強度則影響較小。
當早強劑用量為2％時，一天的抗壓強度達到4.8mpa，基本達到4.9mpa的要求；要進一步提高一天的抗壓強度，但早強劑用量不宜太高，否則可能導致水化太快、收縮加大和影響後期強度等問題，所以進行方案5的試驗，用降低水灰比來提高強度，同時新增0.
1％的減水劑保證流動度的要求。
通過新增3％、4％和5％的色粉，比較色彩效果並考慮造價，最後確定其用量為4％。
經試驗結果表明方案5的各項指標滿足要求，最後選定方案5為該早強型彩色水泥膠漿配比為：水灰比0.52，砂用量20％，礦粉用量10％，色粉用量4％，早強劑2％，減水劑0.
1％（用量為佔水泥之質量百分比），該水泥膠漿效能完全達到要求。1天抗壓強度為5.40mpa，達到開放交通要求。
為使其在施工時段內仍然滿足流動度的要求，測定該水泥膠漿經過不同時段的流動度（室溫20℃），結果如表5-2-3。
表5-2-3 彩色水泥膠漿流動度測定結果
圖5-2-5 流動度與時間關係
由表5-2-3及圖5-2-5可見，水泥膠漿的流動度隨時間的增長而增大。這與水化作用的增加以及隨時間的增長水分有一定的散失有關。從實驗結果可知，該水泥膠漿可以在70分鐘時間內流動度小於14秒，保證了施工時間流動性的要求。
具體施工時間與水泥膠漿一次灑鋪面積，結構層厚度和施工效率有關。
§5-3 基體瀝青混合料配合比設計
瀝青混合料結構層隨礦料級配的不同而構成不同的組成結構，諸如懸浮－密實結構、骨架－空隙結構、骨架－密實結構。水泥灌漿瀝青混合料屬於骨架－密實結構，而基體瀝青混合料則屬於骨架－空隙結構，即在形成骨架的同時提供足夠大的空隙以使水泥膠漿充分灌入。基體瀝青混合料的體積特徵對該路面的力學效能可產生重大影響，因此，在基體瀝青混合料的設計過程中要突出混合料的體積特徵，使其具有良好的體積特性。
基體瀝青混合料跟ogfc混合料在體積特徵上相類似。本研究採用簡單的馬歇爾設計方確定其瀝青用量。
5.3.1 瀝青混合料級配
1．指標要求及級配範圍
由於基體瀝青混合料設計空隙率高達20％以上，其最終力學效能又依賴於填充的水泥膠漿，其馬歇爾試驗結果不能使用現行瀝青路面施工技術標準進行判斷。對於該混合料來說，馬歇爾試驗結果僅供確定基體瀝青混合料瀝青用量時參考。由於目前國內開展這項研究極少，還不能制定相應的標準來指導施工，參照國外的研究，基體瀝青混合料的設計空隙率要求在20%－28%之間,瀝青用量在3.
0%－4.5%之間，具體指標要求如表5-3-1所示。
表5-3-1 基體瀝青混合料指標要求
選用具有大空隙率特性的瀝青混合料作為水泥灌漿瀝青路面用基體瀝青混合料, 由於我國還未有該種級配的推薦範圍，借鑑日本ァスファルト鋪裝要綱推薦的瀝青混合料級配如表5-3-2。
表5-3-2 基體瀝青混合料級配推薦範圍
2．擬定礦料級配
選取設計空隙率為26％，參照以上級配範圍，選定幾種級配按3.4% 的初試油石比成型試件，對比空隙率及灌漿情況（水泥漿是否能順利灌入，以及填充空隙情況），最後擬訂設計級配如表5-3-3所示。
表5-3-3 設計級配表
圖5-3-1 級配曲線圖
初試瀝青用量為3.4%, 級配成型試件空隙率為26%.
瀝青混合料的路用效能分析
瀝青路面早期損害型別及原因分析 裂縫產生主要原因基層碾壓不實 或新舊接縫處理不當 或混合料質量差，或碾壓溫度不當 鬆散 麻麵 坑槽的主要原因嵌縫料粒徑不當 低溫季節施工，工序未銜接 基層不平，面層滲水，區域性先破損 沉陷主要原因基層區域性強度不足或水穩性不良，土基壓實不夠或路基有隱患未處理好 油包 ...
瀝青及瀝青混合料檢測實施細則
瀝青針入度檢測實施細則 一 檢測依據 1 公路工程瀝青路面施工技術規範 jtg f40 2004 2 公路工程質量檢驗評定標準 jtg f80 1 2004 3 公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程 jtj 052 2000 二 基本規定 2.1 瀝青取樣方法 2.1.1 試驗前的準備及注意事項 瀝青試...
熱拌瀝青混合料配合比設計
一 結構型式 本工程採用粗型密級配瀝青砼 下面層為ac 20c型 上面層為ac 13c型 二 配合比設計步驟 本工程採用熱拌瀝青混合料，其配合比設計通過目標配合比設計 生產配合比設計及生產配合比驗證三階段，確定瀝青混合料的材料品種及配合比 礦料級配 最佳瀝青用量。設計步驟見表1 圖b.1.3p79 ...