沙漠环境下SAP内养护水泥稳定碎石路用性能及作用机理研究

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沙漠地区半刚性基层材料在施工和养护过程中因高温干燥等气候环境的影响,易造成水分蒸发快,导致水泥水化不充分和收缩开裂等问题,进而影响路面的耐久性。然而,传统洒水外养护方法难以从本质上解决沙漠地区基层内部湿度不足的问题,并且沙漠中水的远距离运输会导致成本增加。目前,内养护作为一种新型养护方式应用于水泥基材料领域。通过在水泥稳定碎石中掺加高吸水树脂(SAP),适时释水以补充其水分,促进水泥的持续水化,达到改善水泥稳定碎石耐久性的目的。本文通过调研沙漠气候特征,确定了室内模拟沙漠养护条件,基于SAP的吸水-保水特性研究,设计了SAP水泥稳定碎石配合比,并分析了SAP对压实特性的影响。通过模拟不同养护环境,研究了SAP内养护水泥稳定碎石力学性能和耐久性的变化规律。采用X-射线(XRD)分析、热重(TG)分析、扫描电镜(SEM)分析等方式,阐明了沙漠环境下SAP对水泥稳定碎石的内养护效果和微观作用机理。主要结论如下:(1)SAP在自来水中的吸水率约为水泥滤液中的6.7倍,小粒径SAP比大粒径SAP具有更快的吸水速率和更短的吸水时间。未掺加SAP的水泥砂浆保水率明显低于掺加SAP的保水率,粒径大的SAP保水性更好。通过SAP水泥浆表观粘度的变化可解释SAP在水泥浆中随时间变化的吸水-释水行为。(2)SAP的掺入提高了水泥稳定碎石的最佳含水率,且不会对压实度产生负面影响。不同养护方式下SAP水泥稳定碎石的力学性能均得到了提高,当掺量为1.0%时,粒径较小的SAP-B在相对干旱的环境中内养护效果最优。与标准养护相比,高温养护下水泥稳定碎石早期的抗压强度增长较快,但后期水分的蒸发限制了强度的发展。(3)高温养护下水泥稳定碎石的干缩主要发生在养护前7 d,而掺加1.0%的SAPB水泥稳定碎石干缩系数比未添加SAP的降低了31.6%。此外,与干冻相比,湿冻对水泥稳定碎石的损伤更严重,而SAP的掺入改善了水泥稳定碎石的抗冻性。(4)SAP能够降低温度和湿度效应对试件内部水分的迁移作用,从而抑制内部相对湿度的降低。此外,高温干旱养护下SAP的掺入提高了水泥的水化程度,产生了更多的水化产物,微观结构更加致密,直观表现为宏观力学性能的提高。
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