中国公路学报

作者：陈渊召, 李振霞, 冯纪兵, 郭滕滕, 闫浩博, 王朝辉, 房辰泽

单位：1. 华北水利水电大学　土木与交通学院，河南　郑州　450045","2. 河南省环境友好型高性能路面材料工程技术研究中心，河南　郑州　450045","3. 交通工程固废资源利用河南省交通运输行业技术创新中心（华北水利水电大学），河南　郑州　450045","4. 郑州商学院　建筑工程学院，河南　郑州　451200","5. 长安大学　公路学院，陕西　西安　710064

关键词：路面工程,作用机理,试验研究,纳米材料,全深式冷再生混合料,细微观分析

<p>为解决全深式冷再生基层单纯增加水泥出现的开裂、承载能力低、使用寿命短等问题，基于纳米材料具有的优良改性效果，采取优化级配、振动压实等基础措施进行调整的同时，将少量纳米材料掺入水泥稳定冷再生基层材料中以提升其路用性能。首先对粉体纳米材料（nano-SiO₂、石墨烯纳米微片GNPs、亲水型的氧化石墨烯纳米片GO）进行分散预处理；其次在优化级配基础上，将纳米材料掺入再生混合料中，分别研究不同nano-SiO₂、GNPs和GO掺量对水泥稳定冷再生混合料的力学影响规律，进而对改性后水泥稳定冷再生混合料的抗干缩性、抗温缩性和抗冻性能进行对比分析；最后应用工业CT三维扫描、SEM形貌表征等微观技术对改性前后水泥稳定冷再生混合料的孔隙结构和微观形貌进行深入分析，从细观到微观多尺度揭示纳米材料对水稳冷再生基层材料的作用机理。研究结果表明：改善混合料的级配组成，采用骨架密实结构等措施能增大混合料的密实度，显著提升其无侧限抗压强度，优化配合比后的水稳冷再生混合料7 d无侧限抗压强度超过3.5 MPa；掺加3%nano-SiO₂材料，冻融后试件残留抗压强度增长33.8%，耐冻系数达到84.41%，GO掺量为0.1%时，冻融后试件的残留抗压强度达到峰值5.23 MPa，强度提高了48.65%，耐冻系数达到86.02%，抗冻能力得到了显著提高；纳米颗粒能够增大水稳冷再生基层材料的干缩变形，对基层的抗裂性能产生不利影响，但影响程度会因不同纳米材料种类和发展阶段而表现出较大差异；纳米材料对水泥水化物的水化进程有促进增强作用，可细化混合料的孔隙结构；对集料-砂浆、旧沥青团块-砂浆等ITZ结构的界面密实度、黏结强度等有改善作用；GO纳米片层的掺入对水稳冷再生材料在细观上的孔隙结构会产生显著影响，使较大的毛细孔进一步细化，水泥浆体更加密实，进而对毛细微孔的连通发挥阻断作用；nano-SiO₂能够填充小尺寸的微孔隙，GO与GNPs材料借助其自身薄片结构能够对较大空隙进行填充，在混合料内部受力时其交错分布的三维立体结构能有效发挥支撑拉结作用，凭借超高机械强度产生加筋阻裂的作用效果。</p>

来源：2024年第4期

《中国公路学报》期刊编辑部

查看中国公路学报杂志2024年第4期