關于石棉尾礦瀝青混凝土的路用工程試驗

摘要：本文通過對石棉尾礦路面瀝青混合料的研究試驗，以理論分析、現場勘查及實驗室試驗為手段，對石棉尾礦的物理化學性能、石棉尾礦路面瀝青混凝土路用性能進行試驗，設計了石棉尾礦瀝青混合料配合比，得出了石棉尾礦瀝青混凝土的良好路用性能。

關鍵詞：石棉尾料 瀝青混凝土 混合料配合比 路用性能

石棉尾礦是石棉礦選礦加工剩余的廢棄物，它是以蛇紋石為主要成分，形態上以粉料為主。我國目前石棉礦提純過程中，通常會產生大量石棉尾礦，占據了一定的土地資源。并且，由于石棉尾礦的有毒性，會對土地資源造成污染。我國四川、青海、新疆等地富產石棉礦，但石棉尾礦多以就地堆積，沒有形成有效利用。鑒于對資料的合理利用，及綠色環保概念的推廣實施，對石棉尾礦的合理利用具有重要意義。本文就石棉尾礦的合理利用之一，其在瀝青混凝土路面中的應用展開探討。

1 石棉尾礦的利用意義及現狀

1.1 石棉尾礦的利用意義 石棉尾礦占用土地資源，污染水資源，尤其在礦山地帶，易隨雨水等流入河流水系，阻塞水流要道，其鹽分滲漏則造成水體污染，造成鹽類礦物在水中的溶解，導致地表水Ca2+、Mg2+、Na+離子濃度增高，進而污染土壤，造成土地鹽漬化，嚴重導致無法栽種莊稼和植物。由于石棉尾礦中的金屬離子，則會隨化學遷移，在動植物、人類體內累積，危害人和生態健康。

同時，石棉纖維為致癌物質，石棉尾礦為危險有毒廢棄物，其粉塵顆粒隨風飄散，被人和畜牧動物呼吸入肺，威脅動物和人類生存健康。

1.2 石棉尾礦的利用現狀 石棉尾礦區域性強，對所在區域威脅污染較高，但對城市污染風險較低。鑒于研究難度和價值，國內外對此研究及開發利用較少，多數石棉尾礦被丟棄。國內外對于石棉尾礦的研究利用，主要體現在Mg等金屬的回收，Mg氧化物制備，微晶玻璃制備，二氧化硅沉淀，石棉短纖維回收，建筑材料合成，免燒磚，陶瓷制品制備，白炭黑制備，耐熱混凝土的研制等[1]。

2 石棉尾礦成分分析

2.1 物理成分 我們根據混凝土用II級粗骨料技術要求，通過篩分試驗，確定某石棉尾礦的物理成分。篩分試驗結果物理成分如下表1。

2.2 化學成分 我們采用X射線熒光光譜法對該石棉尾礦的化學成分進行分析。該方法靈敏度高，能夠進行樣品主、次量組分快速全元素分析。根據分析，得出該石棉尾礦中最主要的化學成分為SiO2、MgO、CaO，其中MgO、CaO都直接決定了集料與瀝青的粘附性。

2.3 毒性成分 檢測項目包括銅、鉛、鋅、鎘，檢測結果為未檢出。

3 石棉尾料瀝青混凝土混合料構成

瀝青混凝土的原材料采用AH-70石油瀝青，石棉尾礦礦粉作粗細集料，及普通礦粉。

3.1 瀝青 瀝青是瀝青混凝土混合料的一個重要組成部分，它為混合料提供粘性和彈性，對路面的使用性能有很大影響。根據道路所在地的氣候、交通量，并參照當地己有工程的實際經驗，選用了AH-70重交瀝青[2]。并根據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》，進行了相關要求試驗，結果如表2所示。

表2 AH-70 瀝青技術指標實驗結果

3.2 粗集料及細集料 集料作為瀝青混合料的重要成分之一，在混合料中的比例至少占到3/4，其對瀝青混合料的路用性能直接其決定作用。集料作為路面材料應清潔、干燥、無風化、無雜質，同時具有一定的強度和耐磨性。

集料以粒徑大小分為粗集料和細集料，其中粒徑大于2.36mm稱為粗集料，主要有碎石、破碎礫石、篩選礫石鋼渣、礦渣等，其骨架作用；粒徑小于2.36mm的稱為細集料[3]，有天然砂、機制砂、石屑等，一般起鎖緊和減少空隙的作用。

本案中粗集料采用某石棉尾礦，包括1號料、2號料。并對粗集料進行了密度和吸水性，堅固性，壓碎值等實驗研究。細集料采用同一石棉尾礦中的0~2.36mm顆粒，并同時對細集料進行了密度，軟石含量和針片狀顆粒含量實驗研究，結果如表1所示。

3.3 礦粉 礦粉也稱填料，一般多由石灰巖或巖漿巖中的堿性巖石經磨細而得，在瀝青混合料中起填充的作用，是瀝青混合料的組成材料之一。在瀝青混合料中，礦粉主要起提高礦質混合料的總比表面積，增加瀝青混合料中結構瀝青的比率，提高混合料的性能的作用。

4 石棉尾礦瀝青混凝土路用性能研究

4.1 配合比及最佳油石比設計 瀝青混合料是由瀝青結合料、礦質集料和部分空隙組成的三相體系，組成材料本身的性質及它們之間的配合比決定了瀝青混合料的物理力學性質。本案中采用馬歇爾法進行瀝青混合料配合比設計。首先，應該符合規范規定的質量要求。其次，設計得出的混合料必須有利于施工。最后，混合料具有良好的成本經濟效益。

為確定級配，選用油石比為4.0%的瀝青用量，進行3組級配的馬歇爾試件制作，測定其空隙率及礦料間隙率，得出結果如表3所示。

由于礦料間隙率技術要求不小于11%，石棉尾礦瀝青混合料配合比選擇級配3。

考慮當地氣候及雨量分布，采用二層式瀝青混凝土路面，上層面采用AC-16，下層采用AC-25瀝青混合料。為確定最佳油石比，我們通過馬歇爾實驗，選擇5組油石比3.7%、4.0%、4.3%、4.6%及4.9%，對AC-25型石棉尾礦瀝青混合料進行各項體積指標測定，最終確定最佳油石比為4.0%。

4.2 路用性能研究 通過對瀝青混合料路用性能的方法進行比較選擇，最終選定：石棉尾礦瀝青混合料高溫穩定性評價方法為馬歇爾穩定度法與車轍試驗[4]，通過研究混合料顆粒均勻，表面紋理較為粗糙，高溫穩定性良好。低溫穩定性評價方法選定為低溫劈裂試驗，實驗發現石棉尾礦瀝青混凝土的劈裂強度較高，混合料具有良好的低溫穩定性。而水穩定性評價方法采用浸水馬歇爾試驗與凍融劈裂試驗，在耐久性評價方法選定抗滲水試驗，結構都表明該石棉尾礦瀝青混凝土均能滿足技術要求，具備良好的水穩定和抗滲水性。

同時，通過對實驗測量結果的分析，AC級配瀝青混合料具有一定的骨架性，在最佳油石比的情況下，瀝青混合料的空隙率宜在3%~4%，這樣石棉尾礦瀝青混凝土的結構比較穩定，不易發生路況病害。而根據所選級配3的結果，其空隙率在3.13%，也正好驗證了所選級配3設計是合理可靠的。

5 結論

通過對石棉尾礦的性能研究和成分分析，剖析了石棉尾礦在瀝青混凝土中的應用價值。并通過對石棉尾礦瀝青混凝土的配合比設計，最佳油石比設計，以及馬歇爾等一系列路用性能實驗，最終確定了石棉尾礦在瀝青混凝土的路用應用的良好可靠性。

參考文獻：

[1]朱文霞.石棉尾礦在道路混凝土中的應用研究[J].山西建筑，2009(3).

[2]檀竹紅，鄭水林.石棉尾礦現狀及資源化利用研究進展[J].中國非金屬礦工業導刊，2007(3).

[3]王建勇.瀝青混合料原材料質量控制[J].公路，2005(10).

[4]彭波，陳忠達，戴經梁.高性能瀝青混合料路用性能的研究[J].重慶交通學院學報，2003(3).注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文