詮釋高堿性礦粉在瀝青混凝土路面中的試驗

王娟莉

摘要：近年來高速公路的數量日益增多，為了增加瀝青混凝土路面的耐磨性，對中性和酸性的石料使用也大大增加。但在使用中性和酸性的石料時，其與瀝青一樣的基性使得與瀝青的粘附性不夠，容易造成瀝青混凝土路面使用早期就出現剝落的現象。本試驗通過在礦粉中加入石灰提高了礦粉的堿性，不僅能夠增強瀝青混合料的抗剝落性，還能獲得好的社會經濟效益。

關鍵詞：高堿性礦粉；瀝青混凝土路面；抗剝落

中圖分類號：U414 文獻標識碼：B 文章編號：1674-3954（2013）21-0334-02

1 高堿性礦粉在瀝青混合料中的作用

將瀝青與礦料進行混合，它們之間會產生一系列負責的物理一化學的交互反應，瀝青會在礦粉的表面對其化學組分進行重新排列并形成擴散溶劑膜，該膜具有一定的厚度，膜厚度內的瀝青為結構瀝青，膜外的瀝青為自由瀝青。

1.1 物理作用

瀝青膠漿的界面形狀和性能同時受到礦粉的紋理、細度、形狀、表面構造、粗糙度以及礦粉的成分等的影響。瀝青膠漿中礦粉與瀝青界面問的黏附性隨著粉油比的增大而增大，但若粉油比到達0.8左右時黏附性則會隨著粉油比的增加而減少。

1.2 化學作用

在礦料中加入石灰，其主要成分氧化鈣與水結合會變成氫氧化鈣，呈堿性的氫氧化鈣會和瀝青中的羥酸發生化學反應生成混凝土土鹽。由于鹼土鹽的吸附能力，因而會牢牢的吸附在粒料的表面，這樣瀝青就很難從粒料上脫落。同時，消石灰也可以和瀝青中的有機酸產生化學反應，通過活化粒料的表面來提高粒料和瀝青之間的結合能力。

2 在瀝青混合料中使用高堿性礦粉的試驗研究

本試驗主要的研究內容是確定灰和礦粉的最佳摻配比例，并研制了新的高堿性礦粉，然后對該礦粉的相關指標進行了驗證，并得出了相應的試驗結論。

2.1 試驗方法與過程

①通過試驗得到瀝青混凝土的配合比并計算礦粉的使用量；②通過馬歇爾試驗將不同比例的石灰和礦粉進行混合用來替換單一的礦粉確定兩者之間的最佳用量比；③進行不同類型級配的驗證。

2.1.1 材料試驗

（1）基質瀝青

使用70號瀝青，參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTGE20-2011）的要求進行試驗。將瀝青單質材料分為3組，通過試驗分別得到這3組基質瀝青的針入度、軟化點、15℃延度、閃點、溶解度、蠟含量，將這些技術指標參照重交通道路石油瀝青的相關指標進行比較，以判斷瀝青單質是否符合要求，若不符合要求則要重選試驗所用的瀝青單質。

（2）集料

集料是在公路的施工現場直接取回，將集料按照粒徑為1～2cm、粒徑為2～3cm分開，然后分別對這兩種指標的粒徑進行試驗，測試它們的壓碎值、磨耗值、表觀相對密度、吸水率、針片狀顆粒含量、軟石含量等數據，判斷其是否符合相關的要求。

（3）礦粉

礦粉是由石灰石研磨而成，通過試驗要得到礦粉的表觀密度、親水系數、含水量以及塑性指數，采用符合相應指標的礦粉進行下一步的試驗。

2.1.2 礦質混合料的組成設計

（1）礦質混合料的組成設計過程

為了符合級配范圍將兩種或兩種以上的集料進行配合，對礦質混合料的組成進行設計就是要確定混合料中個集料所占的比例。不同粒徑的礦料進行不同比例的混合可以得到不同的級配，采用連續級配或間斷級配可得到較高的密度。大密度小空隙的混合礦料可以提高瀝青混合料的強度以及穩定性，但同時會降低路面的耐久性。在進行集料配合時，要算出一個滿足相關要求的級配范圍。

（2）篩分試驗

根據級配理論得到不同的篩孔尺寸下各級集料在礦質混合料中的通過百分率，以這個通過百分比為縱坐標，橫坐標則為各級的篩孔尺寸，然后繪制成曲線圖，但一般所配制的混合料與理論的級配曲線存在誤差，主要是因為礦料的不均勻扎制和混合料在配制時存在誤差，但這個誤差一定要控制在適當的范圍之內。

2.1.3 瀝青混合料試驗

（1）馬歇爾穩定度試驗

在規定的溫度和速度等條件下對標準的試件進行施壓，對混合料的穩定度和流值等指標進行測定，即為馬歇爾穩定度試驗。進行馬歇爾穩定度試驗的試件必須采用標準的馬歇爾試件尺寸。試驗的過程為“標準試樣一不小于6h的-10℃空氣浴→利用馬歇爾穩定度儀器測性能”。

（2）混合料低溫劈裂試驗

試驗方法、條件在劈裂試驗中在圓柱體試件的軸向通過加載條加上靜載，試件的加載是按一定的變形速率進行，借助LVDT得到壓縮載荷和垂直變形。試驗所使用的試件是標準的馬歇爾試件，過程如下：標準試樣制備→60℃水中30min→馬歇爾穩定度、流值。根據國家對該試驗的相關要求，加載的速度應為50mm/min，試驗溫度為-10℃，劈裂強度、破壞應變、勁度模量為評價指標。

（3）瀝青混合料的水穩定性試驗

瀝青混合料的水穩定性試驗（即抗剝落性）的評價方法是，將試樣置于60℃的溫水，分別計算24h前后的馬歇爾穩定度，然后計算試樣的剩余強度比指數。通過混合料的剩余強度比指數能判斷材料的抗剝性以及濕氣敏感性，其評價范圍為0.70～0.75，若在該范圍以下則為非抗剝落性材料，反之材料則具有抗剝落性。

2.2 礦粉參配比例試驗方法

2.2.1 單質材料試驗及配合比試驗

將生石灰粉與標準礦粉按幾種不同的比例與礦粉進行摻配制成不同的高堿性礦粉，例如1：1、1：2、1：3、1：4等，然后進行試驗。通過試驗試件的殘留穩定度確定生石灰粉和標準礦粉的最佳比例。根據試驗算出瀝青混凝土填料的質量百分比以及最佳油石比。

（1）材料試驗

對于基質瀝青、集料、礦粉等材料參照2.1中相關的材料試驗，試驗用的生石灰要滿足技術標準（JTGE51-2009）中的相關要求，即MgO+CaO含量要大于65%。

（2）級配

級配使用（JTGF40-2004）規范中AC-25Ⅱ的中值（礦粉的質量百分比為5%），最佳油石比為上述試驗所獲得的百分比。然后根據試驗數據得到包含篩孔尺寸、通過率上限、通過率下限、實測通過率的篩分結果表，以及以篩孔尺寸為橫坐標、通過率為縱坐標的級配曲線圖。

2.2.2 試驗過程、結果及分析

將生石灰粉與標準礦粉按幾種不同的比例與礦粉進行摻配制成不同的高堿性礦粉，可以選擇1：1、1：2、1：3、1：4、1：5、1：6，比例不同所得到的高堿性礦粉的性能也不同。在對不同比例的石灰和礦粉的混合料進行馬歇爾試驗的時候，分為浸水時間為30min和浸水時間為48h來分別進行，對以上兩種不同的浸水之間，要用至少4組相同的混合料同時進行試驗，分別求的它們的實際密度、飽和度、流值、穩定度、殘留穩定度。然后對以上的指標通過柱狀圖分析根據比例的不同所呈現的趨勢。

根據圖表可以分析出，在一定范圍內隨著石灰在礦粉中比例的增大其殘留穩定度也呈非線性增大，但殘留穩定度到達一定值時，石灰比例的增大將引起殘留穩定度的減小。根據這個變化的趨勢可以得出一個效果最好的生石灰與礦粉的比例值。

2.3 高堿性礦粉最佳比例驗證

關于這部分的驗證有兩個實驗：單一礦粉指標試驗、選配合比驗證。

2.3.1 性礦粉指標試驗

將以上實驗選出的最佳的摻合比為基準，分別驗證該比例下礦粉的密度、親水系數、含水量、塑性指標、加熱穩定度各項指標。

（1）礦粉的密度試驗

選擇合適的試驗儀器及材料，進行該試驗時要對同一試樣平行試驗2次，兩次試驗結果的誤差要控制在0.01以內。

（2）礦粉親水系數試驗

親水系數為同一試樣分別在水中膨脹的體積與在煤油中膨脹的體積比。親水系數可以用來反映礦粉對瀝青的親和力和對水的親和力，系數大于1則表示礦粉的親水力大于對瀝青的親和力，小于1則相反。

（3）礦粉塑性指數試驗

礦粉的塑性指數用來判斷礦粉中粘土的含量，可以按《公路土工試驗規程》（JTGE40-2007）規定的方法進行測定，表示礦粉液限含水量與塑限含水量之間的差。

（4）礦粉加熱穩定性試驗

用來評價礦粉在進行熱板時變質程度的指標，主要是測定礦粉受熱后變質成分的含量。

2.3.2 選配合比測其殘留穩定度

從工地現場進行取料，按相應的級配類型檢查礦料的各項物理指標，包括混合料組成設計計算、確定最佳油石比、殘留穩定度的計算，其計算方法在上文已經提過。然后對混凝土瀝的殘留穩定度進行計算，如果其值很高則說明高堿性礦粉在瀝青混合料抗水害能力起到了作用

3 總結

本試驗的核心思想就是用石灰代替部分礦粉，通過一系列的試驗得到高堿性礦粉的最佳摻配比，然后再通過試驗對其是否提高了高堿性瀝青的抗水害能力進行驗證。具體結論如下：

（1）通過本實驗證明，通過使用高堿性礦粉能夠提高瀝青路面的抗剝落能力。

（2）在進行高堿性礦粉的配制時，石灰：礦粉=1：4是最佳的配制比，此時瀝青里面的抗剝落性能是最好的。

（3）高堿性礦粉能夠明顯的改善瀝青混合料的殘留穩定度，經過本實驗證明大概能夠提高5～10%左右。

參考文獻

[1]陳志民，郭春雷，消石灰在瀝青混凝土中的應用試驗分析[J]，寧省交通高等?？茖W校學報，2005（02）

[2]閻明頡，瀝青混凝土面層摻加消石灰作為抗剝離措施的應用[J]，青海交通科技，2005（05）