淺談礦粉在瀝青混合料中的應(yīng)用

隨著高等級(jí)公路建設(shè)的發(fā)展，瀝青路面以其良好的力學(xué)性能，低噪音，行車舒適，施工期短，養(yǎng)護(hù)維修簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于公路及城市道路建設(shè)中。瀝青混合料的質(zhì)量直接影響到整個(gè)瀝青路面的質(zhì)量，礦粉作為瀝青混合料的一種填料，有著其不可忽視的重要作用。

1 概述

1.1 礦粉的定義及特點(diǎn)

礦粉是符合工程要求的石粉及其代用品的統(tǒng)稱，是將礦石粉碎加工后的產(chǎn)物。依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18046-2008，礦粉根據(jù)其活性指數(shù)可分為S105、S95、S75三個(gè)等級(jí)，其活性鈣、硅、鋁等無(wú)機(jī)物的含量大于30%。目前使用的礦粉具有如下特點(diǎn):(1)細(xì)度高，顆粒級(jí)配合理，礦粉活性得以充分發(fā)揮與利用;(2)產(chǎn)品活性高，質(zhì)量波動(dòng)小;(3)產(chǎn)品能耗低，生產(chǎn)效率高。

1.2 瀝青混合料用礦粉的要求

瀝青混合料中的礦粉必須采用石灰?guī)r或巖漿巖中的強(qiáng)基性巖石等憎水性石料經(jīng)磨細(xì)得到的礦粉，原石料中的泥土雜質(zhì)應(yīng)除凈。礦粉應(yīng)干燥、潔凈，能自由地從礦粉倉(cāng)流出。其質(zhì)量應(yīng)符合表1要求。

表1 瀝青混合料用礦粉質(zhì)量要求

2 礦粉在瀝青混合料中的作用

2.1 瀝青混合料中不摻礦粉的影響

在瀝青混合料拌和過(guò)程中，雖然有礦粉供給裝置，但工作時(shí)，投入的礦粉幾乎全被鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)吹到風(fēng)筒中，根本就無(wú)法將礦粉按要求數(shù)量投入到熱拌混合料中。因此在施工中很多單位干脆不用礦粉或者用細(xì)集料完全替代礦粉。

不添加礦粉的瀝青混合料，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間使用后，因?yàn)槊軐?shí)度低，且防水性能比較差，瀝青油分含量低，進(jìn)而導(dǎo)致瀝青路面出現(xiàn)質(zhì)量差，易剝落，松散等問(wèn)題，經(jīng)行車使用后，面層易出現(xiàn)坑槽，大面積松散、脫落等現(xiàn)象，從而降低道路的使用年限。

2.2 礦粉在瀝青混合料中的重要作用

瀝青混合料一般是由粗集料、細(xì)集料、填料和瀝青組成。粗集料在瀝青混合料結(jié)構(gòu)中形成礦料骨架，在路面面層結(jié)構(gòu)中提供摩阻力。瀝青混合料中的細(xì)集料可以增加顆粒間的嵌鎖作用，并減小粗集料間的空隙，從而可以增加瀝青混合料的穩(wěn)定性。填料的加入，可使瀝青結(jié)合料變?yōu)榧?xì)質(zhì)瀝青膠砂，并使其變硬，從而使瀝青結(jié)合料的粘結(jié)力增強(qiáng)。礦粉作為一種填料，在瀝青混合料中起到填充作用，目的是減小瀝青混凝土的空隙。

為了滿足目前行車環(huán)境的要求，越來(lái)越多的瀝青路面采用中性或酸性的耐磨石料。但是由于中性和酸性石料與瀝青具有相同基性，使這些石料與瀝青的結(jié)合受到影響，表現(xiàn)為與瀝青的粘附性低，瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度指標(biāo)達(dá)不到要求或偏小，出現(xiàn)嚴(yán)重水損害現(xiàn)象。加入適量礦粉，由于礦粉呈堿性，能夠改善瀝青與礦料的粘附性，提高瀝青砼的水穩(wěn)性，從而提高瀝青砼路面抗破壞能力，延長(zhǎng)使用壽命。

瀝青與礦料相互作用后，瀝青在礦料表面產(chǎn)生化學(xué)組分的重新排列，在礦料表面形成一層擴(kuò)散結(jié)構(gòu)膜，在此膜厚度以內(nèi)的瀝青稱為結(jié)構(gòu)瀝青，此膜之外的瀝青稱為自由瀝青。在添加的瀝青量相同情況下，礦料表面積與結(jié)構(gòu)瀝青的形成有很大關(guān)系。礦料表面積越大，形成的瀝青膜也相應(yīng)的越薄，結(jié)構(gòu)瀝青所占的比例也越大，因此生產(chǎn)的瀝青混合料粘聚力也越高。所以，在生產(chǎn)瀝青砼時(shí)加入適量的礦粉，能夠增大礦料表面積，對(duì)提高混合料的粘結(jié)力有很好的效果，易形成瀝青膠結(jié)物質(zhì)，具有較高的粘結(jié)力，從而提高瀝青砼的溫度穩(wěn)定性。

3 礦粉性能對(duì)瀝青混合料的影響

3.1 級(jí)配

礦粉作為瀝青混合料中礦料的一個(gè)重要組成部分，除了要滿足材料自身的級(jí)配要求外，還要填充粗細(xì)集料之間的空隙，以保證整體的礦料級(jí)配能夠滿足設(shè)計(jì)要求，并滿足設(shè)計(jì)空隙率的要求。

瀝青混合料是由粗集料、細(xì)集料和瀝青膠漿組成的，其中包含礦粉和瀝青的瀝青膠漿則是決定瀝青混合料高、低溫性能的關(guān)鍵因素。由于規(guī)范中對(duì)粉膠比的定義僅僅涉及粒徑小于0.075mm的集料，即真正與瀝青相結(jié)合形成膠漿的是這部分集料。那么礦粉中粒徑小于0.075mm這一部分的級(jí)配組成對(duì)整個(gè)瀝青混合料的質(zhì)量是有重要影響的。粉膠比越大，瀝青混合料的高溫抗車轍能力越強(qiáng)，粉膠比越小，會(huì)有利于混合料的低溫抗裂性。

3.2 比表面積

礦粉的比表面積是指單位質(zhì)量礦粉的總表面積，與細(xì)度成反比，即比表面積越大，細(xì)度越小。在瀝青混合料中雖然礦粉用量只占很小的一部分，但其比表面積卻占礦料總表面積的80%以上。

礦粉比表面積受礦粉級(jí)配、及表面特征等因素的影響。比表面積越大，則可吸附越多的瀝青，形成結(jié)構(gòu)瀝青，從而增加瀝青混合料的溫度穩(wěn)定性。但當(dāng)?shù)V粉的比表面積超過(guò)一定范圍以后。瀝青混合料空隙率減小，流值增大，混合料的穩(wěn)定度將下降。礦粉比表面積的變化，對(duì)瀝青混合料質(zhì)量有顯著影響。

3.3 親水系數(shù)

礦粉的親水系數(shù)即礦粉試樣在水(極性介質(zhì))中膨脹的體積與同一試樣在煤油(非極性介質(zhì))中膨脹的體積之比，用于評(píng)價(jià)礦粉與瀝青結(jié)合料的粘附性能。親水系數(shù)大于1的礦粉，表示礦粉對(duì)水的親和力大于對(duì)瀝青的親和力，親水系數(shù)小于1的礦粉，則表示對(duì)瀝青的親和力大于對(duì)水的親和力。

礦粉的親水系數(shù)直接影響瀝青混合料的水穩(wěn)定性。對(duì)于親水系數(shù)大于1的礦粉，當(dāng)遇到水時(shí)，由于對(duì)水的親和力要大于對(duì)瀝青的親和力，礦粉會(huì)優(yōu)先與水結(jié)合，從而降低集料與瀝青的粘附性。水進(jìn)入到瀝青-集料界面，阻斷瀝青與集料的粘結(jié)，使瀝青與集料的接觸面減小，最終導(dǎo)致瀝青從集料表面剝落，出現(xiàn)水損害現(xiàn)象。

3.4 塑性指數(shù)

礦粉的塑性指數(shù)是礦粉液限含水量與塑限含水量之差，用于評(píng)價(jià)礦粉中粘性土成分的含量。塑性指數(shù)高的礦粉，吸水性和吸油性較大，并由此發(fā)生膨脹，將使瀝青混合料的強(qiáng)度降低，或者在水的作用下發(fā)生剝離，導(dǎo)致瀝青路面的損壞。

3.5 加熱安定性

礦粉的加熱安定性是礦粉在熱拌過(guò)程中受熱而不產(chǎn)生變質(zhì)的性能，用于評(píng)價(jià)礦粉易受熱變質(zhì)成分的含量。試驗(yàn)時(shí)，溫度要加熱到200℃，與一般瀝青混合料拌和時(shí)礦粉的加熱溫度相符合。

4 瀝青混合料中摻加礦粉的注意事項(xiàng)

4.1 控制礦粉質(zhì)量

在瀝青混合料中摻加礦粉，首先應(yīng)保證礦粉質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。對(duì)進(jìn)場(chǎng)礦粉應(yīng)及時(shí)取樣檢測(cè)，檢測(cè)合格后方可用于施工，嚴(yán)禁不合格材料用于施工。礦粉作為瀝青混合料的重要組成部分，其礦物成分的變化對(duì)瀝青混合料質(zhì)量有較大影響。在施工過(guò)程中不能隨意更換其他巖類的礦粉，如若更換，必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的試驗(yàn)和工程實(shí)踐驗(yàn)證。

4.2 控制礦粉摻量

要嚴(yán)格控制礦粉的摻量。添加的礦粉過(guò)少，不能達(dá)到填充集料空隙率，提高集料與瀝青粘附性的效果;添加的礦粉過(guò)多，會(huì)造成吸附瀝青增加，從而增加瀝青用量，增加成本，甚至?xí)斐苫旌狭辖Y(jié)塊現(xiàn)象，影響混合料質(zhì)量。

4.3 保證礦粉用量

在瀝青混合料的拌合過(guò)程中，要不斷改善礦粉添加設(shè)備的性能，保證礦粉能夠按照配合比數(shù)量足額添加，以保證瀝青混合料的質(zhì)量。

5 結(jié)束語(yǔ)

在瀝青混合料中，添加適量的礦粉，可以使混合料空隙率降低，密實(shí)度增加，級(jí)配、油石比更加合理，瀝青與礦料粘附性增強(qiáng)，提高瀝青砼的水穩(wěn)性和感溫性，從而延長(zhǎng)瀝青路面的使用年限。因此，礦粉在瀝青混合料中具有重要作用，應(yīng)當(dāng)廣泛應(yīng)用并不斷推廣、改進(jìn)，以滿足日益提高的高速行車環(huán)境的要求。

[1]中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)，人民交通出版社，2004.

[2]中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E42-2005)，人民交通出版社，2005.

[3]中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，《用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》(GB/T 18046-2000)，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)，2008.

[4]李平.瀝青混合料用礦粉性能指標(biāo)研究[J].黑龍江交通科技，1999.

[5]邵洪杰.礦粉在瀝青砼中的作用[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào)，2008.