礦粉性能指標(biāo)對瀝青混合料高溫穩(wěn)定性影響的研究

于輝

[摘要]礦粉在瀝青混合料中一般僅占6%左右，但瀝青與礦料之間相互作用后，在礦料表面產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)瀝青是瀝青混合料結(jié)構(gòu)形成的決定因素，結(jié)構(gòu)瀝青對瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性有很大的影響，由此可見研究礦粉性能指標(biāo)對瀝青混合料高溫穩(wěn)定性能的影響是有著非常重要的意義。

[關(guān)鍵詞]礦粉；瀝青混合料；瀝青膜厚度；高溫穩(wěn)定性

[DOI]1013939/jcnkizgsc201625185

1概述

我國在“十二五”期間，公路工程建設(shè)的成績十分斐然，公路網(wǎng)絡(luò)不斷地在延伸，到2015年年底全國公路通車總里程達(dá)457萬千米，高速公路里程已突破12萬千米。我國高等級(jí)公路上的路面結(jié)構(gòu)按力學(xué)特性主要分為剛性路面（主要是水泥砼路面）和柔性路面（瀝青路面），其中瀝青路面約占75%左右，隨著國民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，交通量的不斷增長，車輛迅速大型化且嚴(yán)重超載，導(dǎo)致了很多高速公路瀝青路面均呈現(xiàn)出一定的早期破壞，瀝青混合料在高溫下為彈性體，勁度較小，在渠化交通下，容易形成車轍推移及其變形。眾所周知瀝青混合料是由粗集料、細(xì)集料、礦粉和瀝青形成的多極空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的分散系，雖然礦粉在瀝青混合料當(dāng)中所占比例不大，一般為混合料質(zhì)量的6%左右，但瀝青與礦料之間相互作用后，在礦料表面產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)瀝青是瀝青混合料結(jié)構(gòu)形成的決定因素，結(jié)構(gòu)瀝青對瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性有很大的影響，由此可見研究礦粉性能指標(biāo)對瀝青混合料高溫穩(wěn)定性能的影響是有著非常重要的意義。

2礦粉的物理指標(biāo)

目前，我國的規(guī)范中瀝青混合料只對礦粉做了簡單要求，如表觀相對密度、含水量、粒度范圍、外觀和親水系數(shù)等，而在工程實(shí)踐中經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)在瀝青和礦粉都符合規(guī)范要求時(shí)，混合料的性能反而不盡如人意。當(dāng)發(fā)現(xiàn)混合料性能不能滿足要求時(shí)，有時(shí)僅考慮改變?yōu)r青用量、瀝青種類以及礦料的級(jí)配，而不考慮礦粉的性質(zhì)，諸如顆粒形狀、棱角、表面性狀等因素的影響，導(dǎo)致結(jié)果有偏差，鑒于此為了研究礦粉技術(shù)指標(biāo)對瀝青混合料高溫穩(wěn)定性能的影響，分別在吉林省內(nèi)生產(chǎn)的礦粉選取了六種材料，進(jìn)行了顆粒組成及比表面積實(shí)驗(yàn)，由于《規(guī)范》規(guī)定的粒度范圍要求受篩分試驗(yàn)條件的限制，只對06mm，015mm，0075mm篩孔的通過率提出了技術(shù)要求，而礦粉中小于0075mm以下粉體的粒度分布情況對粉體的比表面積等技術(shù)指標(biāo)對瀝青混合料高溫性能的影響較大，所以分別采用了篩分試驗(yàn)及激光粒度分布儀進(jìn)行粒度組成檢測，最終采用激光粒度分布儀測試礦粉的顆粒組成結(jié)果，表1與表2就是有關(guān)礦粉細(xì)度參數(shù)及粒度范圍結(jié)果。

3瀝青膜厚度的計(jì)算

在瀝青混合料中為了使瀝青混合料具有良好的高溫抗車轍等特性，就必須要保證在礦料表面產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)瀝青有一定的厚度，瀝青膜厚度對瀝青混合料性能影響非常大，瀝青膜越厚瀝青混合料的耐久性越好，瀝青膜越薄，瀝青混合料越脆，越易產(chǎn)生開裂和剝落。在瀝青混合料配比設(shè)計(jì)過程中，由于各種礦粉的物理化學(xué)指標(biāo)不盡相同，其組成的瀝青混合料最佳瀝青用量也有差異，所以先針對所使用的礦粉進(jìn)行瀝青混合料試驗(yàn)，確定瀝青混合料的最佳油石比。由于本研究考慮了礦粉本身的比表面積的大小，所以采用了實(shí)測的集料比表面積來計(jì)算瀝青混合料的瀝青膜厚度。見表3。

4礦粉對瀝青混合料高溫穩(wěn)定性影響的研究

瀝青混合料的塑性變形被認(rèn)為是主要的瀝青路面病害形式，主要表現(xiàn)為車轍、推移和擁包，在使用期間，很大部分塑性變形發(fā)生在短時(shí)間的高溫時(shí)間內(nèi)，我國規(guī)范規(guī)定用車轍試驗(yàn)評價(jià)瀝青的高溫穩(wěn)定性。

車轍試驗(yàn)的試驗(yàn)荷載為試驗(yàn)輪與試件接觸壓強(qiáng)為07Mpa±005Mpa，施加的總荷重約為78kg。試驗(yàn)溫度采用60±1℃，試件放入恒溫室養(yǎng)生時(shí)間為不少于5小時(shí)，也不得多于24小時(shí)。行走距離為23±1cm，行走速度為42±1次/min，行走方向與試件成型碾壓方向一致。

得到瀝青膜厚度與動(dòng)穩(wěn)定度關(guān)系見表5。混合料在最佳瀝青用量情況下，瀝青膜厚度和動(dòng)穩(wěn)定度的關(guān)系見圖1。

如果瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度要滿足《規(guī)范》規(guī)定的大于800次/mm，瀝青膜厚度應(yīng)該大于835μm。

為了使分析更全面，下面以不同礦粉組成的混合料在最佳瀝青用量和油石比為5%等情況下，瀝青膜厚度與動(dòng)穩(wěn)定度的分析，作為對前面分析的補(bǔ)充，圖示情況見圖2與表6。

從以上分析可以得出有關(guān)礦粉性能指標(biāo)對瀝青混合料高溫穩(wěn)定性影響的如下結(jié)論：

（1）瀝青混合料的瀝青膜厚度宜大于847μm；

（2）假定瀝青混合料的最佳瀝青用量范圍為45%～5%，計(jì)算礦粉的比表面積在194m2/kg～218 m2/kg，由此得到，礦粉的比表面積不宜超過220 m2/kg。

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