石灰巖中白云石對瀝青混合料性能影響研究

萬 路 吉永海 李謀玉 張吉敏 張樹領

(1.湖北國創高新材料股份有限公司 武漢 430070； 2.湖北國創道路工程有限公司 武漢 430070)

石灰巖因其分布極廣，易于開采加工，是瀝青路面中最常用的一種石料。石灰巖作為沉積巖的一種,其礦物成分是以方解石為主要成分的碳酸鹽巖,通常摻雜有白云石等其他礦物或雜質[1]。石灰巖依據其中白云石含量可分為純石灰巖、含白云質石灰巖和白云質石灰巖。石灰巖由于各礦物組成含量比例不同、各元素化學成分比例不同、致密程度不同等原因造成了種類多樣性,導致每一類石灰巖其物理力學性質差別很大[2]。

通常認為石灰巖作為一種堿性集料與瀝青黏附較好，但在實際工程中往往出現因為石灰巖集料與瀝青黏附性差而出現的路面泛白現象，特別是在我國廣西地區，這種現象尤為明顯[3]。本文通過對比不同種類的石灰巖礦物組成，研究其中白云石含量與其瀝青混合料路用性能關系。

1 不同石灰巖的組成分析

1.1 不同石灰巖的礦物組成

對同一種巖石，盡管種類相同，其礦物組成通常有所不同。由于礦物本身的硬度、解理、斷口、密度等因素，不同的礦物發揮著不同的作用[4]。為對石灰巖的礦物組成開展更深入的分析，需要對礦物成分進行檢測.通常采用X射線衍射分析(XRD)對石料進行巖性分析。本研究選用湖北和廣西等不同地區的4種石灰巖進行分析，其礦物組成及含量結果見表1。

表1 4種不同石灰巖的主要礦物組成及質量分數 %

由表1可見，這4種石料的主要礦物成分均為方解石、石英和白云石，石灰巖B中方解石含量最高，石灰巖A中石英含量最高，石灰巖C中白云石含量最高。

1.2 不同石灰巖的化學組成

不同石灰巖的組成元素基本相同，但各組合含量有所差別，致使礦物性能差別很大。本研究采用X射線熒光光譜法(XRF)對不同石料的化學組成進行檢測，其結果以氧化物含量表示，見表2。

表2 4種不同石灰巖的化學組成及含量 %

由表2可知，4種石灰巖石料中，CaO含量均較高，說明石灰巖中的主要成分是CaCO3。SiO2含量有高有低，但都低于52%(堿性石料SiO2含量不大于52%)，說明這4種石料都是堿性石料。石灰巖C中MgO含量較高，MgO在巖石中主要存在于礦物白云石中，白云石的主要化學成分為CaMg(CO3)2，這也與石灰巖C的礦物組成與含量相符。

2 不同石灰巖的力學性能分析

力學性能是集料最重要的性能之一，路用粗集料的力學性能指標主要有壓碎值和洛杉磯磨耗損失。壓碎值和洛杉磯磨耗損失越小，集料的強度越高。4種不同石灰巖的壓碎值和磨耗損失檢測結果見表3。

表3 4種不同石灰巖的壓碎值和磨耗值 %

由表3可見，4種石灰巖的壓碎值和磨耗損失均能滿足規范要求，其中石灰巖C的壓碎值和磨耗損失最小，表明這種石料力學強度較好。其原因可能為石灰巖C中含有大量白云石，白云石莫氏硬度較方解石稍高，白云石的存在會使石料的強度得到提升。

3 不同石灰巖的瀝青混合料性能分析

3.1 不同石灰巖與瀝青的黏附性

集料和瀝青之間的黏附性是指瀝青薄膜在集料表面上的附著能力和抗剝落性能，更準確地說是集料被瀝青薄膜包裹后，抵抗水侵蝕造成剝落的能力[5]。評價黏附性最簡單、最直接、最直觀的方法為水煮法。水煮法按瀝青膜剝落的情況分為5個等級來評定集料和瀝青的黏附性。4種不同石灰巖與瀝青的黏附性檢測結果見表4。

表4 4種不同石灰巖與瀝青的黏附性等級

4種石料中，石灰巖C和石灰巖D的黏附性等級為4級，其原因可能為這2種石料中均含有一定量的白云石。白云石與瀝青黏附性較差，集料中含有白云石會使得其與瀝青黏附性降低。

3.2 不同石灰巖的瀝青混合料高溫性能

瀝青混合料高溫穩定性是瀝青混凝土路用性能的一個重要指標,可采用車轍試驗方法評價瀝青混合料的高溫穩定性。車轍試驗是在60 ℃條件下，以輪壓0.7 MPa的橡膠輪胎在板塊試樣上往復行走60 min，測定試件的變形和每增加1 mm變形需要碾壓行走的次數，稱為動穩定度。車轍深度越小，動穩定度越大，混合料高溫穩定性越好。采用不同石灰巖、相同AC-20級配、相同AH-70號瀝青拌和瀝青混合料，成型車轍板試件，車轍檢測結果見表5。

表5 4種不同石灰巖瀝青混合料車轍試驗結果

從表5車轍實驗結果來看，石灰巖A的混合料動穩定度最大，抗車轍性能最好，石灰巖 C的混合料動穩定度最小，高溫穩定性最差。對比上述4種石灰巖的礦物組成與動穩定度的關系，可以看到石料中白云石含量越多其混合料車轍動穩定度越低。其原因可能為白云石與瀝青黏附性較差，瀝青不容易被白云石吸附形成結構瀝青。當采用相同油石比時，白云石含量越高，自由瀝青越多，而過多自由瀝青的存在會使得混合料的高溫穩定性降低。

3.3 不同石灰巖的瀝青混合料水穩定性能

一般采用浸水馬歇爾和凍融劈裂試驗評價混合料的水穩定性能。浸水馬歇爾穩定度實驗按照JTG E20-2011 《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》T0709-2011進行，用以模擬混合料在水的浸泡作用下，混合料性能的衰減情況。采用4種不同石灰巖石料，相同AC-20級配、相同AH-70號瀝青分別拌和4組瀝青混合料并成型馬歇爾試件。4種不同石灰巖混合料的浸水穩定度結果見表6。

表6 不同石灰巖瀝青混合料浸水穩定度試驗結果

凍融劈裂試驗是一種在規定條件下對瀝青混合料進行凍融循環，測定混合料試件在受到水損害前后劈裂破壞的強度比，以評價瀝青混合料水穩定性的實驗方法。4種不同石灰巖混合料的凍融劈裂試驗結果見表7。

表7 不同石灰巖瀝青混合料凍融劈裂試驗結果

繪制不同石灰巖瀝青混合料的水穩定性試驗結果見圖1。

圖1 不同石灰巖瀝青混合料水穩定性試驗結果

由圖1可見，石灰巖A和石灰巖B的瀝青混合料水穩定性優于石灰巖C和石灰巖D。其原因為石灰巖C和石灰巖D中含有一定量的白云石，白云石表面光滑，其與瀝青的黏附性稍差，瀝青膜厚度也較小，從而造成混合料中石料間黏結強度偏低。在高溫浸水或凍融循環等嚴苛條件下，混合料更容易出現松散。在自然環境的日曬雨淋下，這種混合料也更容易出現瀝青膜剝落而形成的路面泛白現象。

4 結論

1) 采用水煮法測試不同石灰巖與瀝青的黏附性，結果表明石灰巖與瀝青的黏附性與其白云石含量有關，過多的白云石會使石料與瀝青黏附性降低。

2) 石灰巖瀝青混合料的高溫穩定性與其石料中白云石含量有一定關系，白云石含量越多，混合料的抗車轍性能越低。

3) 不同石灰巖的瀝青混合料水穩定性結果與黏附性實驗結果相符，石灰巖的瀝青混合料水穩定性與其白云石含量有關，白云石含量越高，水穩定性越差。

4) 對于含有過多白云石的石灰巖石料，在工程中建議適當采取一定的抗剝落措施，比如添加1%～2%水泥取代一部分礦粉，同時在施工過程中適當減少膠輪碾壓遍數，防止瀝青膜被膠輪帶走。