抗滑封層用集料的特性對(duì)比分析

謝洪勝，張應(yīng)國(guó)，甘新立，段紹帆

(1.貴州省興義公路管理局,貴州 興義 562400；2.貴州理工學(xué)院,貴州 貴陽(yáng) 550003)

0 前 言

路面結(jié)構(gòu)在重復(fù)交通荷載及自然環(huán)境的綜合作用下，路表將會(huì)產(chǎn)生微裂縫和磨光，如果不及時(shí)處置，將會(huì)進(jìn)一步產(chǎn)生其他路面病害，影響道路使用性能及使用壽命[1-2]。抗滑封層技術(shù)是將水性環(huán)氧樹(shù)脂、固化劑、乳化瀝青以及抗滑集料混合后撒布在路表，其中環(huán)氧樹(shù)脂、固化劑和乳化瀝青形成的膠結(jié)材料能夠滲入到路表微裂縫中，對(duì)微裂縫進(jìn)行修復(fù)，同時(shí)在路表形成防水層，避免水分滲入到路表以下從而誘發(fā)水損害；抗滑集料一方面能夠彌補(bǔ)路表耗散掉的細(xì)集料，同時(shí)還能夠提升路面的抗滑性能[3-5]。同時(shí)，由于抗滑封層成本較罩面、表處類處治方式具有更低的工程成本，在路面養(yǎng)護(hù)工程中得到越來(lái)越多的應(yīng)用[6-8]。在抗滑封層材料體系中，抗滑集料類型的選擇不但影響其與膠結(jié)材料的粘附性能，同時(shí)也是抗滑效果、封層耐久性和工程經(jīng)濟(jì)學(xué)的重要影響因素。目前，抗滑集料的類型主要包括玄武巖集料、金剛砂、黑剛玉等。其中，玄武巖是一種基性噴出巖，顏色為暗色，一般呈黑色，是一種常用的道路工程建筑材料[9-10]；金剛砂是由黏土中的二氧化硅與碳在高溫下反應(yīng)生成的碳化硅，具有很高的硬度和耐磨性能；黑剛玉是于電弧爐中，將鋁礬土熔煉而制得的一種以α- Al2O3和鐵尖晶石為主礦相的灰黑色結(jié)晶體，具有硬度適中、韌性高、耐高溫、熱態(tài)性能穩(wěn)定的特點(diǎn)。

1 主要成分對(duì)比分析

在玄武巖集料、金剛砂、黑剛玉三種材料中，只有玄武巖集料為天然巖石材料，金剛砂和黑剛玉均為人造材料。本文首先采用X射線衍射物相分析試驗(yàn)，對(duì)玄武巖集料的礦物成分進(jìn)行了測(cè)試，經(jīng)與數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)比，獲得玄武巖集料的礦物成分，如表1所示。

表1 玄武巖集料各礦物含量的技術(shù)指標(biāo)

對(duì)比可知，玄武巖集料的主要成分為斜長(zhǎng)石，并含有部分輝石、石英等礦物；金剛砂主要成分為碳化硅；黑鋼玉主要成分為剛玉(Al2O3)，含量約70%～80%。剛玉和碳化硅均具有非常高的硬度，屬于高耐磨材料。因此，從耐磨性能上考慮，金剛砂和黑剛玉具有更高的耐磨性能。

2 顆粒形狀分析

采用電子放大鏡對(duì)玄武巖集料、金剛砂、黑剛玉的礦物成分進(jìn)行了成像，結(jié)果如圖1所示。

(a)金剛砂

(b)黑剛玉

(c)玄武巖集料

從顆粒形狀上看，黑剛玉更接近于正方體，金剛砂與黑剛玉具有一定比例的針、片狀顆粒。然而，黑剛玉表面較為光滑，這會(huì)降低其與膠結(jié)材料的接觸面積，從而不利于界面間的粘附。

3 經(jīng)濟(jì)性分析

在三種集料中，玄武巖集料為天然巖石材料，由玄武巖母巖破碎而成。玄武巖是地殼的重要組成材料，在全世界范圍內(nèi)具有較豐富的儲(chǔ)量。然而，受固結(jié)環(huán)境影響，部分玄武巖呈現(xiàn)明顯的氣孔構(gòu)造，這類玄武巖材料往往吸水率過(guò)高，而強(qiáng)度不足。目前，用于道路工程的玄武巖集料多具有致密構(gòu)造。金剛砂由黏土、鐵屑、煤等原料在高溫高壓下人工制備而成，其性質(zhì)相對(duì)較穩(wěn)定。黑剛玉是將鋁礬土置于電弧爐中熔煉獲得。本文調(diào)查了三種集料的市場(chǎng)價(jià)格，如圖2所示。

圖2 三種抗滑集料單價(jià)

可以看出，三種集料中黑剛玉的單價(jià)明顯高于另外兩種，且以玄武巖集料價(jià)格最低。

因此，從主要成分的角度，黑剛玉、金剛砂的主要成分分別是剛玉和碳化硅，具有更高的硬度；從顆粒形狀上分析，黑剛玉顆粒更接近于正方體，但黑剛玉表明較為光滑，不利于其與膠結(jié)材料的粘附；從經(jīng)濟(jì)性上分析，玄武巖集料具有最優(yōu)的經(jīng)濟(jì)學(xué)，而黑剛玉相對(duì)與另外兩種材料，其材料價(jià)格高昂。綜合分析后，本文推薦具有最高經(jīng)濟(jì)性，且顆粒形狀、表面形貌尚可的玄武巖集料作為抗滑封層用集料。

4 結(jié) 論

1)從主要成分的角度，黑剛玉、金剛砂的主要成分分別是剛玉和碳化硅，具有更高的硬度。

2)黑剛玉顆粒更接近于正方體，但黑剛玉表明較為光滑，不利于其與膠結(jié)材料的粘附。

3)推薦具有最高經(jīng)濟(jì)性，且顆粒形狀、表面形貌尚可的玄武巖集料作為抗滑封層用集料。

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