礦粉對透水瀝青混合料性能的影響研究

李乃強　姚新宇　劉宇

摘要：為進一步優(yōu)化透水瀝青混合料性能，文章通過分析礦粉對瀝青膠漿特性的影響，研究礦粉與細(xì)集料占比、礦粉與0.075 mm通過率占比對透水瀝青混合料穩(wěn)定度、浸水肯塔堡飛散、連通空隙率等指標(biāo)的影響。研究結(jié)果為不同排水需求的瀝青混合料設(shè)計與混合料耐久性提升提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：排水瀝青路面;礦粉;粉膠比;浸水肯塔堡飛散;連通空隙

中國分類號：U416.03文章標(biāo)識碼：A

0 引言

透水瀝青混合料含有較大空隙率（一般為18%～25%），使路表降水不僅能從路表水平向排走，還能將滲入的雨水直接通過該層橫向連通空隙排走。這種特性能快速地排走路表積水，減少路表的水膜厚度，即使在暴雨天氣也能保證道路表面不積水，從而大幅提升行車安全性[1-3]。透水瀝青路面在降噪方面也表現(xiàn)出優(yōu)良的特性，一般情況下，排水瀝青路面比普通密級配路面降低噪音3～5 dB[4-8]，但是排水瀝青路面的耐久性相比密級配瀝青混合料卻具有明顯弱勢。通過礦粉改善膠漿性能以提升混合料性能是國內(nèi)外學(xué)者研究的重點[9-12]。本文通過研究礦粉在透水瀝青混合料級配中的組成特點及其對透水混凝土性能的影響，為透水瀝青混合料的性能改善與設(shè)計優(yōu)化提供依據(jù)。

1 試驗與方法

1.1 原材料

瀝青選用SBS改性瀝青I-D，選用中路交建（北京）工程材料公司提供的高黏添加劑，礦粉采用石灰?guī)r礦粉，粗集料采用輝綠巖、細(xì)集料采用石灰?guī)r。高黏添加劑加入后的改性瀝青指標(biāo)、集料基本指標(biāo)及礦粉基本參數(shù)如下頁表1～3所示。

1.2 試驗配比

配合比設(shè)計參照《排水瀝青路面設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》，確定了3組最佳級配，且油石比均為4.6%，其中高黏劑與改性瀝青摻入比例為8∶92。見下頁表4～6。

1.3 混合料的制備

采用干法加工高黏瀝青混合料并成型混合料，采用馬歇爾擊實儀成型混合料試件，混合料試件的制備與測試方法依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》。

2 礦粉對混合料性能的影響分析

2.1 礦粉對瀝青膠漿的影響

根據(jù)三個級配礦粉占比特點，選用中位數(shù)1.3粉膠比制備瀝青膠漿，其中礦粉與細(xì)集料過0.075 mm篩孔的比例及對應(yīng)的瀝青膠漿性能測試如表7所示。

由表7可知，在加入礦粉后的瀝青膠漿在延度與彈性恢復(fù)上都有一定下降，軟化點有提升。在相同粉膠條件下，礦粉占比的增大對軟化點無明顯影響;但礦粉占比與彈性恢復(fù)、延度指標(biāo)有一定相關(guān)性，延度與彈性恢復(fù)隨著礦粉的占比增大而增大。在1.3粉膠比條件下，彈性恢復(fù)與礦粉占比呈對數(shù)函數(shù)關(guān)系，5 ℃延度與礦粉占比呈二次函數(shù)關(guān)系，相關(guān)性曲線圖如圖1所示。

2.2 礦粉對混合料性能的影響

（1）級配礦粉組成對混合料性能指標(biāo)的影響

選用本文1.2節(jié)三種級配進行混合料制備并測試性能指標(biāo)，分析礦粉組成與混合料指標(biāo)關(guān)聯(lián)特征。

使用量的增加，細(xì)集料使用量的減少），粉膠比、礦粉占2.36 mm以下比例、礦粉占0.075 mm以下比例均增加，隨之其浸水殘留穩(wěn)定度提高較為明顯、浸水肯塔堡飛散降低較為明顯，而對穩(wěn)定度無明顯影響。且粉膠比、礦粉占2.36 mm以下比例與浸水殘留穩(wěn)定度、浸水肯塔堡飛散具有一定相關(guān)性，相關(guān)擬合公式如式（1）、式（2）所示。粉膠比與礦粉占比對透水混凝土水穩(wěn)定性與抵抗飛散的能力具有較大影響。

由于礦料級配組成的不同對各項指標(biāo)同樣具有影響，因此選用固定的級配2（粉膠比1.3），通過礦粉替換0.075 mm以下粉料，并進行混合料試驗驗證。

由表9數(shù)據(jù)可以看出，在相同粉膠比及級配條件下，由于礦粉占比的增大，其穩(wěn)定度呈增大趨勢;礦粉占比的增大對殘留穩(wěn)定度與浸水肯塔堡飛散數(shù)值影響更為明顯。當(dāng)0.075 mm以下礦粉占比由30%提高到90%時，殘留穩(wěn)定度增加了4.4%，浸水肯塔堡飛散質(zhì)量損失減少了4.9%。

（2）級配礦粉組成對混合料功能性指標(biāo)的影響

選用本文1.2節(jié)三種級配進行混合料制備，并根據(jù)式（3）計算連通空隙率。

由表10數(shù)據(jù)可知，三個級配2.36 mm通過率基本相同，實測的空隙率非常相近，但由于粉膠比的不同，連通空隙率有所不同。在相同的2.36 mm通過率條件下，一定范圍內(nèi)粉膠比越高，其混合料連通空隙率相對越小，形成閉合空隙相對較多，相對應(yīng)的滲水系數(shù)就越小。這可能是因為在相同細(xì)集料用量條件下，細(xì)集料越細(xì)，所形成的瀝青膠（砂）漿在粗集料間隙內(nèi)越容易形成封閉空間。

3 結(jié)語

（1）摻入0.075 mm以下通過率粉料后所形成的瀝青膠漿，其5 ℃延度與彈性恢復(fù)相比改性瀝青均有下降。但隨著礦粉占比的提高，其瀝青膠漿的延度與彈性恢復(fù)均有提升。

（2）在相似級配條件下，礦粉在一定摻量范圍內(nèi)，隨著其摻量的增加對透水瀝青混合料抗水損與抗飛散性能有較為明顯改善，有效提升透水瀝青混凝土的耐久性。因此在生產(chǎn)透水瀝青混合料時，應(yīng)加大對礦料的除塵，盡量用礦粉替代0.075 mm以下通過率石粉。

（3）透水混凝土細(xì)集料越細(xì)，其相同空隙率下，連通空隙率越小，滲水越小，對功能性（透水）有一定的不利影響，在設(shè)計中應(yīng)充分考慮礦粉在透水瀝青混合料中所發(fā)揮的綜合作用。

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