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(jìn)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、礦粉占級配0.075 mm及2.36 mm篩網(wǎng)通過率以下比例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)果可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。

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

0引言

透水瀝青混合料含有較大空隙率（一般為18%～25%），使路表積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，透水瀝青路面可比普通密級配路面降低噪音3～5 dB[4-8]。但是透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，而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。加入高黏添加劑后的改性瀝青指標(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試驗配合比

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》（JTGT 3350-03-2020），確定了3組最佳級配（見下頁表4～6），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。

1.3混合料的制備

采用干法加工高黏瀝青混合料并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》（JTG E20-2011）進(jìn)行。

2礦粉對混合料性能影響的分析

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粉膠比進(jìn)行瀝青膠漿制備，其中利用礦粉與細(xì)集料過0.075 mm篩獲得的粉料轉(zhuǎn)入瀝青，其瀝青膠漿性能測試結(jié)果如表7所示。

由表7可知，在加入粉料后的瀝青膠漿在延度與彈性恢復(fù)上都有一定下降，軟化點有所提升。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)隨著礦粉占比的增大而增大。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礦料對混合料性能的影響

2.2.1級配礦粉組成對混合料性能指標(biāo)的影響

選用前文三種級配進(jìn)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，如表8所示。

由于礦料級配組成的不同對各項指標(biāo)具有不同影響，因此選用固定的級配二（粉膠比1.3），通過礦粉部分替換級配0.075 mm以下粉料，并進(jìn)行混合料試驗驗證，結(jié)果如表9所示。

由表9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%。

2.2.2級配礦粉組成對混合料功能性指標(biāo)的影響

選用前文三種級配進(jìn)行混合料制備，并根據(jù)如下公式計算連通空隙率。

由表10數(shù)據(jù)可知，三種級配2.36 mm通過率基本相同，實測的空隙率非常相近，但隨著粉膠比的不同，連通空隙率有所不同。在2.36 mm通過率基本相同的條件下，一定范圍內(nèi)，粉膠比越高，其混合料連通空隙率相對較小，形成閉合孔隙相對較多，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)更容易形成封閉空間。

3結(jié)語

（1）0.075 mm以下通過率粉料的摻入所形成的瀝青膠漿，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5℃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的改善，可有效提升其透水瀝青混凝土的耐久性。因此在生產(chǎn)透水瀝青混合料中，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，滲水系數(shù)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。

參考文獻(xiàn)：

[1]成華.城市道路排水性瀝青混合料 OGFC 應(yīng)用研究[D].西安：長安大學(xué)，2011.

[2] Ren Jiaolong， Xu Yinshan， Huang Jiandong，et al.Gradation optimization and strength mechanism of aggregate structure considering macroscopic and mesoscopic aggregate mechanical behaviour in porous asphalt mixture[J].Construction and Building Materials，2021（300）：124 262.

[3]Umiliaco A.，Benedetto A. New mathematical paradigm applied to fluid flow in porous media：the case of permeable asphalt pavement[C].Proceedings of the 2013 International Conference on Applied Mathematics and Computational Methods in Engineering，2013.

[4]吳浩，張久鵬，王秉綱.多孔瀝青混合料空隙特征與路用性能關(guān)系[J].交通運輸工程學(xué)報，2010，10（1）：1-5.

[5]譚利，易文，何賢鋒，等.防滑降噪瀝青路面施工工藝及質(zhì)量控制[J].中外公路，2017，37（2）：41-45.

[6]劉暉.大空隙排水降噪瀝青路面的應(yīng)用研究[D].西安：長安大學(xué)，2019.

[7]Liu Quantao， Schlangen Erik，Van De Ven Martin.Induction healing of porous asphalt[J].Transportation Research Record， 2012（2）：95-101.

[8]Wuguang Lin，SungWoo? ?Ryu，? ?Ph.D.，et al.Performance of Permeable Block Pavements in Accelerated Pavement Test and Rainfall Simulation[J].American Society of Civil Engineers，2014（4）：1 861-1 868.

[9]李偉.雙層排水降噪瀝青路面技術(shù)性能分析[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2018，14（1）：97-99.

[10]徐亮，王永斌，稅歡.橡膠瀝青增強排水瀝青路面性能研究[J].路基工程，2021（3）：105-109.

[11]李啟榮，許新權(quán)，紀(jì)小平，等.水泥與消石灰對瀝青膠漿流變性能的影響[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報（交通科學(xué)與工程版），2021，45（1）：99-104.

[12]唐小燕.不同瀝青結(jié)合料對排水路面滲透及路用性能影響研究[J].江西建材，2020（12）：22-26.