聚丙烯酸酯改性鋼渣瀝青混合料的應用探究

弓社強 陳萌 劉逢濤 李冷雪

（1.邯鄲市交通運輸局，河北 邯鄲 056000；2.河北工程大學，河北 邯鄲，056000；3.中建路橋集團有限公司，河北 石家莊，050000）

一、引言

我國公路事業蓬勃發展，對天然骨料的依賴增加，導致國內自然資源日漸匱乏。鋼渣作為一種固廢類建筑材料，其力學性能與天然碎石相比更加優異。但鋼渣體積穩定性差[1]，制約了其在道路工程中的廣泛應用。印度SSN工程學院的Sabapathy[2]提出，鋼渣表面孔隙封閉處理可有效提高鋼渣體積穩定性。馬來西亞理工大學的Oluwasola[3]等驗證了瀝青混合料中使用轉爐鋼渣代替天然碎石的可行性。但缺乏對改性鋼渣瀝青混合料的性能研究。

二、實驗

（一）原材料

該試驗選用70#瀝青，粗集料選用鋼渣，使用4.75mm～16mm粒徑的鋼渣等體積替代天然石料。聚丙烯酸酯乳液是一種乳白色液體，固含量為55，PH值為9～10，成膜溫度20℃。

（二）改性鋼渣的制備

將聚丙烯酸酯乳液稀釋至質量分數為10%、12%、14%,每次取2kg的鋼渣在稀釋好的溶液中浸泡6h，浸泡過程中每隔15分鐘攪拌一次，浸泡結束后取出，自然風干。

（三）配合比設計

使用改性鋼渣和未改性鋼渣替代4.75mm～16mm粒徑的石灰巖集料制備改性鋼渣/鋼渣瀝青混合料，選用AC-16型礦料級配，成型馬歇爾試件，根據體積指標得出石灰巖瀝青混合料、鋼渣瀝青混合料和改性鋼渣瀝青混合料的最佳油石比分別為：4.6%、4.7%和4.5%。對比鋼渣瀝青混合料和石灰巖瀝青混合料，改性鋼渣摻入瀝青混合料后油石比分別降低了0.2%和0.1%。

三、結果與討論

（一）改性鋼渣的性能

由表1可知，隨著改性濃度的不斷升高，改性鋼渣的壓碎值、磨耗值和浸水膨脹率均出現不同程度的下降。相比未改性鋼渣，14%濃度的改性劑將鋼渣的壓碎值、磨耗值和膨脹率分別降低了24.8%、29.9%、42.80%。觀察圖1、圖2，鋼渣表面孔隙較多，導致吸水率過高，鋼渣中的f-CaO遇水極易生成Ca(OH)2，產生體積膨脹。由于聚丙烯酸酯乳液良好的成膜性，鋼渣改性之后，表面出現一層致密的改性保護膜，封閉了表面的孔隙和裂紋，有效降低吸水率、并抑制體積膨脹。綜合試驗結果，結合經濟性原則，選取12%濃度為最佳改性濃度。

表1 改性鋼渣的基本性能指標

圖1 改性鋼渣微觀圖像

圖2 鋼渣微觀圖像

（二）瀝青混合料的路用性能

表2的車轍試驗結果顯示，三種瀝青混合料中，改性鋼渣瀝青混合料動穩定度最高，分別較鋼渣瀝青混合料和石灰巖瀝青混合料提高了22.7%和86.2%，表明改性鋼渣瀝青混合料具有更優的高溫穩定性。分析原因，改性鋼渣表面生成的改性保護層，具有一定的強度，可以提高鋼渣的整體性能，進而增強高溫穩定性。

表2 路用性能試驗結果

由表2可知，三種瀝青混合料的低溫劈裂強度分別是：石灰巖瀝青混合料<鋼渣瀝青混合料<改性鋼渣瀝青混合料。相較于鋼渣瀝青混合料，改性鋼渣瀝青混合料的劈裂強度提高了5.03%，說明改性鋼渣加入瀝青混合料中可以改善混合料低溫抗裂性。

表2顯示，改性鋼渣瀝青混合料的凍融劈裂強度比和殘留穩定度最高，受鋼渣體積穩定性影響，其水穩定性能最低。改性鋼渣表面生成的改性保護膜，阻止了鋼渣與水的接觸。此外，改性保護膜有效增強了瀝青與鋼渣之間的黏附作用，在動水作用下，瀝青膜更加穩固不易剝落，進而提高水穩定性。

四、結語

聚丙烯酸酯乳液改性鋼渣的最佳改性濃度是12%。

與鋼渣瀝青混合料相比，改性鋼渣瀝青混合料的油石比降低了0.2%，節約工程成本。

與鋼渣瀝青混合料相比，改性鋼渣瀝青混合料具有更優的路用性能。