硅灰用量對擬定級配瀝青混合料性能的影響研究

文章研究硅灰代替礦粉后對瀝青混合料性能產(chǎn)生的影響，通過試驗得出：當(dāng)硅灰用量從5%增加到20%時，硅灰-瀝青膠漿的劈裂強度增加；當(dāng)硅灰用量由5%增加到20%時，瀝青混凝土VFA和VV急劇減少，毛體積密度增大，有效提高瀝青混凝土的抵抗水損害的能力；用量＞20%后，抗水損能力會降低；當(dāng)硅灰用量為20%時，硅灰-瀝青的膠結(jié)作用最為明顯。研究表明，硅灰代替礦粉可以降低造價，增加瀝青混合料的凍融劈裂強度，抵抗水損害的能力效果明顯，從而延長道路的耐久性。

硅灰；低碳交通；劈裂強度；耐久性

U416.03A180602

作者簡介：

劉新偉（1989—），碩士，講師，研究方向：建筑材料。

0" 引言

本文通過軟件擬定的骨架密實級配AC-16瀝青混合料和規(guī)范級配AC-16進(jìn)行對比，骨架密實結(jié)構(gòu)由足夠的粗集料嵌擠形成，對于骨架形成的空隙由大量的細(xì)集料進(jìn)行填充。此級配力學(xué)性質(zhì)優(yōu)良，同時高溫穩(wěn)定性良好。

研究表明，集料的特性很大意義上影響了瀝青混凝土的各種性能。由于嵌擠密實型瀝青混合料的瀝青含量及礦粉含量較多，而硅灰［1］細(xì)度模數(shù)較大，以硅灰代替礦粉可以達(dá)到節(jié)能減排、降低成本的效果，本文在試驗基礎(chǔ)上研究硅灰含量對嵌擠密實型瀝青混凝土［2］性能的影響，為工程應(yīng)用提供借鑒。

1" 試驗原材料

1.1" 瀝青

本文采用的瀝青是山西太原產(chǎn)的SBS改性瀝青，其性質(zhì)如表1所示。

1.2" 粗集料

本文采用的碎石為山西太原石料廠的石灰?guī)r，其技術(shù)性質(zhì)見表2。

1" 3" 細(xì)集料

本文采用的砂子為山西太原生產(chǎn)的機制砂，其表觀密度見表3。

1.4" 填料

本文采用的硅灰的技術(shù)性質(zhì)指標(biāo)見表4。

2" 瀝青混凝土級配設(shè)計

2.1" 級配設(shè)計

碎石與砂的質(zhì)量比對于瀝青混合料可否形成骨架密實結(jié)構(gòu)有很大影響，本文基于顆粒流軟件模擬結(jié)果，16～13.2 mm∶13.2～9.5 mm∶9.5～4.75 mm集料質(zhì)量比為45∶35∶20，細(xì)集料級配采用泰波（Taibol）公式［3］以密度最大原則建立的級配理論計算，擬定的粗細(xì)集料質(zhì)量比例為60∶40，通過比較其與規(guī)范級配的路用性能，最終擬定AC-16強嵌擠骨架密實級配見表5。

2.2" 硅灰用量對瀝青混凝土各項指標(biāo)的影響

瀝青與各組成材料混合后形成的復(fù)合材料的性能在很大程度上影響并決定了瀝青混凝土的性能。本文通過測得瀝青混凝土的體積特征參數(shù)來確定瀝青混凝土各組成材料的關(guān)系和特征。增大硅灰用量（以5%的比例增加）后，擬定級配瀝青混合料和規(guī)范級配瀝青混合料的馬歇爾試驗參數(shù)結(jié)果如表6所示。硅灰用量對瀝青混合料的馬歇爾試驗參數(shù)［4］的影響如圖1所示。

硅灰用量對擬定級配瀝青混合料性能的影響研究/劉新偉

由圖1可知：

（1）當(dāng)硅灰用量從5%增加到20%時，瀝青混合料毛體積密度增加，穩(wěn)定度增加，最佳油石比相應(yīng)增大，說明瀝青與硅灰的膠結(jié)作用顯著。由于硅灰的比表面積大，硅灰膠漿的粘聚力與比表面積正相關(guān)，硅灰顆粒的表面更容易吸附瀝青，故粘聚力增加。當(dāng)硅灰用量從20%增加到25%時，瀝青混合料的毛體積密度和最佳油石比相應(yīng)減小，穩(wěn)定度也減小，說明硅灰的最佳用量為20%。

（2）當(dāng)硅灰用量從5%增加到20%時，混合料VMA和空隙率VV急劇減少，且毛體積密度增大；繼續(xù)增加硅灰用量（20%增加到25%），瀝青混合料的空隙率開始增長，且毛體積密度開始降低。

（3）以上試驗結(jié)果表明，硅灰用量為20%時，瀝青混合料的各性能最優(yōu)，故本文選擇硅灰用量為20%來研究嵌擠密實型瀝青混凝土的力學(xué)性能。

3" 硅灰用量為20%時瀝青混合料力學(xué)強度研究

現(xiàn)規(guī)定硅灰用量為20%，同時擬訂5個溫度來做抗壓試驗，所有馬歇爾試件需通過恒溫水浴以達(dá)到測試溫度。

通過試驗得到抗壓強度值如表7所示。

當(dāng)硅灰用量為20%時，擬定5個溫度進(jìn)行劈裂強度試驗（如圖2所示）。

通過劈裂試驗得到GM及GF劈裂強度值如表8所示。

表7、表8的數(shù)據(jù)說明當(dāng)硅灰的用量為20%時，顯著影響了混合料的凍融劈裂強度，而對抗壓強度影響甚微。究其原因，影響凍融劈裂強度的主要因素是集料間的粘聚力，而抗壓強度要靠集料的骨架作用來承重，所以增加硅灰的用量后，因硅灰的比表面積增大，增大的表面積可以吸附的瀝青增多，使得硅灰-瀝青的膠凝作用增大，集料間的粘聚力增強，劈裂強度隨之增大，使混合料在低溫時的抗裂性能增加，有效提高了耐久性。

4" 結(jié)語

（1）當(dāng)硅灰用量從5%增加到20%時，硅灰-瀝青膠漿的劈裂強度增加。影響硅灰-瀝青膠漿劈裂強度的主要因素是硅灰比表面積大，從而吸附了更多的瀝青，硅灰膠漿c值大小與硅灰比表面積指標(biāo)正相關(guān)。比表面積的增大使得擬定級配瀝青混合料的粘聚力顯著提高。

（2）當(dāng)硅灰用量由5%增加到20%時，瀝青混凝土的VFA和VV急劇減少，毛體積密度增大，這可以有效提高瀝青混凝土的抵抗水損害的能力；當(dāng)硅灰用量從20%增加到25%時，VFA和VV有所增加。可見硅灰用量過多時，其抗水損能力會降低，主要由于硅灰抗水損能力不僅與硅灰用量有關(guān)，還與硅灰的孔隙特征和瀝青混合料的孔隙特征有關(guān)。

（3）試驗數(shù)據(jù)表明：當(dāng)硅灰用量為20%時，硅灰-瀝青的膠結(jié)作用最為明顯，擬定級配瀝青混合料的粘聚力也不斷增大。凍融劈裂強度增大，使得瀝青混合料的低溫抗裂性能明顯增加。

［1］尹曉波.硅灰對瀝青混合料性能影響的試驗研究［D］.合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2019.

［2］張" 毅，蔣應(yīng)軍，楊秋俠.瀝青混合料礦料強嵌擠結(jié)構(gòu)研究［J］.西安建筑科技大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2013（2）：185-191.

［3］JTG D50-2006，公路路面瀝青設(shè)計規(guī)范［S］..

［4］王端宜，張肖寧，王紹懷.級配對瀝青混合料體積特性的影響［J］.華南理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2002，30（3）：53-56.

20240310