物理改性赤泥替代礦粉對瀝青膠漿性能的影響

張 偉 盧 龍

(1.武漢交通工程建設(shè)投資集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430000； 2.武漢光谷交通建設(shè)有限公司，湖北 武漢 430075)

1 概述

赤泥是堿法處理鋁土礦提取氧化鋁后排放的不溶性固體工業(yè)廢棄物，我國赤泥累積堆存量已超過3.5億t，綜合利用率不足4%[1-3]。鑒于赤泥外觀形狀上與普通填料相近，價(jià)格低廉，可以考慮將赤泥用作瀝青混合料中的填料。本文通過將不同比例的赤泥和物理改性后的赤泥替代礦粉填料加入瀝青制成瀝青膠漿，研究赤泥對瀝青膠漿路用性能的影響規(guī)律。

2 試驗(yàn)材料

2.1 原材料

1)礦粉：礦粉來自濟(jì)南文組石灰石采石場。

2)赤泥：燒結(jié)法赤泥來自于山東鋁業(yè)股份有限公司，顏色為棕色，鈣含量較高，具有一定的潛在活性。表1列出了礦粉和燒結(jié)法赤泥的基本指標(biāo)。

3)消石灰：消石灰由中國濟(jì)南志博化工有限公司提供。

4)造紙白泥是在造紙堿回收過程中產(chǎn)生的，主要由CaCO3組成，含有Na2O,K2O,Fe2O3等雜質(zhì)，化學(xué)成分與礦粉相近。

5)瀝青為70號基質(zhì)瀝青，由中國石化齊魯石化公司提供，其基本性能指標(biāo)見表2。

表1 礦粉和燒結(jié)法赤泥的基本指標(biāo)

表2 70號基質(zhì)瀝青基本性能指標(biāo)

2.2 瀝青膠漿的制備

瀝青膠漿中填料與瀝青的質(zhì)量比(粉膠比)為1∶1。制備空白試驗(yàn)1組(填料為普通礦粉)，赤泥瀝青膠漿1組，消石灰和白泥分別按照5種質(zhì)量比摻入赤泥中進(jìn)行物理改性10組，此外消石灰和白泥共同改性赤泥為3組，共15種瀝青膠漿。瀝青膠漿的配比和名稱見表3。

表3 瀝青膠漿的配比和名稱

3 試驗(yàn)方案

3.1 瀝青膠漿高溫性能試驗(yàn)

本研究用軟化點(diǎn)評價(jià)瀝青膠漿的高溫穩(wěn)定性，試驗(yàn)方法按JTG E2—2011公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程T0606—2011進(jìn)行。

3.2 瀝青膠漿低溫性能試驗(yàn)

本研究選擇直接拉伸(DT)試驗(yàn)評價(jià)瀝青膠漿的低溫抗裂性，DT試驗(yàn)是美國國家高速公路和交通運(yùn)輸協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)中評價(jià)瀝青以及瀝青膠結(jié)料低溫性能的試驗(yàn)，本試驗(yàn)方法嚴(yán)格遵守AASHTO T314-07中的方法。由DT試驗(yàn)可以得到反應(yīng)瀝青膠漿低溫抗裂性的指標(biāo)斷裂伸長率。本文選擇-12 ℃作為試驗(yàn)溫度，拉伸速率為1 mm/s。

3.3 瀝青膠漿粘滯性能試驗(yàn)

本研究選擇布洛克菲爾德黏度試驗(yàn)評價(jià)瀝青膠漿的粘滯性，布洛克菲爾德黏度試驗(yàn)是美國國家高速公路和交通運(yùn)輸協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)中評價(jià)瀝青及瀝青膠結(jié)料粘滯性能的試驗(yàn)，本試驗(yàn)方法嚴(yán)格遵守AASHTO T316中的方法。本文采用布魯克菲爾德粘度計(jì)分別在135 ℃,155 ℃和175 ℃三種溫度下對瀝青膠漿的粘度進(jìn)行測定。

4 試驗(yàn)結(jié)果

4.1 瀝青膠漿高溫性能

15種瀝青膠漿的軟化點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果見圖1。由圖1可見，燒結(jié)法赤泥替代普通礦粉后，軟化點(diǎn)增長了14.8%，這說明燒結(jié)法赤泥可以提高瀝青膠漿的高溫穩(wěn)定性，而消石灰的少量摻入會(huì)使得軟化點(diǎn)降低到61.2 ℃(R9H1)，然后隨著消石灰摻入量的增加，軟化點(diǎn)逐漸增加，最終在消石灰摻量達(dá)到50%時(shí)，軟化點(diǎn)達(dá)到最高值(R5H5)；而白泥對赤泥瀝青膠漿的軟化點(diǎn)影響不大。此外，三個(gè)配比的消石灰白泥復(fù)合改性赤泥瀝青膠漿的軟化點(diǎn)都較高，其中R6H3W1的軟化點(diǎn)是15個(gè)樣品中軟化點(diǎn)最高的?？傮w來看，三種填料加入均能使瀝青膠漿的軟化點(diǎn)高于石灰石粉，這說明三種填料均有提高瀝青混合料高溫抗車轍性能的潛力。

4.2 瀝青膠漿低溫性能

按照規(guī)范要求，分別得到15種瀝青膠漿在-12 ℃下的應(yīng)力應(yīng)變曲線。圖2為典型赤泥瀝青膠漿DT試驗(yàn)的應(yīng)力—應(yīng)變曲線。由圖2可以看出，隨著應(yīng)變的增大，加載應(yīng)力先逐漸增大，達(dá)到峰值加載后，出現(xiàn)斷崖式下降開裂。

瀝青膠漿在-12 ℃下的斷裂伸長率如圖3所示。由圖3可知，用燒結(jié)法赤泥代替礦粉后，斷裂伸長率從1.59%降低到0.74%，降低了50%以上。這意味著添加赤泥可能使得瀝青膠漿的低溫抗裂性變差，更容易發(fā)生低溫開裂。在赤泥中摻入消石灰后，瀝青膠漿的斷裂伸長率明顯提高，達(dá)到了與礦粉瀝青膠漿相同的水平。這說明在溫度較低的情況下，消石灰的摻入對赤泥瀝青膠漿的低溫抗裂性能有積極的影響。但是，消石灰的摻量對赤泥瀝青膠漿的低溫抗裂性沒有明顯的影響。在赤泥中加入白泥能提高赤泥瀝青膠漿的斷裂伸長率，其值隨白泥摻量的增加而增大，隨著白泥含量的增加，斷裂伸長率逐漸增大，在白泥摻量為40%時(shí)達(dá)到峰值2.27%(R6W4)。結(jié)果表明，消石灰和白泥均能改善赤泥瀝青膠漿的低溫開裂性能，并且赤泥瀝青膠漿對白泥摻量表現(xiàn)出較強(qiáng)的敏感性。

4.3 瀝青膠漿粘滯性能

瀝青膠漿的布洛克菲爾德黏度試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。由圖4可以看出，隨著測試溫度的升高，瀝青膠漿的黏度降低。在相同的溫度下，普通礦粉瀝青膠漿(LP)的試樣黏度最低，用燒結(jié)法赤泥代替礦粉使黏度增加了近4倍(RM)。在赤泥中添加消石灰進(jìn)一步增加了其黏度，當(dāng)消石灰摻量為50%時(shí)(R5H5)，黏度值甚至增加了1倍。這說明，赤泥和消石灰可以提高瀝青膠漿的粘滯性能。與消石灰不同，添加10%白泥(R9W1)會(huì)使赤泥膠漿黏度從4.2 Pa·s略有降低至3.4 Pa·s，但進(jìn)一步增加白泥用量對瀝青膠漿的黏度無明顯變化，這說明白泥對瀝青膠漿的粘滯性能無明顯影響。

5 結(jié)論

1)燒結(jié)法赤泥、消石灰、造紙白泥的摻入均能使瀝青膠漿的軟化點(diǎn)高于普通礦粉瀝青膠漿，這說明三種填料均可以提高瀝青膠漿的高溫穩(wěn)定性能，具有瀝青混合料高溫抗車轍性能的潛力。

2)燒結(jié)法赤泥會(huì)降低瀝青膠漿的低溫抗裂性能，而消石灰和造紙白泥的摻入均能改善赤泥瀝青膠漿的低溫抗裂性能，并且赤泥瀝青膠漿的低溫抗裂性能對白泥摻量表現(xiàn)出較強(qiáng)的敏感性。

3)燒結(jié)法赤泥和消石灰可以提高瀝青膠漿的粘滯性能，而造紙白泥對瀝青膠漿的粘滯性能無明顯影響。