摻活化煤矸石SMA混合料路用性能及改性機(jī)理研究

程文靜

(山東交通職業(yè)學(xué)院， 山東 濰坊　261206)

?

摻活化煤矸石SMA混合料路用性能及改性機(jī)理研究

程文靜

(山東交通職業(yè)學(xué)院， 山東 濰坊261206)

[摘要]研究活化煤矸石作為填料型瀝青改性劑的技術(shù)可行性，提出采用活化煤矸石等量替代礦粉與SBS改性劑進(jìn)行復(fù)配，基于車轍、低溫彎曲、凍融劈裂和三分點(diǎn)加載疲勞試驗(yàn)研究了活化煤矸石SBS改性瀝青混合料的綜合路用性能，揭示了活化煤矸石對(duì)SBS改性瀝青混合料的改性機(jī)理。結(jié)果表明：活化煤矸石等量替代礦粉后，SBS改性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性提高幅度最大可達(dá)41%，改善了混合料的溫度敏感性，顯著提高了水穩(wěn)定性和低溫抗裂性，活化煤矸石SBS復(fù)合改性瀝青混合料各應(yīng)力水平下的疲勞壽命均高于普通SBS改性瀝青混合料，疲勞壽命的提高幅度達(dá)40%，經(jīng)室內(nèi)試驗(yàn)和實(shí)體工程實(shí)踐證明，采用活化煤矸石等量替代礦粉作為瀝青混合料的改性劑是可行的。

[關(guān)鍵詞]道路工程； 活化煤矸石； 瀝青混合料； 路用性能； 改性機(jī)理

0前言

在復(fù)雜多變的自然條件和超載重載交通的綜合作用下，瀝青路面出現(xiàn)了不同形式的病害，如高溫車轍、低溫開(kāi)裂以及水損壞等，尤其是高溫濕熱和寒冷地區(qū)病害尤為突出[1-4]。不斷加厚的瀝青面層來(lái)減少路面裂縫，但只是抑制了裂縫出現(xiàn)的時(shí)間，對(duì)減少裂縫的作用并不明顯，單一改性瀝青對(duì)瀝青性能的提高有一的局限性，但對(duì)于一些地區(qū)來(lái)說(shuō)，道路環(huán)境通常要經(jīng)歷-30 ℃～60 ℃的溫度變化?，F(xiàn)有的改性技術(shù)很難滿足上述溫度范圍的要求。因此，國(guó)內(nèi)開(kāi)展了復(fù)合改性瀝青材料的相關(guān)研究，如橡膠/SBS復(fù)合改性瀝青，硅藻土纖維復(fù)合改性、膠粉和PE復(fù)合改性、巖瀝青與BRA復(fù)合改性、復(fù)合纖維改性瀝青混合料等[5-13]。隨著礦物材料技術(shù)的發(fā)展，一些粉體礦物材料在瀝青混合料中的應(yīng)用已從單一結(jié)構(gòu)填充拓展到功能增強(qiáng)，起到了改性劑的作用，如硅藻土、炭黑、硫磺等礦物填料，但由于受提純技術(shù)、材料來(lái)源、環(huán)保等方面的原因[16]，沒(méi)有得到大規(guī)模推廣應(yīng)用?；罨喉肥且环N工業(yè)固體廢棄物，由于煤矸石中含有大量的黏土類礦物，煅燒后可產(chǎn)生一定活性，一定程度上會(huì)影響著煤矸石與瀝青的界面性質(zhì)及膠漿的宏觀性能。在我國(guó)，煤矸石資源十分豐富，現(xiàn)有積存煤矸石約1 000Mt，并且每年仍繼續(xù)排放約100Mt，若能用于高速公路建設(shè)和作為公路養(yǎng)護(hù)材料，其經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)可觀，且節(jié)能環(huán)保。本文研究活化煤矸石作為填料型改性劑改性瀝青的技術(shù)可行性，研發(fā)了活化煤矸石作為新型瀝青改性劑，提出采用活化煤矸石等量替代礦粉，以提高瀝青路面使用質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)綠色、循環(huán)、低碳的公路建設(shè)目標(biāo)。

1原材料

為了使研究成果具有代表性，本文選用了4種的煤矸石，經(jīng)機(jī)械破碎-高溫煅燒-機(jī)械研磨制成試驗(yàn)用活化煤矸石，表1為活化煤矸石的技術(shù)性能檢測(cè)結(jié)果，相比石灰?guī)r礦粉，活化煤矸石的總體粒度小于礦粉，比表面積為礦粉的2倍，活化煤矸石材料中含有Si、Al、S和Ca等多種元素以及有少量過(guò)渡性的金屬元素如Fe和Mn。SBS改性瀝青為殼牌石油公司生產(chǎn)的成品SBS改性瀝青，粗集料選用輝綠巖，細(xì)集料為機(jī)制砂。

表1 4種類型活化煤矸石材料性能檢測(cè)結(jié)果平均值Table1 Fourtypesofactivatedcoalganguematerialpropertiestestresults指標(biāo)表觀密度/(g·cm-3)比表面積/(m2·kg-1)親水系數(shù)SiO2含量/%檢測(cè)結(jié)果2.3432.6570.7840.2(2.654)(1.341)(0.86)(10.1)粒度范圍篩孔尺寸/mm0.60.30.150.075通過(guò)百分率/%10010094.689.4(100)(95.2)(82.1)(79.1)主要化學(xué)組成礦物質(zhì)Al2O3Fe2O3MnOCaOSO3百分比/%24.1124.650.672.670.45(0.03)(0.05)(0.01)(30.3)(0) 注:()內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)為礦粉技術(shù)性能檢測(cè)結(jié)果

2活化煤矸石SBS復(fù)合改性瀝青混合料配

合比設(shè)計(jì)

瀝青膠漿的組成結(jié)構(gòu)決定了瀝青混合料的各項(xiàng)性能和材料的黏彈性變，為了進(jìn)一步發(fā)揮膠漿的性能，確定混合料合成級(jí)配時(shí)降低了1.18-0.075mm篩孔檔細(xì)集料用量，以增大活化煤矸石瀝青膠漿比例，混合料合成級(jí)配見(jiàn)表2。按照現(xiàn)行施工規(guī)范要求[14-15]，確定最佳瀝青用量時(shí)根據(jù)合成級(jí)配的要求逐檔添加篩分檔的集料，按照礦粉質(zhì)量百分比采用活化煤矸石等量替代礦粉，成型馬歇爾試件時(shí)控制礦料加熱溫度為190 ℃，瀝青混合料拌合溫度175 ℃，馬歇爾試件擊實(shí)溫度165 ℃，通過(guò)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件物理指標(biāo)、力學(xué)指標(biāo)的測(cè)定，得出馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3所示。

表3結(jié)果表明：采用活化煤矸石等量替代礦粉后，復(fù)合改性瀝青混合料的最佳油石比增大略有增大，這與活化煤矸石比表面積大吸附瀝青能力強(qiáng)有關(guān)。4種類型的活化煤矸石SBS改性瀝青混合料毛體積密度、馬歇爾穩(wěn)定度均大于SBS改性瀝青混合料，而礦料間隙率(VMA)、空隙率(VV)、瀝青飽和度(VFA)與SBS改性瀝青混合料相差不大。

表2 SMA-13混合料級(jí)配Table2 SMA-13mixturegradation級(jí)配通過(guò)以下篩孔尺寸(mm)的質(zhì)量百分率/%1613.29.54.75級(jí)配上限901007534級(jí)配下限100905020合成級(jí)配10095.666.932.0通過(guò)以下篩孔尺寸(mm)的質(zhì)量百分率/%2.361.180.60.30.150.075262420161312151412109824.220.615.913.411.09.6

表3 活化煤矸石SBS改性瀝青混合料馬歇爾配合比設(shè)計(jì)體積參數(shù)試驗(yàn)結(jié)果Table3 ActivatedcoalgangueSBSmodifiedasphaltmixtureMarshallmixdesigntestresultsvolumetricparameters填料類型OAC/%VV/%VCAmix/%VCADRC/%VMA/%VFA/%MS/kN石灰?guī)r礦粉6.024.0041.742.817.3677.9110.65活化煤矸石I號(hào)6.103.8641.742.817.1479.0111.46活化煤矸石II號(hào)6.084.0041.742.817.1978.0012.13活化煤矸石III號(hào)6.064.0141.742.817.1078.4012.36活化煤矸石IV號(hào)6.133.9441.742.817.2278.4712.35規(guī)范要求—3～6—VCAmix

3活化煤矸石SBS復(fù)合改性瀝青混合料路

用性能

3.1高溫穩(wěn)定性

高溫穩(wěn)定性是在高溫、反復(fù)車輪荷載作用下，瀝青混合料抵抗永久變形的能力。由于瀝青混合料的抗變形能力很大程度上受環(huán)境溫度的影響[16]，為針對(duì)我國(guó)部分地區(qū)夏季溫度高、高溫持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，特增加了70 ℃車轍試驗(yàn)，此外，為得到不同溫度下活化煤矸石SBS改性瀝青混合料的高溫車轍試驗(yàn)對(duì)溫度的敏感性，特增加了40 ℃車轍試驗(yàn)。按照表3最佳瀝青用量試驗(yàn)結(jié)果拌合并成型300mm×300mm×50mm的標(biāo)準(zhǔn)車轍板試件，分別在40、 50、 60、 70 ℃的恒溫烘箱中保溫6h，車轍試驗(yàn)輪壓為0.7MPa，試驗(yàn)?zāi)z輪行走速度為42±1次/min，試驗(yàn)輪的行走方向與成型車轍板時(shí)的碾壓方向一致[18]，車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度的對(duì)數(shù)與試驗(yàn)溫度線性擬合結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1　不同試驗(yàn)溫度活化煤矸石SBS改性瀝青混合料車轍試驗(yàn)結(jié)果Figure 1　Activated coal gangue and SBS modified asphalt mixture rut results with different test temperature

圖1擬合結(jié)果表明：與SBS改性瀝青混合料相比，相同試驗(yàn)溫度下活化煤矸石SBS改性瀝青混合料的車轍試驗(yàn)穩(wěn)定度普遍提高，且不同活化煤矸石對(duì)SBS改性瀝青混合料高溫性能的提高程度不同，60 ℃動(dòng)穩(wěn)定度提高最大幅度達(dá)41%，其中40、50 ℃時(shí)活化煤矸石III號(hào)動(dòng)穩(wěn)定度最大，60、 70 ℃時(shí)活化煤矸石IV號(hào)動(dòng)穩(wěn)定度最大，采用活化煤矸石等量替代礦粉可顯著改善SMA混合料的高溫穩(wěn)定性。以車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度的對(duì)數(shù)與試驗(yàn)溫度之間的線性擬合曲線斜率作為活化煤矸石SBS改性瀝青混合料感溫性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，4種活化煤矸石SBS改性瀝青混合料的擬合曲線斜率均明顯小于SBS改性瀝青混合料，可見(jiàn)其高溫穩(wěn)定性隨溫度的變化規(guī)律的敏感性弱于SBS改性瀝青混合料。分析其主要原因， ①由圖2填料細(xì)微觀結(jié)構(gòu)形貌可知：活化煤矸石的加入改變了SBS改性瀝青的膠體結(jié)構(gòu)，使得瀝青混合料中瀝青的粘度變大，從而提高了混合料的高溫穩(wěn)定性；此外，DCS試驗(yàn)結(jié)果(見(jiàn)圖3)表明，活化煤矸石中的過(guò)渡金屬元素陽(yáng)離子與瀝青中的極性官能團(tuán)發(fā)生反應(yīng)生成配位絡(luò)合物，活性氧化物Na2O和K2O的存在有利于活化煤矸石與瀝青酸和瀝青酸酐發(fā)生酸堿反應(yīng)以及火山灰反應(yīng)，改善了SBS改性瀝青的溫度敏感性； ②活化煤矸石與瀝青共混后，硫化物與瀝青的交聯(lián)反應(yīng)，在一定溫度下，活化煤矸石中硫分解生成活性較大的硫自由基，能夠奪取瀝青中的氫原子，瀝青分子鏈產(chǎn)生自由基，產(chǎn)生自由基耦合形成交聯(lián)鍵，使瀝青分子鏈從二維結(jié)構(gòu)變?yōu)槿S網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而改善瀝青的抗變形能力和溫度敏感性。

(a) 礦粉(b) 活化煤矸石

Figure2MineralpowderandactivatedcoalgangueSEMmicroscopicimage

圖3　SBS改性瀝青DSC圖譜Figure 3　SBS modified asphalt DSC Atlas

3.2低溫抗裂性

按照現(xiàn)行施工規(guī)范要求以低溫小梁彎曲試驗(yàn)評(píng)價(jià)活化煤矸石SBS復(fù)合改性瀝青混合料的低溫抗裂性。試驗(yàn)時(shí)根據(jù)JTGE20—2011中的要求成型車轍板，試驗(yàn)溫度為-10 ℃，試件尺寸為30mm×35mm×250mm，試驗(yàn)時(shí)采用單點(diǎn)加載方式，支點(diǎn)間距為200mm，加載速率為50mm/min，4種不同類型活化煤矸石SBS改性瀝青混合料低溫抗裂性試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4所示。

表4 活化煤矸石SBS改性瀝青混合料小梁低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果Table4 ActivatedcoalgangueSBSmodifiedasphaltmixturetrabecularlow-temperaturebendingre-sults填料類型抗彎拉強(qiáng)度/MPa最大彎拉應(yīng)變/με彎曲勁度模量/MPa石灰?guī)r礦粉11.353236.433401.87活化煤矸石I號(hào)12.403775.673284.19活化煤矸石II號(hào)12.673904.963244.59活化煤矸石III號(hào)12.793867.073307.41活化煤矸石IV號(hào)12.364064.323041.10

由圖4試驗(yàn)結(jié)果可知：相比SBS改性瀝青混合料，采用活化煤矸石等量替代礦粉后四種SMA混合料的抗彎拉強(qiáng)度普遍增大8.8%～12.3%，低溫彎拉應(yīng)變指標(biāo)明顯大于SBS改性瀝青混合料，尤其摻加活化煤矸石IV號(hào)后復(fù)合改性瀝青混合料低溫彎曲指標(biāo)提高幅度達(dá)25.8%，可見(jiàn)采用活化煤矸石與SBS復(fù)合改性方案可顯著提高瀝青混合料的低溫抗裂性。分析活化煤矸石對(duì)SBS改性瀝青混合料的低溫抗裂性的影響： ①由圖2可知：相比礦粉顆粒，活化煤矸石的比表面積較大，對(duì)瀝青的吸附能力強(qiáng)，增加了復(fù)合改性瀝青混合料的瀝青膜厚，混合料柔性提高，且活化煤矸石顆粒表面粗糙，有許多凸起的

圖4　活化煤矸石與SBS瀝青膠漿SEM微觀圖像

Figure4ActivatedcoalgangueandSBSasphaltmasticSEMmicroscopicimage

粒子，并形成間隙孔隙，具有活性吸附能力的內(nèi)孔隙結(jié)構(gòu)，有利于瀝青分子進(jìn)入，在外力作用下，活化煤矸石內(nèi)部的空隙對(duì)自由瀝青起到緩沖作用，使混合料內(nèi)部的瀝青油膜處于比較穩(wěn)定的狀態(tài)； ②掃描電鏡圖像顯示，活化煤矸石顆粒表面存在褶皺和突起，使活化煤矸石表面充分潤(rùn)濕，填料表面構(gòu)造是影響潤(rùn)濕性的重要因素，填料表面越粗糙，瀝青在其表面的潤(rùn)濕效果就越好，活化煤矸石的加入提高了瀝青與集料之間粘附性和握裹力，克服了結(jié)構(gòu)瀝青和集料顆粒之間的錯(cuò)位與滑移，將顆粒產(chǎn)生的單軸應(yīng)力轉(zhuǎn)移到其它基體上，同時(shí)均勻分散的活化煤矸石在裂尖處起到了錨固和橋接作用，延緩裂縫的產(chǎn)生，約束裂紋的擴(kuò)展，增加瀝青混凝土的整體性。 ③由圖4可見(jiàn)：活化煤矸石表面的間隙孔使瀝青分子和SBS分子的PE端產(chǎn)生橋接，起到機(jī)械嵌固作用，增強(qiáng)SBS瀝青膠漿的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮高分子鏈“熵彈性”的作用，增加了膠漿低溫下的柔韌性和延展性。

3.3水穩(wěn)定性

現(xiàn)行規(guī)范要求采用浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)評(píng)價(jià)瀝青混合料的水穩(wěn)定性。浸水馬歇爾試驗(yàn)時(shí)成型標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件(正反75次/面)，分成兩組，一組放置在60 ℃水浴中保溫48h測(cè)其穩(wěn)定度，另外一組放置在60 ℃水浴中保溫30min測(cè)其穩(wěn)定度，以兩組馬歇爾試件穩(wěn)定度平均值的比值，也就是殘留穩(wěn)定度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)(試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5)。凍融劈裂試驗(yàn)采用擊實(shí)法成型馬歇爾試件(正反50次/面)，分成兩組，一組放置在25 ℃水浴中保溫至少2h測(cè)其劈裂強(qiáng)度，另一組先在25 ℃水中0.09MPa真空壓力下飽水15min，常壓下浸泡30min，之后放入-18±2 ℃的冰箱中冷凍16±1h，再放入60 ℃恒溫水浴中保溫24h，最后放入25 ℃水浴中浸泡至少2h后測(cè)其劈裂強(qiáng)度，以兩組試件劈裂強(qiáng)度平均值的比值作為評(píng)價(jià)指標(biāo)(試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5)。

表5試驗(yàn)結(jié)果表明：活化煤矸石等量替代礦粉后，SBS改性瀝青混合料的浸水前后劈裂強(qiáng)度和馬歇爾穩(wěn)定度均明顯增大，凍融劈裂強(qiáng)度比和殘留穩(wěn)定度兩個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)均高于SBS改性瀝青混合料，不同種類活化煤矸石對(duì)SBS改性瀝青混合料水穩(wěn)定性的改善程度略有差異，但總體而言，活化煤矸石可改善瀝青混合料的水穩(wěn)定性?；罨喉肥瘜?duì)SBS改性瀝青混合料水穩(wěn)定性的改性機(jī)理在于，摻加活化煤矸石后瀝青中的極性官能團(tuán)與過(guò)渡性金屬元素Fe3+、Ti4+、Mn4+發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)形成配位鍵，從而改善SBS改性瀝青的性質(zhì)，瀝青酸羧基(COOH)中的氫與活化煤矸石中金屬陽(yáng)離子Ca2+、K+等反應(yīng)，形成不溶于水的高價(jià)瀝青酸鹽，促進(jìn)了與瀝青的結(jié)合，提高瀝青混合料和水穩(wěn)定性。

表5 活化煤矸石SBS改性瀝青混合料水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果Table5 ActivatedcoalgangueandSBSmodifiedasphaltmixturewaterstabilitytestresults填料類型凍融劈裂試驗(yàn)浸水馬歇爾試驗(yàn)MS/kNMS1/kNMSo/%RT1/MPaRT2/MPaTSR/%石灰?guī)r礦粉11.7510.6790.81.2391.06986.3活化煤矸石I號(hào)12.2611.3292.31.2791.13188.4活化煤矸石II號(hào)12.4311.6593.71.2861.16690.7活化煤矸石III號(hào)11.9611.3094.51.2641.15591.4活化煤矸石IV號(hào)12.6512.2696.91.2991.22594.3

3.4活化煤矸石SBS改性瀝青混合料疲勞性能

通常采用2種研究方法研究瀝青混凝土的疲勞破壞規(guī)律，即現(xiàn)象學(xué)法和力學(xué)近似法，現(xiàn)象學(xué)法采用疲勞曲線來(lái)表征材料的疲勞特性，側(cè)重于研究裂縫形成的機(jī)理以及應(yīng)力、應(yīng)變與疲勞壽命之間的關(guān)系和各種因素對(duì)疲勞壽命和疲勞強(qiáng)度的影響，試驗(yàn)操作方便，是目前普遍采用的瀝青混凝土疲勞性能行研究方法。本部分試驗(yàn)采用三分點(diǎn)加載小梁疲勞試驗(yàn)研究活化煤矸石SBS改性瀝青混合料的抗疲勞性能，小梁試件尺寸為40mm×40mm×350mm，試驗(yàn)溫度為15 ℃，加載波形為連續(xù)式正弦波，加載頻率為10Hz，加載速率為50mm/min，彎曲疲勞試驗(yàn)選用0.2、0.3、0.4、0.5共4個(gè)應(yīng)力比，加載模式為控制應(yīng)力方式(控制應(yīng)力的疲勞試驗(yàn)就是在重復(fù)加載的疲勞試驗(yàn)過(guò)程中，保持應(yīng)力不變，以試件的疲勞斷裂作為疲勞破壞的準(zhǔn)則，達(dá)到疲勞破壞的荷載作用次數(shù)為疲勞壽命)，試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5　活化煤矸石SBS改性瀝青混合料雙對(duì)數(shù)疲勞方程擬合圖Figure 5　Activated coal gangue SBS modified asphalt mixture double logarithm fatigue equation fitting

疲勞試驗(yàn)結(jié)果表明：活化煤矸石等量替代礦粉后，活化煤矸石與SBS復(fù)合改性瀝青混合料的疲勞曲線雙對(duì)數(shù)擬合曲線截距K增大，曲線斜率n值減小，K值表明了疲勞曲線的線位高低，K值越大，疲勞曲線的線位越高，材料的抗疲勞性能越好；n值越大，疲勞曲線越陡，表明疲勞壽命對(duì)應(yīng)力水平的變化越敏感，可見(jiàn)活化煤矸石改善了SBS改性瀝青混合料的抗疲勞性能，同時(shí)降低了混合料疲勞壽命對(duì)應(yīng)力水平的敏感性。此外與SBS改性瀝青混凝土相比，活化煤矸石SBS復(fù)合改性瀝青混合料各應(yīng)力水平下的疲勞壽命均高于普通SBS改性瀝青混合料，疲勞壽命的提高幅度達(dá)40%，具有良好的抗疲勞特性。分析煤矸石對(duì)SMA混合料疲勞性能的改善機(jī)理，煤矸石具有較大的比表面積，與瀝青充分接觸和融合，能夠形成浸潤(rùn)表面，對(duì)集料有更強(qiáng)的粘附力，保證了混合料的整體性，這有利于細(xì)裂紋的填隙、彌合作用，從而提高瀝青混合料的疲勞壽命。

4工程運(yùn)用

本課題依托甘肅臨洮至渭源高速公路路面工程第二合同段，項(xiàng)目起點(diǎn)樁號(hào)為K13+110，終點(diǎn)樁號(hào)為K23+317，主線全長(zhǎng)共10.207km。采用六車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)行車速度為100km/h。主線、互通匝道上面層采用4cmSMA-13C，中面層采用6cmAC-20C，下面層采用8cmATB-25，基層采用20cm水泥穩(wěn)定碎石(水泥摻量5%)，底基層采用16cm厚水泥穩(wěn)定碎石(水泥摻量4%)。該標(biāo)段上面層SMA和中面層AC-20路段按照復(fù)合改性方法，工程實(shí)踐證明，采用活化煤矸石等量替代礦粉，鋪筑完成后檢測(cè)壓實(shí)度、平整度、滲水系數(shù)等指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)要求。通過(guò)長(zhǎng)達(dá)3a的試驗(yàn)路檢測(cè)，該法有效地減少了瀝青路面的早期破壞，目前沒(méi)有明顯的車轍和開(kāi)裂病害，路面使用狀況良好，可見(jiàn)采用活化煤矸石SBS改性瀝青混凝土延長(zhǎng)了道路的使用壽命，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益顯著。

5結(jié)論

① 通過(guò)系統(tǒng)的研究和試驗(yàn)路使用性能檢測(cè)研究，證明了采用活化煤矸石等量替代礦粉作為瀝青混合料的改性劑是可行的，采用活化煤矸石等量替代礦粉，能夠提高瀝青路面使用質(zhì)量，具有綠色、循環(huán)、低碳等優(yōu)勢(shì)。

② 相比普通SMA混合料，活化煤矸石SBS改性瀝青混合料具有優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性，60 ℃動(dòng)穩(wěn)定度提高最大幅度達(dá)36%，活化煤矸石等量替代礦粉后復(fù)合改性瀝青混合料車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度隨溫度的變化規(guī)律的敏感性弱于SBS改性瀝青混合料。采用活化煤矸石等量替代礦粉后復(fù)合改性瀝青混合料的抗彎拉強(qiáng)度普遍增大8.8%～12.3%，低溫彎拉應(yīng)變指標(biāo)明顯大于SBS改性瀝青混合料，采用活化煤矸石與SBS復(fù)合改性方案可顯著提高瀝青混合料的低溫抗裂性?；罨喉肥攘刻娲V粉后，SBS改性瀝青混合料的浸水前后劈裂強(qiáng)度和馬歇爾穩(wěn)定度均明顯增大，凍融劈裂強(qiáng)度比和殘留穩(wěn)定度兩個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)均高于SBS改性瀝青混合料，活化煤矸石可改善SBS改性瀝青混合料的水穩(wěn)定性?；罨喉肥疭BS復(fù)合改性瀝青混合料各應(yīng)力水平下的疲勞壽命均高于普通SBS改性瀝青混合料，疲勞壽命提高幅度達(dá)40%，采用活化煤矸石等量替代礦粉技術(shù)降低了混合料疲勞壽命對(duì)應(yīng)力水平的敏感性。

③ 活化煤矸石對(duì)SBS改性瀝青混合料的改性機(jī)理在于，絡(luò)合反應(yīng)形成配位鍵，活化煤矸石表面的間隙孔使瀝青分子和SBS分子的PE端產(chǎn)生橋接，增強(qiáng)SBS瀝青膠漿的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮高分子鏈“熵彈性”的作用。

[參考文獻(xiàn)]

[1]熊銳，楊小凱.活化煤矸石改性瀝青膠漿高溫性能研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，34(5)：44-48.

[2]王宏.聚酯纖維對(duì)TPS改性瀝青及其混合料抗裂性能研究[J].公路，2015(5)：277-282.

[3]沈金安.高速公路瀝青路面早期損壞分析與防治對(duì)策[M].北京：人民交通出版社，2004.

[4]李佐山.硅藻土改性瀝青混合料路用性能研究[D].長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2007.

[5]胡曉輝.特立尼達(dá)湖改性瀝青性熊與應(yīng)用技術(shù)性能研究[D].天津：河北工業(yè)大學(xué)，2007.

[6]韓偉華.復(fù)合改性纖維瀝青混合料路用性能研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2007.

[7]封基良.纖維瀝青混合料增強(qiáng)機(jī)理及其性能研究[D].南京：東南大學(xué)，2006.

[8]孫立軍.纖維瀝青混凝土路用性能研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2002.

[9]許淳.玻璃纖維-硅藻土復(fù)合改性瀝青混凝土性能研究[D].長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2010.

[10]徐衛(wèi)中.瀝青抗剝落劑的制備及性能[J].建筑材料學(xué)報(bào)，2012，32(3)：23-29.

[11]劉亞敏.SMA混合料水穩(wěn)定性研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2012.

[12]夏瑋.廢膠粉改性瀝青及瀝青混合料路用性能研究[D].重慶：重慶交通大學(xué)，2009.

[13]劉玉龍，王旭，李洪峰.粉膠比對(duì)瀝青混合料路用性能影響的試驗(yàn)研究[J].森林工程，2014(3)：111-115.

[14]張美坤，黃曉明.采用彎曲應(yīng)變能評(píng)價(jià)瀝青混合料的低溫性能[J].石油瀝青，2008，22(5)：20-23.

[15]JTGF40-2004，公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S].

[16]JTGE20-2011，公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程[S].

StudyonActivatedCoalGangueModifiedSMAMixtureRoadPerformanceandModificationMechanism

CHENGWenjing

(ShandongTransportVocationalCollege，Weifang，Shandong261206，China)

[Abstract]Studied The technical feasibility of the activated coal gangue as the filler type asphalt modifier ，activated coal gangue is proposed instead of mineral powder with SBS modifier for modifier，road performance of activated coal gangue and SBS modified asphalt mixture were studied based on rutting，low temperature bending，freeze-thaw splitting and three point loading fatigue test to study the，reveals the modification mechanism of activated coal gangue on SBS modified asphalt mixture.results show that，using the activated coal gangue amount instead of mineral powder，high temperature stability of SBS modified asphalt mixture increase up to 41%，Improve the temperature sensitivity ，the mixture water stability and low temperature crack resistance increased significantly，the activated coal gangue SBS composite modified asphalt mixture fatigue life under different stress level are higher than common SBS modified asphalt mixture，the fatigue life of increase rate of 40%，after laboratory tests and physical engineering provedash equivalent substitute mineral powder was used as modifier of asphalt mixture is feasible.

[Key words]road engineering； activated coal gangue； asphalt mixture； road performance； modification mechanism

[收稿日期]2015-11-13

[作者簡(jiǎn)介]程文靜(1983-)，女，山東濰坊人，工程碩士，講師，主要從事道路橋梁方面的教學(xué)及工作。

[中圖分類號(hào)]U 414.1

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

[文章編號(hào)]1674-0610(2016)03-0232-06