石灰?guī)r中白云石對瀝青混合料性能影響研究

萬 路 吉永海 李謀玉 張吉敏 張樹領(lǐng)

(1.湖北國創(chuàng)高新材料股份有限公司 武漢 430070； 2.湖北國創(chuàng)道路工程有限公司 武漢 430070)

石灰?guī)r因其分布極廣，易于開采加工，是瀝青路面中最常用的一種石料。石灰?guī)r作為沉積巖的一種,其礦物成分是以方解石為主要成分的碳酸鹽巖,通常摻雜有白云石等其他礦物或雜質(zhì)[1]。石灰?guī)r依據(jù)其中白云石含量可分為純石灰?guī)r、含白云質(zhì)石灰?guī)r和白云質(zhì)石灰?guī)r。石灰?guī)r由于各礦物組成含量比例不同、各元素化學(xué)成分比例不同、致密程度不同等原因造成了種類多樣性,導(dǎo)致每一類石灰?guī)r其物理力學(xué)性質(zhì)差別很大[2]。

通常認(rèn)為石灰?guī)r作為一種堿性集料與瀝青黏附較好，但在實(shí)際工程中往往出現(xiàn)因?yàn)槭規(guī)r集料與瀝青黏附性差而出現(xiàn)的路面泛白現(xiàn)象，特別是在我國廣西地區(qū)，這種現(xiàn)象尤為明顯[3]。本文通過對比不同種類的石灰?guī)r礦物組成，研究其中白云石含量與其瀝青混合料路用性能關(guān)系。

1 不同石灰?guī)r的組成分析

1.1 不同石灰?guī)r的礦物組成

對同一種巖石，盡管種類相同，其礦物組成通常有所不同。由于礦物本身的硬度、解理、斷口、密度等因素，不同的礦物發(fā)揮著不同的作用[4]。為對石灰?guī)r的礦物組成開展更深入的分析，需要對礦物成分進(jìn)行檢測.通常采用X射線衍射分析(XRD)對石料進(jìn)行巖性分析。本研究選用湖北和廣西等不同地區(qū)的4種石灰?guī)r進(jìn)行分析，其礦物組成及含量結(jié)果見表1。

表1 4種不同石灰?guī)r的主要礦物組成及質(zhì)量分?jǐn)?shù) %

由表1可見，這4種石料的主要礦物成分均為方解石、石英和白云石，石灰?guī)rB中方解石含量最高，石灰?guī)rA中石英含量最高，石灰?guī)rC中白云石含量最高。

1.2 不同石灰?guī)r的化學(xué)組成

不同石灰?guī)r的組成元素基本相同，但各組合含量有所差別，致使礦物性能差別很大。本研究采用X射線熒光光譜法(XRF)對不同石料的化學(xué)組成進(jìn)行檢測，其結(jié)果以氧化物含量表示，見表2。

表2 4種不同石灰?guī)r的化學(xué)組成及含量 %

由表2可知，4種石灰?guī)r石料中，CaO含量均較高，說明石灰?guī)r中的主要成分是CaCO3。SiO2含量有高有低，但都低于52%(堿性石料SiO2含量不大于52%)，說明這4種石料都是堿性石料。石灰?guī)rC中MgO含量較高，MgO在巖石中主要存在于礦物白云石中，白云石的主要化學(xué)成分為CaMg(CO3)2，這也與石灰?guī)rC的礦物組成與含量相符。

2 不同石灰?guī)r的力學(xué)性能分析

力學(xué)性能是集料最重要的性能之一，路用粗集料的力學(xué)性能指標(biāo)主要有壓碎值和洛杉磯磨耗損失。壓碎值和洛杉磯磨耗損失越小，集料的強(qiáng)度越高。4種不同石灰?guī)r的壓碎值和磨耗損失檢測結(jié)果見表3。

表3 4種不同石灰?guī)r的壓碎值和磨耗值 %

由表3可見，4種石灰?guī)r的壓碎值和磨耗損失均能滿足規(guī)范要求，其中石灰?guī)rC的壓碎值和磨耗損失最小，表明這種石料力學(xué)強(qiáng)度較好。其原因可能為石灰?guī)rC中含有大量白云石，白云石莫氏硬度較方解石稍高，白云石的存在會(huì)使石料的強(qiáng)度得到提升。

3 不同石灰?guī)r的瀝青混合料性能分析

3.1 不同石灰?guī)r與瀝青的黏附性

集料和瀝青之間的黏附性是指瀝青薄膜在集料表面上的附著能力和抗剝落性能，更準(zhǔn)確地說是集料被瀝青薄膜包裹后，抵抗水侵蝕造成剝落的能力[5]。評價(jià)黏附性最簡單、最直接、最直觀的方法為水煮法。水煮法按瀝青膜剝落的情況分為5個(gè)等級(jí)來評定集料和瀝青的黏附性。4種不同石灰?guī)r與瀝青的黏附性檢測結(jié)果見表4。

表4 4種不同石灰?guī)r與瀝青的黏附性等級(jí)

4種石料中，石灰?guī)rC和石灰?guī)rD的黏附性等級(jí)為4級(jí)，其原因可能為這2種石料中均含有一定量的白云石。白云石與瀝青黏附性較差，集料中含有白云石會(huì)使得其與瀝青黏附性降低。

3.2 不同石灰?guī)r的瀝青混合料高溫性能

瀝青混合料高溫穩(wěn)定性是瀝青混凝土路用性能的一個(gè)重要指標(biāo),可采用車轍試驗(yàn)方法評價(jià)瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。車轍試驗(yàn)是在60 ℃條件下，以輪壓0.7 MPa的橡膠輪胎在板塊試樣上往復(fù)行走60 min，測定試件的變形和每增加1 mm變形需要碾壓行走的次數(shù)，稱為動(dòng)穩(wěn)定度。車轍深度越小，動(dòng)穩(wěn)定度越大，混合料高溫穩(wěn)定性越好。采用不同石灰?guī)r、相同AC-20級(jí)配、相同AH-70號(hào)瀝青拌和瀝青混合料，成型車轍板試件，車轍檢測結(jié)果見表5。

表5 4種不同石灰?guī)r瀝青混合料車轍試驗(yàn)結(jié)果

從表5車轍實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，石灰?guī)rA的混合料動(dòng)穩(wěn)定度最大，抗車轍性能最好，石灰?guī)r C的混合料動(dòng)穩(wěn)定度最小，高溫穩(wěn)定性最差。對比上述4種石灰?guī)r的礦物組成與動(dòng)穩(wěn)定度的關(guān)系，可以看到石料中白云石含量越多其混合料車轍動(dòng)穩(wěn)定度越低。其原因可能為白云石與瀝青黏附性較差，瀝青不容易被白云石吸附形成結(jié)構(gòu)瀝青。當(dāng)采用相同油石比時(shí)，白云石含量越高，自由瀝青越多，而過多自由瀝青的存在會(huì)使得混合料的高溫穩(wěn)定性降低。

3.3 不同石灰?guī)r的瀝青混合料水穩(wěn)定性能

一般采用浸水馬歇爾和凍融劈裂試驗(yàn)評價(jià)混合料的水穩(wěn)定性能。浸水馬歇爾穩(wěn)定度實(shí)驗(yàn)按照J(rèn)TG E20-2011 《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》T0709-2011進(jìn)行，用以模擬混合料在水的浸泡作用下，混合料性能的衰減情況。采用4種不同石灰?guī)r石料，相同AC-20級(jí)配、相同AH-70號(hào)瀝青分別拌和4組瀝青混合料并成型馬歇爾試件。4種不同石灰?guī)r混合料的浸水穩(wěn)定度結(jié)果見表6。

表6 不同石灰?guī)r瀝青混合料浸水穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果

凍融劈裂試驗(yàn)是一種在規(guī)定條件下對瀝青混合料進(jìn)行凍融循環(huán)，測定混合料試件在受到水損害前后劈裂破壞的強(qiáng)度比，以評價(jià)瀝青混合料水穩(wěn)定性的實(shí)驗(yàn)方法。4種不同石灰?guī)r混合料的凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果見表7。

表7 不同石灰?guī)r瀝青混合料凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

繪制不同石灰?guī)r瀝青混合料的水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果見圖1。

圖1 不同石灰?guī)r瀝青混合料水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果

由圖1可見，石灰?guī)rA和石灰?guī)rB的瀝青混合料水穩(wěn)定性優(yōu)于石灰?guī)rC和石灰?guī)rD。其原因?yàn)槭規(guī)rC和石灰?guī)rD中含有一定量的白云石，白云石表面光滑，其與瀝青的黏附性稍差，瀝青膜厚度也較小，從而造成混合料中石料間黏結(jié)強(qiáng)度偏低。在高溫浸水或凍融循環(huán)等嚴(yán)苛條件下，混合料更容易出現(xiàn)松散。在自然環(huán)境的日曬雨淋下，這種混合料也更容易出現(xiàn)瀝青膜剝落而形成的路面泛白現(xiàn)象。

4 結(jié)論

1) 采用水煮法測試不同石灰?guī)r與瀝青的黏附性，結(jié)果表明石灰?guī)r與瀝青的黏附性與其白云石含量有關(guān)，過多的白云石會(huì)使石料與瀝青黏附性降低。

2) 石灰?guī)r瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性與其石料中白云石含量有一定關(guān)系，白云石含量越多，混合料的抗車轍性能越低。

3) 不同石灰?guī)r的瀝青混合料水穩(wěn)定性結(jié)果與黏附性實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符，石灰?guī)r的瀝青混合料水穩(wěn)定性與其白云石含量有關(guān)，白云石含量越高，水穩(wěn)定性越差。

4) 對于含有過多白云石的石灰?guī)r石料，在工程中建議適當(dāng)采取一定的抗剝落措施，比如添加1%～2%水泥取代一部分礦粉，同時(shí)在施工過程中適當(dāng)減少膠輪碾壓遍數(shù)，防止瀝青膜被膠輪帶走。