高嶺土尾礦瀝青混合料抗腐性能試驗(yàn)與機(jī)理研究

胡超，包惠明，遲恩濤，葉騰飛，徐偉

（桂林理工大學(xué)土木與建筑工程學(xué)院，廣西 桂林 541004)

根據(jù)相關(guān)研究資料表明, 我國(guó)的瀝青路面早期破損大多都與水腐蝕有關(guān)，要有效地緩解和改善瀝青路面的早期破損必須加大對(duì)瀝青混合料抗腐蝕性能的研究。瀝青混合料中的礦粉不僅會(huì)起到填充作用, 而且還會(huì)起到膠漿作用, 礦粉和瀝青形成的瀝青膠漿會(huì)直接影響瀝青混合料的各項(xiàng)路用性能。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，每年都會(huì)消耗大量的高嶺土礦產(chǎn)資源，造成了嚴(yán)重的環(huán)境災(zāi)難，如何最大限度減少高嶺土尾礦的危害并最大效率的處理、利用高嶺土，已成為迫在眉睫的問(wèn)題[1-2]。

為了減少高嶺土廢棄物對(duì)環(huán)境的污染，化廢為寶，必須加大對(duì)高嶺土廢棄物資源的開(kāi)發(fā)利用力度, 促進(jìn)高嶺土資源的良性發(fā)展。近年來(lái)，關(guān)于高嶺土尾礦的文章鮮有報(bào)道[3-4]，取得了一定的研究成果。這些成果要么集中在水泥及水泥混凝土等無(wú)機(jī)材料的研究上，要么集中在將高嶺土尾礦摻在基質(zhì)瀝青中，對(duì)基質(zhì)瀝青進(jìn)行改性，但對(duì)于高嶺土 “干法改性”、抗水腐蝕性能等領(lǐng)域的研究相對(duì)較少、甚至沒(méi)有。本試驗(yàn)?zāi)M正是基于這樣的一個(gè)研究背景，根據(jù)國(guó)內(nèi)外利用粉煤灰、錳渣等工業(yè)廢棄物替代瀝青混合料中的石灰?guī)r礦粉配制相應(yīng)的工業(yè)廢渣礦粉瀝青混合料的研究成果, 并結(jié)合高嶺土尾礦的特點(diǎn), 利用高嶺土尾礦替代瀝青混合料中的石灰?guī)r礦粉, 開(kāi)展高嶺土尾礦瀝青混合料抗腐蝕性能研究。

1 試驗(yàn)材料與較佳瀝青用量確定

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 基質(zhì)瀝青

基質(zhì)瀝青選用中國(guó)石化股份有限公司茂名分公司所產(chǎn)的 “東海牌” 70#A 級(jí)道路石油瀝青，該瀝青25℃常溫下較硬，符合規(guī)范《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》JTGE 20-2011 的要求。

1.1.2 集料

試驗(yàn)采購(gòu)廣西某采石場(chǎng)棱角性、壓碎值較高，表面紋理較好、片狀較低的石灰?guī)r作為礦質(zhì)集料。根據(jù)《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》JTG E42-2005與《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》 JTG F40-2004 中的要求對(duì)集料進(jìn)行了10 個(gè)檔次的篩分試驗(yàn)，同時(shí)對(duì)不同檔位的石料分別進(jìn)行了測(cè)試，其結(jié)果均符合相應(yīng)技術(shù)規(guī)范。

在實(shí)驗(yàn)中所需高嶺土尾礦來(lái)自廣西南寧的高嶺土尾礦，石灰?guī)r礦粉采自廣西某礦粉廠生產(chǎn)的石灰石礦粉。其主要化學(xué)成分指標(biāo)見(jiàn)表1，石灰石礦粉技術(shù)檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

表1 原料的主要化學(xué)成分/%Table 1 Main chemical constituents of the materials

表2 石灰?guī)r礦粉技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果Table 2 Test results of technical indexes of limestone powder

試驗(yàn)采用的高嶺土尾礦主要來(lái)自于廣西南寧當(dāng)?shù)氐母邘X土礦在工業(yè)礦選后產(chǎn)生的廢棄物。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果的分析，本篇論文采用的高嶺土尾礦中，主要的礦物包括：高嶺石、伊利石、石英、沸石等等。

1.2 礦料級(jí)配設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)采用的是AC-13 連續(xù)型密級(jí)配，其關(guān)鍵性篩孔為2.36 mm，通過(guò)率要求小于40%；結(jié)合廣西區(qū)內(nèi)外表層瀝青混合料AC-13 級(jí)配控制對(duì)比表，確定AC-13 型瀝青混凝土礦料級(jí)配見(jiàn)表3。

表3 AC-13 瀝青混合料級(jí)配設(shè)計(jì)Table 3 AC-13 Asphalt mixture gradation design

1.3 瀝青膠漿配合比的確定

在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，采用m( 礦粉)：m（瀝青）=2：1 配比，高嶺土尾礦分別按質(zhì)量替代石灰?guī)r礦粉的0、25%、50%、75%、100% 進(jìn)行五組實(shí)驗(yàn)。

1.4 較佳瀝青用量的確定

試驗(yàn)采用的是茂名70#A 基質(zhì)瀝青，按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》JTGE 20-2011進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)配合比設(shè)計(jì)。試驗(yàn)采用高嶺土尾礦充當(dāng)石灰?guī)r礦粉摻加到瀝青混合料中。結(jié)合相關(guān)實(shí)例，預(yù)估4% 為普通礦粉瀝青混合料的石油比中值，按0.5% 間隔，取3% ～ 5% 五組不同石油比的試件用于瀝青混合料指標(biāo)測(cè)定。采用表干法測(cè)定壓實(shí)瀝青混合料試件的毛體積相對(duì)密度γf 和吸水率；對(duì)于普通礦粉瀝青混合料采用真空法實(shí)測(cè)瀝青混合料的較大理論相對(duì)密度γti，并由相應(yīng)公式計(jì)算摻加高嶺土尾礦充當(dāng)?shù)V粉的瀝青混合料最大理論相對(duì)密度γti。真空法按照公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》JTG E20-2011中T0711-2011的相關(guān)方法測(cè)定。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，參照相關(guān)計(jì)算公式得到普通礦粉瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果。

>表5 普通礦粉對(duì)應(yīng)的瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果Table 5 Marshall test results of asphalt mixtures corresponding to ordinary mineral powder

以普通礦粉為例確定瀝青混合料的最佳瀝青用量，根據(jù)實(shí)驗(yàn)曲線走勢(shì)，目標(biāo)空隙率為4%對(duì)應(yīng)的OAC1=4.03%，以各項(xiàng)指標(biāo)均符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的瀝青用量范圍OACmin～ OACmax的中值作為OAC2， 確 定OACmin=3.72%，OACmax=4.20%；OAC2=（3.72%+4.20%）/2=3.96%，故最佳瀝青用量OAC=（OAC1+OAC2）/2=3.99%。以同樣的方法確定不等摻量高嶺土尾礦替代石灰?guī)r礦粉的最佳瀝青用量（OAC），結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 瀝青混合料的較佳瀝青用量（OAC）結(jié)果Table 6 Optimum asphalt content (OAC) results of asphalt mixture

采用同一個(gè)級(jí)配制作成五組試件：替代石灰?guī)r礦粉占比為0、25%、50%、75%、100%。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，以AC-13 級(jí)配作為實(shí)驗(yàn)用級(jí)配，按照《公路工程瀝青混合料及瀝青混合料實(shí)驗(yàn)規(guī)程》（JTJ052-2000）和《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTGF 40-2004）中規(guī)定的方法[5-8]制作成圓柱形試件，試件尺寸為101.6×63.5 mm，試件成型后，將其放在室溫條件下干燥。

2 高嶺土尾礦膠漿的粘附性能

集料與瀝青膠漿的粘附性會(huì)直接影響到瀝青路面的抗腐蝕性能。目前傳統(tǒng)的做法是采用水煮法和水浸法來(lái)評(píng)價(jià)集料與瀝青的粘附性能，但這種方法只能定性的評(píng)價(jià)集料與瀝青的粘結(jié)是否滿足規(guī)范要求，難以定量的描述瀝青與集料的粘附性。為了定量的描述瀝青與集料間的粘附性能，本實(shí)驗(yàn)采用吸持性能試驗(yàn)來(lái)間接評(píng)價(jià)瀝青與集料間的粘附性能。

2.1 吸吸持性能試驗(yàn)

由于高嶺土是典型的硅氧四面體和氫氧八面體結(jié)構(gòu)，而且高嶺土尾礦的堿性大于石灰?guī)r礦粉，所以高嶺土尾礦的吸持能力要好于石灰?guī)r礦粉。試驗(yàn)時(shí)參照評(píng)價(jià)纖維對(duì)瀝青吸附能力的吸持試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)高嶺土代替石灰?guī)r礦粉后的吸持程度[9-10]。

試驗(yàn)步驟是: 首先將高為30 mm、篩孔直徑為0.3 mm的圓形漏斗型網(wǎng)篩放在容量為1000 mL的玻璃燒杯上。在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，稱取一定質(zhì)量的混合料放在圓形漏斗型網(wǎng)篩上，再將燒杯和網(wǎng)篩一起放進(jìn)烘箱中恒溫15 min，烘箱溫度依次設(shè)置為：140、160和170℃。恒溫時(shí)間到后，將圓形漏斗型網(wǎng)篩與燒杯一起拿出，置于室內(nèi)常溫環(huán)境下，當(dāng)網(wǎng)篩上不再滴落多余瀝青時(shí)，稱取滴落下來(lái)的瀝青質(zhì)量。計(jì)算公式為：吸持量=（開(kāi)始時(shí)的瀝青質(zhì)量- 滴落下來(lái)的瀝青質(zhì)量）/ 瀝青質(zhì)量。具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 不同高嶺土尾礦摻量下瀝青膠漿吸持量的變化情況Table 7 Variation of asphalt mortar holdup under different kaolin tailings

從表7 可以看出，高嶺土尾礦替代石灰?guī)r礦粉可以有效的改善普通石灰?guī)r礦粉對(duì)瀝青的吸附能力。在一定條件下，隨著替代量的增加，其對(duì)瀝青的吸附能力也在不斷增加；在140、160 和170℃，高嶺土尾礦替代石灰?guī)r礦粉量小于50%時(shí)，礦粉對(duì)瀝青的吸附能力提升較快。當(dāng)高嶺土尾礦替代量大于50% 時(shí)，提高速度明顯放緩。另外，隨著溫度的升高，礦粉對(duì)瀝青的吸附能力也呈現(xiàn)出放緩的趨勢(shì)。

2.2 高嶺土尾礦提高瀝青膠漿的粘附性能機(jī)理

在瀝青混合料中，礦粉小顆粒表面存在著帶電粒子，這種帶電粒子會(huì)對(duì)瀝青中的有機(jī)官能團(tuán)產(chǎn)生吸附和牽引作用，從而形成一層具有一定厚度、高度黏性的瀝青膜。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，由于高嶺土是一種高活性材料，在高嶺土尾礦表面會(huì)聚集比石灰?guī)r礦粉更多的帶電粒子。吸持實(shí)驗(yàn)中，在其他條件都相同的條件下，隨著高嶺土替代石灰?guī)r礦粉量的增加，高嶺土尾礦對(duì)瀝青材料中極性成分的吸附作用和牽引作用也在增大，從而增大高嶺土尾礦的吸持量。當(dāng)溫度升高到一定程度后，由于瀝青的流動(dòng)性不斷增加、高嶺土尾礦對(duì)瀝青材料極性成分的吸附和牽引作用導(dǎo)致瀝青膜的厚度減小，瀝青膜外部瀝青在自身重力作用下會(huì)脫離瀝青膜，發(fā)生剝落[11]。

3 高嶺土尾礦瀝青混合料的抗腐蝕性

眾所周知，水腐蝕性是瀝青路面的主要病害之一，它在很大程度上會(huì)影響到路面的使用性能。當(dāng)然，它主要是指瀝青混合料在雨水環(huán)境中，在路面荷載的作用下，瀝青混合料空隙中不斷產(chǎn)生動(dòng)水壓力，水分逐漸侵蝕瀝青與集料的接觸界面，使得瀝青集料中的瀝青薄膜與集料發(fā)生剝離，從而引發(fā)瀝青混合料的結(jié)構(gòu)性破壞。瀝青混合料抵抗水腐蝕的能力，我們稱為水穩(wěn)定性。就目前而言，國(guó)內(nèi)外評(píng)價(jià)瀝青混合料的抗腐蝕性主要通過(guò)浸水馬歇爾試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)、浸水車轍試驗(yàn)等方法來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)瀝青混合料的水穩(wěn)定性。本文的試驗(yàn)主要采用浸水馬歇爾和凍融劈裂試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)瀝青混合料的抗腐蝕性。試驗(yàn)利用高嶺土尾礦按0、25%、50%、75%、100% 替代粒徑小于0.075 mm的礦料級(jí)配制AC-13型瀝青混合料試件進(jìn)行試驗(yàn)。

3.1 高嶺土尾礦瀝青混合料浸水馬歇爾試驗(yàn)

按照J(rèn)TGE20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》中的方法成型不同高嶺土摻量的瀝青馬歇爾試件，分別對(duì)不等摻量高嶺土尾礦的馬歇爾試件進(jìn)行馬歇爾穩(wěn)定度、浸水馬歇爾穩(wěn)定度、凍融劈裂強(qiáng)度的測(cè)定，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表8 ～ 9。

>表8 高嶺土尾礦瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度及流值試驗(yàn)結(jié)果Table 8 Marshall Stability and Flow Value Test of Kaolin Tailings Asphalt Mixture

表9 高嶺土尾礦瀝青混合料浸水馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果 Table 9 Marshall stability test results of Kaolin Tailings asphalt mixture immersed in water

由表9 可知，將高嶺土尾礦當(dāng)做礦粉摻加到瀝青混合料中去能夠有效的提高瀝青混合料的抗腐蝕性能。當(dāng)高嶺土尾礦的的替代量小于75% 時(shí)，瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度和48 h 浸水馬歇爾穩(wěn)定度隨著高嶺土尾礦替代量的增加而增加。但是，當(dāng)高嶺土尾礦替代量大于75% 時(shí)，隨著高嶺土尾礦替代量的繼續(xù)加大，瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度增長(zhǎng)速度卻略有降低。

3.2 高嶺土尾礦瀝青混合料凍融劈裂試驗(yàn)

瀝青混合料的凍融劈裂是真實(shí)模擬瀝青混合料在使用過(guò)程中受外界雨水等因素作用下的試驗(yàn)。從理論上來(lái)說(shuō)，它能夠反映寒冷地區(qū)瀝青路面的實(shí)際工作環(huán)境，但不是北方地區(qū)路面的實(shí)際情況。為了最大限度的模擬瀝青路面受雨水等外界侵蝕的作用，在本篇文章的實(shí)驗(yàn)中，采用了模擬酸雨的方法進(jìn)行試驗(yàn)。參考相關(guān)的研究成果，本試驗(yàn)將制作成型的試件放置于提前配制好的酸雨溶液中進(jìn)行浸泡（pH=4.0），以此來(lái)探究高嶺土尾礦瀝青混合料的抗腐蝕性能。試驗(yàn)?zāi)M酸雨環(huán)境來(lái)測(cè)試高嶺土礦粉瀝青混合料的抗腐蝕性能，試驗(yàn)進(jìn)行中按照J(rèn)TJ052-2000 的規(guī)范進(jìn)行操作，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表10。

表10 高嶺土尾礦瀝青混合料凍融循環(huán)劈裂試驗(yàn)結(jié)果Table 10 Test results of freeze-thaw cyclic splitting of kaolin tailings asphalt mixture

由表10 可以看出，與普通石灰?guī)r礦粉瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度相比，高嶺土尾礦以礦粉的形式摻加到瀝青混合料中后可以顯著提高瀝青混合料的抗腐蝕性能。以較佳摻量高嶺土代替普通石灰?guī)r礦粉的75% 為例，摻加高嶺土后，其馬歇爾穩(wěn)定度、浸水馬歇爾穩(wěn)定度、凍融劈裂強(qiáng)度比，相比較于普通石灰?guī)r礦粉從8.41、6.14、61.11% 提高到15.75、15.01、86.52%，增大幅度約為1.87、2.44、1.42 倍，表明摻加高嶺土代替普通石灰?guī)r礦粉可以明顯提高瀝青混合料的抗腐蝕性能。當(dāng)然，摻加高嶺土能夠改善瀝青混合料抗腐蝕性能的主要原因在于：高嶺土具有粒徑小、比表面積大的特點(diǎn)，有利于和瀝青中的小顆粒結(jié)合，從而增大瀝青膜的厚度、增大瀝青的粘度、提高瀝青混合料的抗腐蝕性能。此外，高嶺土是典型的硅氧四面體和氫氧八面體結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)能夠形成六方排列的網(wǎng)格層、可以增加瀝青與集料之間的結(jié)合力，有效改善瀝青膠漿與集料的粘附性和裹附性，使得摻加高嶺土尾礦的瀝青混合料具有更穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)。

4 高嶺土尾礦對(duì)提高路面抗腐蝕性的機(jī)理分析

當(dāng)高嶺土尾礦在瀝青混合料中存在時(shí)，會(huì)出現(xiàn)三種狀態(tài)[12-14]。首先，高嶺土尾礦與瀝青會(huì)形成高粘度的瀝青- 礦粉膠漿，這種瀝青- 礦粉膠漿可以將集料很好的粘結(jié)在一起，形成瀝青基復(fù)合材料；其次，填充集料空隙骨架的自由高嶺土尾礦可以為大顆粒骨架之間的接觸創(chuàng)造條件；最后，結(jié)團(tuán)作用的多余自由高嶺土尾礦會(huì)影響瀝青混合料的力學(xué)性能。由于我們摻進(jìn)去的高嶺土尾礦是一種堿性礦粉，它首先會(huì)與瀝青形成高粘度的高嶺土- 瀝青膠漿，隨著高嶺土尾礦替代普通礦粉量的增大，就會(huì)有一些不能夠與瀝青形成高粘度的高嶺土- 瀝青膠漿，于是，這些高嶺土尾礦就充當(dāng)了填充骨料空隙的角色。在填充作用結(jié)束后，還會(huì)存在少量結(jié)團(tuán)作用的自由高嶺土尾礦，這些結(jié)團(tuán)作用的自由高嶺土尾礦會(huì)形成瀝青混合料薄弱的接觸面，易誘發(fā)多種病害，但高嶺土作為一種活性尾礦，隨著時(shí)間的推移，高嶺土的活性被激發(fā)，對(duì)瀝青混合料的整體性能不會(huì)產(chǎn)生太大的影響。

在高嶺土尾礦瀝青混合料的標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)高嶺土尾礦的替代量大于最佳含量時(shí)，高嶺土尾礦瀝青混合料的標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾穩(wěn)定度反而會(huì)有所下降，這是因?yàn)楦邘X土尾礦瀝青混合料中有了結(jié)團(tuán)作用的自由高嶺土尾礦，所以瀝青混合料的標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾穩(wěn)定度略有下降。在浸水馬歇爾實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)高嶺土尾礦的替代量大于較佳含量時(shí)，高嶺土尾礦瀝青混合料的穩(wěn)定度還會(huì)上升，這主要是高嶺土尾礦中的活性物質(zhì)遇水后還會(huì)繼續(xù)發(fā)生水化反應(yīng)，增大了瀝青與集料之間的粘結(jié)能力、提高了瀝青混合料的穩(wěn)定性。

在凍融劈裂試驗(yàn)中，由于結(jié)團(tuán)作用的自由高嶺土尾礦會(huì)發(fā)生水化反應(yīng)，使得高嶺土尾礦瀝青混合料在干燥狀態(tài)和凍融狀態(tài)下的劈裂抗拉強(qiáng)度都會(huì)隨著高嶺土尾礦替代量的增大而增大。而酸雨中的硫酸根離子和硝酸根離子會(huì)起到催化劑的作用、加速高嶺土尾礦的水化，所以高嶺土尾礦瀝青混合料的抗腐蝕性能整體上較好。但同一替代量下的高嶺土尾礦瀝青混合料試件的凍融劈裂抗拉強(qiáng)度卻小于干燥狀態(tài)下的高嶺土尾礦瀝青混合料試件，這主要是由于高嶺土尾礦瀝青混合料試件的內(nèi)部存在一定的空隙，在凍融作用下，高嶺土尾礦瀝青混合料內(nèi)部受毛細(xì)水結(jié)冰、體積膨脹的影響，使得高嶺土尾礦瀝青混合料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞，從而降低了高嶺土尾礦瀝青混合料的劈裂抗拉強(qiáng)度。

為了更加清楚的說(shuō)明高嶺土尾礦瀝青混合料的抗腐蝕性能，本文還采用了電鏡掃描和差示量熱掃描進(jìn)行分析。

4.1 電鏡掃描分析

為了分析的方便，取出了高嶺土尾礦替代普通石灰?guī)r礦粉為75% 的高嶺土尾礦瀝青混合料試件和普通石灰?guī)r礦粉試件在放大倍數(shù)為3000 倍時(shí)的微觀照片，從圖片中可以清楚的看見(jiàn)，摻加75% 的高嶺土尾礦瀝青混合料試件中有大量的絮凝狀、纖維狀結(jié)構(gòu)，它從某種角度上增強(qiáng)了混合料中顆粒與顆粒之間的粘結(jié)能力。一方面，這是由于摻加進(jìn)去的高嶺土是典型的硅氧四面體和氫氧八面體結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)能夠形成六方排列的網(wǎng)格層，使得摻加高嶺土尾礦的瀝青混合料試件具有穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，具有較強(qiáng)的耐腐蝕能力，所以從宏觀上我們看到摻加高嶺土尾礦的試件明顯比沒(méi)的有摻加高嶺土試件的抗腐蝕性能要好；另一方面，摻加75% 高嶺土尾礦試件后形成的這種纖維狀結(jié)構(gòu)可以增強(qiáng)瀝青薄膜的厚度，并防止NaCI、CaCI2、MgCI2和KCI 等腐蝕性成分進(jìn)入到混合料的內(nèi)部，緩解對(duì)混合料的侵蝕作用，這也就解釋了：摻加高嶺土尾礦能夠提高瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度、浸水馬歇爾穩(wěn)定度、凍融劈裂強(qiáng)度比的原因，從而提高了高嶺土尾礦瀝青混合料的抗腐蝕性。

然而，對(duì)于普通礦粉的瀝青混合料試件，其表面被酸性成分侵蝕的疏松多孔，這主要是因?yàn)闉r青薄膜破裂后， NaCI、CaCI2、MgCI2和KCI等腐蝕性成分與石油瀝青中的飽和分、芳香分、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)等主要成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使得石油瀝青中的芳香烴物質(zhì)被氧化、活性基團(tuán)被腐蝕。這種反應(yīng)將大大折減石油瀝青材料與石灰?guī)r集料間的握裹能力，最終將導(dǎo)致瀝青從集料表面脫落。普通石灰?guī)r礦粉瀝青混合料試件的表面被破壞后，腐蝕性物質(zhì)會(huì)沿著裂縫繼續(xù)下滲，破壞瀝青混合料的組成，減弱瀝青與集料間的粘結(jié)力，降低瀝青混合料的強(qiáng)度與穩(wěn)定性。

圖1 電鏡掃描照片F(xiàn)ig. 1 Electron microscopic scanning photograph

4.2 差示掃描量熱分析

試驗(yàn)所用儀器為德國(guó)生產(chǎn)的ZetzsehDSC 204，速率為10℃/min，氮?dú)饬魉贋?0mL/min,測(cè)量起始溫度為-100℃，結(jié)束溫度為150℃。瀝青同高分子材料一樣，隨著溫度的升高會(huì)出現(xiàn)相態(tài)上的變化，在DSC 曲線上體現(xiàn)為波峰的產(chǎn)生。然而與高分子材料不同的是：由于瀝青是眾多組分組成的混合物，而不同組分的相態(tài)轉(zhuǎn)化溫度并不相同，所以普通礦粉瀝青試件在DSC 曲線上表現(xiàn)出的是多組分相態(tài)轉(zhuǎn)變峰的一個(gè)重疊峰。樣品的DSC 曲線見(jiàn)圖2（圖2 中HF 為熱流，t 為溫度）。

圖2 樣品的DSC 曲線Fig. 2 DSC curve of sample

從表面化學(xué)的角度來(lái)看，高嶺土尾礦瀝青混合料試件對(duì)馬歇爾穩(wěn)定度、浸水馬歇爾穩(wěn)定度、凍融劈裂強(qiáng)度等指標(biāo)的改善過(guò)程不僅僅是一個(gè)簡(jiǎn)單的共混過(guò)程，同時(shí)對(duì)瀝青自身性質(zhì)也是一個(gè)改變。它主要表現(xiàn)為：在瀝青混合料中加入了與瀝青相容性較好的大分子無(wú)機(jī)物高嶺土尾礦后，瀝青材料通過(guò)溶脹作用，使得瀝青材料的原有組成成分發(fā)生了重組，原有的膠體平衡被打破，新的膠體平衡被建立，高嶺土尾礦在瀝青混合料中形成了一種彈性較強(qiáng)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)使得瀝青具有了更好的彈塑性，改善了瀝青的性能。從圖2 可以分析得出：（1）經(jīng)高嶺土尾礦替代后，瀝青的吸熱峰得到了降低；（2）普通礦粉瀝青混合料試件與高嶺土尾礦瀝青混合料試件從玻璃態(tài)到粘彈態(tài)、從粘彈態(tài)到粘流態(tài)的過(guò)程，以及從它的吸熱量、峰值溫度、峰寬度可以看出，75% 摻量的高嶺土尾礦瀝青混合料試件的吸熱量減少、峰值溫度提高、沒(méi)有新的吸熱峰產(chǎn)生、特征吸熱峰的位置沒(méi)有出現(xiàn)明顯位移，這也就充分說(shuō)明了高嶺土尾礦瀝青混合料沒(méi)有新的官能團(tuán)產(chǎn)生。與此同時(shí)，由于摻加75% 的高嶺土尾礦瀝青混合料試件的流變性得到控制、感溫性得到降低，所以高嶺土尾礦瀝青混合料試件的穩(wěn)定性得到了增強(qiáng)。這也就解釋了摻加75% 高嶺土尾礦瀝青混合料試件的抗腐蝕性相比較于普通石灰?guī)r礦粉瀝青混合料試件更加穩(wěn)定的原因。差示量熱掃描分析得出的結(jié)論與前面電鏡掃描分析得出的結(jié)論是一致的。

5 結(jié) 論

(1) 本文利用高嶺土尾礦代替普通石灰?guī)r礦粉制備出的高嶺土- 瀝青膠漿可以很好地提高瀝青的粘附性能，從而能夠很好地提高瀝青混合料的抗腐蝕性能；

(2) 根據(jù)本文的試驗(yàn)研究，得出了能夠有效提高瀝青混合料抗腐蝕性能的最佳高嶺土尾礦替代量為75% 時(shí)，瀝青混合料性能最好的結(jié)論；

(3) 利用高嶺土尾礦代替普通石灰?guī)r礦粉形成的高嶺土尾礦瀝青混合料能夠顯著的改善馬歇爾穩(wěn)定度、浸水馬歇爾穩(wěn)定度、凍融劈裂強(qiáng)度等指標(biāo)，為后續(xù)的研究奠定了基礎(chǔ)、提供了依據(jù)；

(4）本研究?jī)H對(duì)高嶺土尾礦瀝青混合料的標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾穩(wěn)定度、浸水馬歇爾穩(wěn)定度、凍融劈裂強(qiáng)度等指標(biāo)進(jìn)行了研究，還應(yīng)當(dāng)完善對(duì)高嶺土尾礦瀝青混合料常規(guī)性能的研究工作，并將相關(guān)的研究成果應(yīng)用于實(shí)際的道路工程中。本研究不但為推廣高嶺土尾礦作為一種改性劑打開(kāi)了新思路、為拓寬改性材料的選擇、設(shè)計(jì)施工等標(biāo)準(zhǔn)的制定提供了參考，而且為解決高嶺土尾礦礦選后產(chǎn)生的固體廢棄料難題以及資源再利用、延伸產(chǎn)業(yè)鏈等方面提供了新途徑。