氣孔玄武巖超薄罩面瀝青路面降溫效果和性能研究

張 楠，范群保，鄭南翔

(1.合肥學(xué)院城市建設(shè)與交通學(xué)院，合肥 230601；2.中交基礎(chǔ)設(shè)施養(yǎng)護(hù)集體有限公司，北京 100011； 3.長安大學(xué)特殊地區(qū)公路工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710064)

0 引 言

瀝青路面具有表面平整、行車舒適性好、噪音小、施工周期短、養(yǎng)護(hù)維修簡單、可再生利用等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為城市中主要的路面形式。但是由于瀝青路面屬于黑色感溫性材料，夏季瀝青路面吸收大量的熱量，表面溫度升高，會(huì)形成如下問題：一是夏季瀝青路面溫度升高，加上車輛荷載的共同作用，容易出現(xiàn)車轍性病害[1-3]；二是瀝青路面夜晚釋放熱量會(huì)使城市溫度顯著增加，造成城市熱島效應(yīng)問題，增加能耗。為了解決上述問題，很多學(xué)者開始研究瀝青路面降溫技術(shù)，目前使用最廣泛的是熱反射涂層和熱阻路面技術(shù)，熱反射技術(shù)一般采用具有反射功能的涂層材料，涂刷于瀝青路面表面，馮德成等[4]、鄭木蓮等[5]、唐伯明等[6]對(duì)熱反射涂層的降溫性能和抗滑效果進(jìn)行研究，研究發(fā)現(xiàn)熱反射涂層可以降低瀝青路面溫度12 ℃以上，但降溫效果隨著老化時(shí)間的延長而降低，抗滑效果相對(duì)較差，且反射涂層容易被車輛輪胎磨耗掉，影響使用性能。熱阻路面一般采用導(dǎo)熱系數(shù)較低的粗骨料替換普通骨料，如陶瓷廢料、陶粒、膨脹蛭石和煅燒鋁礬石等。Feng等[7]和錢振東等[8]分析了陶瓷廢料作為瀝青混合料阻熱骨料的可行性，研究結(jié)果表明，為滿足路用性能要求，陶瓷廢料的摻量不宜超過集料總體積的40%，陶瓷廢料用于混合料有良好的降溫效果；長安大學(xué)鄒玲等[9]以導(dǎo)熱系數(shù)較低的陶粒替換普通集料研發(fā)了熱阻式薄層罩面瀝青混合料SMA-10，取得了明顯的降溫效果；楊風(fēng)雷[10]研究發(fā)現(xiàn)蛭石的強(qiáng)度低，只能替代細(xì)集料，高溫穩(wěn)定性較差，李彩霞等[11]對(duì)煅燒鋁礬石替換普通集料后AC-13和SMA-13瀝青混合料路用性能和降溫性能進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)煅燒鋁礬石的加入降低了混合料的水穩(wěn)定性。

國內(nèi)外熱阻路面研究雖然取得一定成效，但是也存在一些的問題：廢舊陶瓷作為阻熱集料破碎后針片狀嚴(yán)重，其與瀝青的黏附性較差；陶粒的加入增加了混合料瀝青用量，且提高了路面表面溫度；膨脹蛭石混合料高溫性能極差；煅燒鋁礬石對(duì)混合料水穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。因此有必要研究一種新型熱阻瀝青混合料。氣孔狀玄武巖為斑狀氣孔構(gòu)造，摩爾硬度為5～8，密度1.5～1.6 g/cm3，在地殼中分布廣泛，過去多用在水泥混凝土中作為建筑輕質(zhì)骨料，在減重、隔熱、隔音方面已經(jīng)取得良好的效果。氣孔玄武巖堅(jiān)硬的材質(zhì)和同瀝青良好的黏附性為其應(yīng)用在瀝青路面上提供了可能性[12]，目前氣孔玄武巖用于瀝青路面上的研究較少。因此，本文選用氣孔玄武巖作為熱阻材料，并采用NovaChip Type-B半開孔隙瀝青混合料來加大熱阻效果，采用自主研發(fā)的室內(nèi)模擬太陽輻射測(cè)試系統(tǒng)，研究不同氣孔玄武巖摻加量下的瀝青混合料的降溫效果，并通過其熱物性能、高溫穩(wěn)定度、低溫性能、水穩(wěn)定性、力學(xué)性能、飛散性能和抗滑性能得出較為適宜的摻配比例，結(jié)合熱傳導(dǎo)機(jī)理，分析氣孔玄武巖瀝青混合料的熱阻機(jī)理。

圖1 氣孔玄武巖實(shí)物圖Fig.1 Physical picture of porous basalt

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 原材料

瀝青選用SBS I-C改性瀝青、70#基質(zhì)瀝青和SBR改性乳化瀝青，粗集料種類選用兩種，一種為普通玄武巖，另一種為氣孔玄武巖，如圖1所示。細(xì)集料為普通玄武巖，礦粉為石灰?guī)r，瀝青和集料技術(shù)指標(biāo)分別如表1、表2和表3所示。當(dāng)粗集料為普通玄武巖時(shí)，AC-13型瀝青混合料采用70#基質(zhì)瀝青，NovaChip Type-B型瀝青混合料選用SBS I-C改性瀝青，經(jīng)過配合比設(shè)計(jì)，其合成級(jí)配如表4所示。

表1 瀝青技術(shù)指標(biāo)Table 1 Technical properties of asphalt

表2 SBR改性乳化瀝青指標(biāo)Table 2 Technical properties of SBR modified emulsified asphalt

表3 集料技術(shù)指標(biāo)Table 3 Technical properties of aggregate

表4 瀝青混合料合成級(jí)配(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Table 4 Synthetic gradation of asphalt mixture (mass fraction)

1.2 氣孔玄武巖摻配方法

由于氣孔玄武巖密度約為玄武巖密度的0.6倍，相同質(zhì)量的氣孔玄武巖體積約為玄武巖2倍。粗細(xì)集料體積比例的改變破壞了原有級(jí)配結(jié)構(gòu)，對(duì)混合料路用性能產(chǎn)生影響。因此，采用體積質(zhì)量轉(zhuǎn)換法，即將級(jí)配設(shè)計(jì)得到的配合比作為各粒徑集料的體積配合比，集料替換公式如式(1)所示。本文選擇0%、25%、50%和75%四種氣孔玄武巖比例等體積替換玄武巖粗集料，采用NovaChip Type-B混合料級(jí)配，并確定其最佳油石比分別為5.2%、5.7%、6.3%和7.6%。

(1)

式中：Pmi為集料的質(zhì)量配合比，%；Pvi為集料的體積配合比，%；γi為集料的毛體積相對(duì)密度，g/cm3。

1.3 雙層車轍板成型方法

首先采用普通車轍板試模成型30 cm×30 cm×5 cm的AC-13瀝青混合料車轍板，待冷卻24 h后，脫模，然后將5 cm厚車轍板放入特制的30 cm×30 cm×7 cm的車轍板試模中，在車轍板上表面均勻撒布一層SBR改性乳化瀝青黏層油，其用量為0.4 L/m2，待乳化瀝青破乳水分蒸發(fā)后，分別采用0%、25%、50%和75%體積摻量替代下的氣孔玄武巖集料，在其上部成型厚度為2 cm的NovaChip Type-B瀝青混合料，待冷卻24 h后，脫模。

1.4 試驗(yàn)方案

(1)降溫效果性能測(cè)試

分別在雙層車轍板試件兩側(cè)側(cè)邊中心位置上表面、距離上表面2 cm和底面7 cm處鉆孔以插入溫度傳感器測(cè)針，如圖2所示。采用課題組自制的室內(nèi)太陽輻射模擬測(cè)試系統(tǒng)，如圖3和圖4所示，調(diào)節(jié)內(nèi)部環(huán)境箱濕度為80%，溫度調(diào)節(jié)至25 ℃，試件保溫3 h，打開碘鎢燈輻射光源調(diào)節(jié)至890～910 W/m2，每0.5 h測(cè)試一次，輻射測(cè)試7 h，同時(shí)測(cè)量兩組平行試驗(yàn)的試件，并采集各層溫度。

(2)氣孔玄武巖瀝青混合料路用性能測(cè)試

路用性能按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20—2011)中的車轍試驗(yàn)、小梁彎曲試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)、單軸壓縮試驗(yàn)和肯塔堡飛散試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

(3)熱物性參數(shù)測(cè)試

為了研究氣孔玄武巖瀝青混合料的熱物性參數(shù)，采用瑞典Hot Disk TPS2500S型導(dǎo)熱系數(shù)儀[13-14]測(cè)試其熱物性參數(shù)。試件尺寸為φ101.6 mm ×63.5 mm的標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件，然后將試件沿橫向切面切割成兩個(gè)對(duì)稱圓柱體，每個(gè)測(cè)試試件的尺寸為φ101.6 mm×31.75 mm，將測(cè)試面用打磨機(jī)打磨，確保切面平整、光滑和干凈，測(cè)試前將試件在20 ℃下的環(huán)境箱中保溫4 h。

圖2 試件測(cè)溫位置Fig.2 Temperature measurement position of the specimen

圖3 室內(nèi)模擬太陽輻射測(cè)試系統(tǒng)示意圖Fig.3 Schematic diagram of indoor simulated solar radiation testing system

圖4 試驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)物圖Fig.4 Physical diagram of the test system

2 結(jié)果與討論

2.1 降溫效果性能

對(duì)氣孔玄武巖體積替換比例分別為0%、25%、50%和75%(體積分?jǐn)?shù),下同)的雙層車轍板試件進(jìn)行室內(nèi)熱輻射試驗(yàn)，每0.5 h采集一次溫度數(shù)據(jù)，雙層車轍板表面、2 cm處和7 cm層位處試件的溫度變化規(guī)律如圖5和表5所示。

圖5 不同層位處試件的溫度變化規(guī)律Fig.5 Temperature variation law of the specimen at different layers

表5 不同氣孔玄武巖摻量下的超薄罩面瀝青混合料的降溫效果Table 5 Cooling effect of ultra-thin overlay asphalt mixture with different proportion of stomatal basalt

由圖5和表5可知：隨著氣孔玄武巖摻量的增加，車轍板試件的上表面溫度逐漸升高，表面升溫速率由快到慢的順序?yàn)?5%>50%>25%>0%，這是由于隨著氣孔玄武巖摻量增加，瀝青混合料的導(dǎo)熱系數(shù)降低，熱阻性能提高，阻止熱量向下傳遞，從而使試件表面溫度升高；相比較于0%氣孔玄武巖摻量的瀝青混合料，25%、50%和75%摻量下距離試件表面2 cm處最大降溫分別為2.0 ℃、4.2 ℃和5.9 ℃，這表明隨著氣孔玄武巖摻量的增加，導(dǎo)熱系數(shù)降低，阻止了熱量向路面內(nèi)部傳遞，從而使車轍板試件內(nèi)部的溫度降低，說明氣孔玄武巖瀝青混合料具有一定的降溫效果；當(dāng)氣孔玄武巖摻量為50%時(shí)，2 cm和7 cm位置上的測(cè)試的最高溫度均小于75%摻量，說明在50%氣孔玄武巖摻量下，瀝青混合料的降溫效果最好；當(dāng)氣孔玄武巖摻量達(dá)到75%時(shí)，距離試件表面2 cm處的溫度較50%摻量時(shí)有所升高，這是由于摻量過大，瀝青用量過多，氣孔玄武巖瀝青混合料吸熱過多，此時(shí)瀝青用量對(duì)溫度的影響已經(jīng)超過氣孔玄武巖對(duì)溫度的影響，說明為保證氣孔玄武巖瀝青混合料有足夠的降溫效果，氣孔玄武巖的摻量不宜過高。相比較于0%氣孔玄武巖摻量的瀝青混合料，25%、50%和75%摻量下試件底面(距離試件表面7 cm處)最大降溫分別為2.4 ℃、5.1 ℃和6.6 ℃，這表明在鋪筑了氣孔玄武巖罩面后，原瀝青路面溫度明顯降低，可以有效阻止路面車轍病害的產(chǎn)生。當(dāng)氣孔玄武巖摻量達(dá)到75%時(shí)，其降溫效果受到瀝青用量增加的影響而有所降低，不利于減少原路面的車轍病害。根據(jù)不同氣孔玄武巖摻量的混合料降溫性能，隨著氣孔玄武巖摻量的增加，混合料降溫效果提升，而氣孔玄武巖體積摻量為50%左右時(shí)，試件在2 cm和7 cm深處溫度最低，降溫效果最好。

2.2 高溫穩(wěn)定性試驗(yàn)

對(duì)不同氣孔玄武巖體積摻配比例的雙層車轍板試件進(jìn)行車轍試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

由表6可知，隨著氣孔玄武巖摻量的增加，瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度先增加后減少，其中摻量為25%、50%和75%的氣孔玄武巖較0%摻量下的動(dòng)穩(wěn)定度分別增加了23.0%、29.4%和1.5%。氣孔玄武巖摻量的增加可以適當(dāng)提高瀝青混合料的高溫性能，這是由于一方面隨著氣孔玄武巖摻量的增加，其孔隙吸附瀝青的用量增加，在氣孔玄武巖表面包裹一層瀝青，增加了氣孔玄武巖的強(qiáng)度，另一方面氣孔玄武巖顆粒表面空隙較大，粗糙度較大，少量的氣孔玄武巖在瀝青混合料中，增加了集料之間的嵌擠能力，提高了高溫穩(wěn)定性。但當(dāng)氣孔玄武巖摻量大于50%時(shí)，其高溫穩(wěn)定性受瀝青用量及氣孔玄武巖材料本身強(qiáng)度的影響較大，因此混合料動(dòng)穩(wěn)定度呈現(xiàn)顯著降低的趨勢(shì)。

2.3 低溫性能試驗(yàn)

低溫性能是指瀝青混合料在低溫條件下抵抗低溫收縮開裂的能力，我國主要通過低溫彎曲試驗(yàn)的最大彎拉應(yīng)變指標(biāo)來評(píng)價(jià)。試驗(yàn)儀器采用小梁彎曲試驗(yàn)儀，試驗(yàn)溫度為(-10±0.5) ℃，加載速率為50 mm/min。試驗(yàn)結(jié)果如表7所示。

表7 低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果Table 7 Low temperature bending test results

由表7可知，隨著氣孔玄武巖摻量的增加，瀝青混合料抗彎拉強(qiáng)度和彎曲勁度模量逐漸降低，最大彎拉應(yīng)變有略微上升的趨勢(shì)，其中25%、50%和75%摻量下的混合料最大彎拉應(yīng)變較0%摻量分別提高了0.6%、1.7%和2.9%。試驗(yàn)結(jié)果表明氣孔玄武巖摻加不會(huì)對(duì)混合料低溫抗裂性能產(chǎn)生不利影響，反而會(huì)略微提高其低溫抗裂性能。摻加氣孔玄武巖后，瀝青用量增加，瀝青混合料韌性增強(qiáng)，導(dǎo)致其最大彎拉應(yīng)變逐漸增加，低溫抗裂性能逐漸提高；而混合料抗彎拉強(qiáng)度和彎曲勁度模量隨氣孔玄武巖摻量增加而逐漸降低，這與瀝青用量增加以及氣孔玄武巖本身強(qiáng)度較普通玄武巖低密切相關(guān)。

2.4 水穩(wěn)定性能試驗(yàn)

水穩(wěn)定性能試驗(yàn)主要通過殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)與凍融劈裂試驗(yàn)來評(píng)價(jià)瀝青混合料的水穩(wěn)定性能。殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果和凍融劈裂強(qiáng)度比(TSR)試驗(yàn)結(jié)果分別如圖6、圖7所示。

圖6 殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果Fig.6 Residue stability test results

圖7 凍融劈裂強(qiáng)度比試驗(yàn)結(jié)果Fig.7 Test results of freeze-thaw tensile strength ratio

由圖6和圖7可知：

(1)隨著氣孔玄武巖摻量的增加，30 min下和48 h下的瀝青混合料穩(wěn)定度先增加后減小，在氣孔玄武巖摻量達(dá)到50%時(shí)，達(dá)到最大值。試驗(yàn)結(jié)果與動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果比較基本相似：說明當(dāng)氣孔玄武巖摻量小于50%時(shí)，由于氣孔玄武巖的加入瀝青用量增加，瀝青包裹在玄武巖集料表面，增加了其與普通骨料之間的嵌擠力，增加了高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性的絕對(duì)值；當(dāng)玄武巖摻量過大時(shí)，其穩(wěn)定度顯著較低，是氣孔玄武巖的強(qiáng)度相對(duì)較低造成的。

(2)隨著氣孔玄武巖摻量的增加，未經(jīng)過凍融循環(huán)試件的劈裂強(qiáng)度相差不大，其中當(dāng)氣孔玄武巖摻量為25%時(shí)，其劈裂強(qiáng)度較普通混合料略微增加，這是由于氣孔玄武巖表面粗糙有氣孔，少量氣孔玄武巖的加入增加了瀝青用量，且增加了其與普通骨料之間的嵌擠力，增加了強(qiáng)度。經(jīng)過凍融循環(huán)試件的劈裂強(qiáng)度隨著氣孔玄武巖摻量的增加而降低，這是由于氣孔玄武巖內(nèi)部連通的空隙較多，水分容易進(jìn)入到混合料內(nèi)部，加上結(jié)冰凍脹作用和凍融作用，致使混合料劈裂強(qiáng)度下降。

(3)隨著氣孔玄武巖摻量的增加，混合料的殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度比逐漸降低，表明較大空隙級(jí)配摻加多孔玄武巖后，一方面由于多孔集料孔隙的毛細(xì)作用，水分更加容易通過孔隙進(jìn)入瀝青與集料之間，造成集料易從瀝青表面剝落，另一方面半開孔隙瀝青混合料的空隙率大于10%以上，水分容易進(jìn)入混合料內(nèi)部使部分瀝青脫落，導(dǎo)致混合料水穩(wěn)定性降低。

(4)對(duì)殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度比進(jìn)行多項(xiàng)式回歸分析，殘留穩(wěn)定度的回歸方程為y=8×10-5x3-0.012 2x2+0.189 3x+89.2，相關(guān)系數(shù)R2=1，氣孔玄武巖摻量為30%時(shí)混合料殘留穩(wěn)定度為86.1%；凍融劈裂強(qiáng)度比的回歸方程為y=7.9×10-5x3-0.011 1x2+0.088x+85.35，相關(guān)系數(shù)R2=1氣孔玄武巖摻量為30%時(shí)混合料凍融劈裂強(qiáng)度比為80.2%，兩者仍然能夠滿足規(guī)范要求。在摻量大于30%后，水穩(wěn)定性迅速下降，且已經(jīng)不能滿足我國規(guī)范要求，所以氣孔玄武巖摻量宜小于30%。

2.5 力學(xué)性能

單軸壓縮試驗(yàn)用于測(cè)定瀝青混合料抗壓強(qiáng)度，抗壓強(qiáng)度表征了瀝青混合料在壓力作用下抵抗彈塑性變形的性能。瀝青混合料抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如表8所示。

表8 瀝青混合料抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果Table 8 Test results of compressive strength of asphalt mixture

由表8可知，隨著氣孔玄武巖摻量的增加，瀝青混合料的抗壓強(qiáng)度逐漸降低。與0%摻量相比，25%、50%和75%摻量下的氣孔玄武巖瀝青混合料的抗壓強(qiáng)度分別降低了14.8%、22.3%和23.9%，氣孔玄武巖的內(nèi)部有較多的孔隙結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其抗壓強(qiáng)度低于普通玄武巖。因此，氣孔玄武巖等體積替換后降低了瀝青混合料抵抗彈塑性變形的性能，但當(dāng)氣孔玄武巖的體積摻量超過50%時(shí)，其抗壓強(qiáng)度降低了20%以上，故氣孔玄武巖的摻量不能過高。

2.6 飛散性能

瀝青混合料肯塔堡飛散試驗(yàn)是用于評(píng)價(jià)在車輛荷載作用下，瀝青用量過少或黏結(jié)性不夠?qū)е录厦撀涞某潭??？纤わw散試驗(yàn)結(jié)果如表9所示。

表9 肯塔堡飛散試驗(yàn)結(jié)果Table 9 Kentucky fort flying test results

由表9可知，不同氣孔玄武巖摻加比例下的瀝青混合料飛散損失相差不大，其中25%和50%摻量下較0%摻量下的混合料飛散損失增加了0.51%和0.30%，而75%摻量下的混合料飛散損失較0%摻量反而降低了1.31%。進(jìn)一步說明了氣孔玄武巖用于瀝青混合料后其黏結(jié)強(qiáng)度較好，這是由于氣孔玄武巖特殊的氣孔表面構(gòu)造，一方面需要吸附大量的瀝青，增加了瀝青用量，使其黏結(jié)性能提高，另一方面其表面粗糙，又增加了骨料之間的嵌擠摩擦力，故而增加了混合料之間的黏結(jié)力。

2.7 抗滑性能

圖8 不同氣孔玄武巖摻量下混合料的擺值Fig.8 British pendulum number of the asphalt mixture with different stomatal basalt proportion

目前我國瀝青路面抗滑性能評(píng)價(jià)指標(biāo)主要是橫向力系數(shù)、構(gòu)造深度和摩擦系數(shù)。其中適用于室內(nèi)研究的方法主要是鋪砂法測(cè)試表面構(gòu)造深度和擺式儀法測(cè)擺式摩擦系數(shù)，表面構(gòu)造深度不適合大孔隙瀝青混合料。本文選用擺式摩擦系數(shù)來表征不同氣孔玄武巖替換量下的瀝青磨耗層的抗滑性能，測(cè)試結(jié)果如圖8所示。

從圖8可知，隨著氣孔玄武巖摻量的增加，擺值先增大后減少，這是由于氣孔玄武巖表面粗糙，在一定摻量范圍下，隨著氣孔玄武巖用量的增加，增大了瀝青混合料的抗滑性能，但當(dāng)氣孔玄武巖摻量超過50%時(shí)，由于油石比增加較大，較大的油石比反而使瀝青混合料表面裸露的集料減少，抗滑性能減少。故氣孔玄武巖摻量不能過大，要控制在50%以內(nèi)，此范圍內(nèi)的氣孔玄武巖可以提高瀝青混合料的抗滑性能。

3 氣孔玄武巖超薄罩面瀝青路面降溫機(jī)理及最佳摻量分析

3.1 氣孔玄武巖降溫機(jī)理分析

為了研究氣孔玄武巖瀝青混合料的熱物性參數(shù)，采用瑞典Hot Disk TPS2500S型導(dǎo)熱系數(shù)儀測(cè)試其熱物性參數(shù)。導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試結(jié)果如表10所示。

表10 氣孔玄武巖瀝青混合料熱物性測(cè)試結(jié)果表10 Test results of thermal properties of stomatal basalt asphalt mixture

由表10可知，隨著氣孔玄武巖摻量的增加，瀝青混合料的導(dǎo)熱系數(shù)顯著降低，熱擴(kuò)散系數(shù)逐漸減小，其中氣孔玄武巖摻量為25%、50%和75%的導(dǎo)熱系數(shù)較0%摻量時(shí)分別降低了39.1%、50.7%和61.8%，氣孔玄武巖摻量為25%、50%和75%的熱擴(kuò)散系數(shù)較0%摻量時(shí)分別降低了29.0%、38.6%和51.9%。根據(jù)熱傳導(dǎo)公式Φ=-λ·A·(?T/?δ),其中Φ表示平均傳遞的熱流量，λ表示導(dǎo)熱系數(shù)，A表示熱量傳導(dǎo)的面積,?T/?δ表示溫度梯度，說明導(dǎo)熱系數(shù)與平均熱流量呈反比關(guān)系，導(dǎo)熱系數(shù)越小，傳遞的熱流量越少，熱阻效果越好。而氣孔玄武巖的導(dǎo)熱系數(shù)較普通混合料的導(dǎo)熱系數(shù)降低較多，說明采用氣孔玄武巖替換集料可以大幅度降低瀝青混合料的導(dǎo)熱系數(shù)和熱擴(kuò)散系數(shù)，起到熱阻效果。

根據(jù)Williamson[15]提出了具有90%精度的瀝青混合料導(dǎo)熱系數(shù)預(yù)估公式：

km=(ka)m·(kb)n·(kv)p·(kw)q

(2)

式中：km為瀝青混合料的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·K)；ka為集料的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·K)；kb為瀝青結(jié)合料的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·K)；kv為空氣的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·K)；kw為水的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·K)；m、n、p、q分別表示集料、瀝青結(jié)合料、空氣和水的體積分?jǐn)?shù)，%。由于氣孔玄武巖中含有非常多密閉的空隙結(jié)構(gòu)，這些空隙結(jié)構(gòu)被空氣充斥，而空氣的導(dǎo)熱系數(shù)為0.026 W/(m·K)，較多的密閉空隙結(jié)構(gòu)使氣孔玄武巖的導(dǎo)熱系數(shù)降低。

3.2 確定氣孔玄武巖最佳摻量

圖9 符合性能要求的氣孔玄武巖摻量范圍圖Fig.9 Graph of the content range of porosity basalt meeting the performance requirements

繪制氣孔玄武巖摻量與其瀝青混合料的降溫性能和路用性能指標(biāo)關(guān)系圖，以氣孔玄武巖摻量為橫坐標(biāo)，以滿足規(guī)范要求的降低溫度、動(dòng)穩(wěn)定度次數(shù)、最大彎拉應(yīng)變、殘留穩(wěn)定度、凍融劈裂強(qiáng)度比、單軸抗壓強(qiáng)度、飛散損失和擺值作為縱坐標(biāo)，如圖9所示。

從圖5～9和表5～10可知，根據(jù)氣孔玄武巖超薄罩面瀝青混合料的降溫性能測(cè)試結(jié)果可知，隨著氣孔玄武巖摻量的增加，降溫效果提升，在摻量為50%左右時(shí)，其降溫效果最好。根據(jù)氣孔玄武巖瀝青混合料的路用性能分析:當(dāng)氣孔玄武巖的摻量為25%～50%之間時(shí)，摻加氣孔玄武巖適當(dāng)提高了瀝青混合料的高溫性能；摻加氣孔玄武巖不會(huì)對(duì)混合料低溫性能產(chǎn)生不利影響，反而會(huì)略微提高其低溫抗裂性能；隨著氣孔玄武巖摻量的增加，其抗水損害能力逐漸降低，當(dāng)氣孔玄武巖摻量小于30%時(shí)，其混合料的水穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求；摻加氣孔玄武巖瀝青混合料的抗壓強(qiáng)度隨著氣孔玄武巖摻量的增加而降低，需要控制氣孔玄武巖的摻入量；隨著氣孔玄武巖摻量的增加，氣孔玄武巖瀝青混合料的飛散性能變化不大；當(dāng)氣孔玄武巖摻量為50%以下時(shí)，隨著氣孔玄武巖摻量增加，其抗滑性能提升。綜合氣孔玄武巖瀝青混合料的降溫效果和路用性能，最終推薦氣孔玄武巖摻量為25%～30%。

4 結(jié) 論

(1)隨著氣孔玄武巖摻量的增加，試驗(yàn)試件的上表面溫度逐漸升高，表面升溫速率由快到慢的順序?yàn)?5%>50%>25%>0%，表明氣孔玄武巖摻量不宜過多。

(2)試驗(yàn)試件的2 cm處溫度降溫幅度由大到小的順序?yàn)?0%>25%>75%，相比較于0%摻量，25%、50%和75%摻量下試件2 cm處最大降溫分別為2.0 ℃、4.2 ℃和5.9 ℃。

(3)試驗(yàn)試件的底面溫度降溫幅度由大到小的順序?yàn)?0%>25%>75%，相比較于0%摻量，25%、50%和75%摻量下試件底面最大降溫分別為2.4 ℃、5.1 ℃和6.6 ℃。

(4)氣孔玄武巖摻量為25%、50%和75%的導(dǎo)熱系數(shù)較0%時(shí)分別降低了39.1%、50.7%和61.8%；摻加氣孔玄武巖適當(dāng)提高了瀝青混合料的高溫性能；氣孔玄武巖摻加不會(huì)對(duì)混合料低溫性能產(chǎn)生不利影響，反而會(huì)略微提高其低溫抗裂性能；隨著氣孔玄武巖摻量的增加，其抗水損害能力逐漸降低，隨著氣孔玄武巖摻量的增加，抗滑性能先增大后減少。

(5)根據(jù)熱阻瀝青混合料阻熱降溫試驗(yàn)確定氣孔玄武巖摻量下限，根據(jù)混合料水穩(wěn)定性試驗(yàn)確定氣孔玄武巖摻量上限，最終推薦氣孔玄武巖摻量為25%～30%。