礦粉對(duì)透水瀝青混合料性能的影響研究

李乃強(qiáng) 姚新宇 劉宇

摘要：為進(jìn)一步優(yōu)化透水瀝青混合料性能，文章通過分析礦粉對(duì)瀝青膠漿特性的影響，研究礦粉與細(xì)集料占比、礦粉占級(jí)配0.075 mm及2.36 mm篩網(wǎng)通過率以下比例對(duì)透水瀝青混合料穩(wěn)定度、浸水肯塔堡飛散、連通空隙率等指標(biāo)的影響。研究結(jié)果可為不同排水需求的瀝青混合料設(shè)計(jì)與混合料耐久性提升提供參考。

關(guān)鍵詞：排水瀝青路面;礦粉;粉膠比;浸水肯塔堡飛散;連通空隙

中國分類號(hào)：U416.03

0引言

透水瀝青混合料含有較大空隙率（一般為18%～25%），使路表積水不僅能從路表水平向排走，還能將滲入的雨水直接通過該層橫向連通空隙排走。這種特性能快速地排走路表積水，減少路表的水膜厚度，即使在暴雨天氣也能保證道路表面不積水，從而大幅提升行車安全性[1-3]。透水瀝青路面在降噪方面也表現(xiàn)出優(yōu)良的特性，一般情況下，透水瀝青路面可比普通密級(jí)配路面降低噪音3～5 dB[4-8]。但是透水瀝青路面的耐久性相比密級(jí)配瀝青混合料卻具有明顯弱勢(shì)，而通過礦粉改善膠漿性能以提升混合料性能是國內(nèi)外學(xué)者研究的重點(diǎn)[9-12]。本文通過研究礦粉在透水瀝青混合料級(jí)配中的組成對(duì)透水混凝土性能的影響，為透水瀝青混合料的性能改善與設(shè)計(jì)優(yōu)化提供依據(jù)。

1試驗(yàn)與方法

1.1原材料

瀝青選用SBS改性瀝青I-D，選用中路交建（北京）工程材料公司提供的高黏添加劑，礦粉采用石灰?guī)r礦粉，粗集料采用輝綠巖，細(xì)集料采用石灰?guī)r。加入高黏添加劑后的改性瀝青指標(biāo)、集料基本指標(biāo)及礦粉基本參數(shù)如下頁表1～3所示。

1.2試驗(yàn)配合比

配合比設(shè)計(jì)參照《排水瀝青路面設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》（JTGT 3350-03-2020），確定了3組最佳級(jí)配（見下頁表4～6），且油石比均為4.6，其中高黏劑與改性瀝青摻入比例為8∶92。

1.3混合料的制備

采用干法加工高黏瀝青混合料并采用馬歇爾擊實(shí)儀成型混合料試件，混合料試件的制備與測(cè)試方法依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20-2011）進(jìn)行。

2礦粉對(duì)混合料性能影響的分析

2.1礦粉對(duì)瀝青膠漿的影響

根據(jù)三個(gè)級(jí)配礦粉占比特點(diǎn)，選用中位數(shù)1.3粉膠比進(jìn)行瀝青膠漿制備，其中利用礦粉與細(xì)集料過0.075 mm篩獲得的粉料轉(zhuǎn)入瀝青，其瀝青膠漿性能測(cè)試結(jié)果如表7所示。

由表7可知，在加入粉料后的瀝青膠漿在延度與彈性恢復(fù)上都有一定下降，軟化點(diǎn)有所提升。在相同粉膠條件下，礦粉占比的增大，對(duì)軟化點(diǎn)無明顯影響;但礦粉占比與彈性恢復(fù)、延度指標(biāo)有一定相關(guān)性，延度與彈性恢復(fù)隨著礦粉占比的增大而增大。在1.3粉膠比條件下，彈性恢復(fù)與礦粉占比呈對(duì)數(shù)函數(shù)關(guān)系，5 ℃延度與礦粉占比呈二次函數(shù)關(guān)系，相關(guān)性曲線圖如圖1所示。

2.2礦料對(duì)混合料性能的影響

2.2.1級(jí)配礦粉組成對(duì)混合料性能指標(biāo)的影響

選用前文三種級(jí)配進(jìn)行混合料制備并測(cè)試性能指標(biāo)，分析礦粉組成與混合料指標(biāo)關(guān)聯(lián)特征，如表8所示。

由于礦料級(jí)配組成的不同對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)具有不同影響，因此選用固定的級(jí)配二（粉膠比1.3），通過礦粉部分替換級(jí)配0.075 mm以下粉料，并進(jìn)行混合料試驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果如表9所示。

由表9可以看出，在相同粉膠比及級(jí)配條件下，由于礦粉占比的增大，其穩(wěn)定度呈增大趨勢(shì);礦粉占比的增大對(duì)殘留穩(wěn)定度與浸水肯塔堡飛散數(shù)值影響更為明顯。當(dāng)0.075 mm以下礦粉占比由30%提高到90%時(shí)，殘留穩(wěn)定度增加了4.4%，浸水肯塔堡飛散質(zhì)量損失減少了4.9%。

2.2.2級(jí)配礦粉組成對(duì)混合料功能性指標(biāo)的影響

選用前文三種級(jí)配進(jìn)行混合料制備，并根據(jù)如下公式計(jì)算連通空隙率。

由表10數(shù)據(jù)可知，三種級(jí)配2.36 mm通過率基本相同，實(shí)測(cè)的空隙率非常相近，但隨著粉膠比的不同，連通空隙率有所不同。在2.36 mm通過率基本相同的條件下，一定范圍內(nèi)，粉膠比越高，其混合料連通空隙率相對(duì)較小，形成閉合孔隙相對(duì)較多，相對(duì)應(yīng)的滲水系數(shù)就越小。這可能是因?yàn)樵谙嗤?xì)集料用量條件下，細(xì)集料越細(xì)，所形成的瀝青膠（砂）漿在粗集料間隙內(nèi)更容易形成封閉空間。

3結(jié)語

（1）0.075 mm以下通過率粉料的摻入所形成的瀝青膠漿，其5 ℃延度與彈性恢復(fù)相比改性瀝青均有下降。但隨著礦粉占比的提高，其瀝青膠漿的5℃延度與彈性恢復(fù)均有提升。

（2）在相似級(jí)配條件下，礦粉在一定摻量范圍內(nèi)，隨著其摻量的增加對(duì)透水瀝青混合料抗水損與抗飛散性能有較為明顯的改善，可有效提升其透水瀝青混凝土的耐久性。因此在生產(chǎn)透水瀝青混合料中，應(yīng)加大對(duì)礦料的除塵，盡量用礦粉替代0.075 mm以下通過率石粉。

（3）透水混凝土細(xì)集料越細(xì)，其相同空隙率下，連通空隙率越小，滲水系數(shù)越小，對(duì)功能性（透水）有一定的不利影響，在設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮礦粉在透水瀝青混合料中所發(fā)揮的綜合作用。

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