诠释高碱性矿粉在沥青混凝土路面中的试验

王娟莉

摘要：近年来高速公路的数量日益增多，为了增加沥青混凝土路面的耐磨性，对中性和酸性的石料使用也大大增加。但在使用中性和酸性的石料时，其与沥青一样的基性使得与沥青的粘附性不够，容易造成沥青混凝土路面使用早期就出现剥落的现象。本试验通过在矿粉中加入石灰提高了矿粉的碱性，不仅能够增强沥青混合料的抗剥落性，还能获得好的社会经济效益。

关键词：高碱性矿粉；沥青混凝土路面；抗剥落

中图分类号：U414 文献标识码：B 文章编号：1674-3954（2013）21-0334-02

1 高碱性矿粉在沥青混合料中的作用

将沥青与矿料进行混合，它们之间会产生一系列负责的物理一化学的交互反应，沥青会在矿粉的表面对其化学组分进行重新排列并形成扩散溶剂膜，该膜具有一定的厚度，膜厚度内的沥青为结构沥青，膜外的沥青为自由沥青。

1.1 物理作用

沥青胶浆的界面形状和性能同时受到矿粉的纹理、细度、形状、表面构造、粗糙度以及矿粉的成分等的影响。沥青胶浆中矿粉与沥青界面问的黏附性随着粉油比的增大而增大，但若粉油比到达0.8左右时黏附性则会随着粉油比的增加而减少。

1.2 化学作用

在矿料中加入石灰，其主要成分氧化钙与水结合会变成氢氧化钙，呈碱性的氢氧化钙会和沥青中的羟酸发生化学反应生成混凝土土盐。由于硷土盐的吸附能力，因而会牢牢的吸附在粒料的表面，这样沥青就很难从粒料上脱落。同时，消石灰也可以和沥青中的有机酸产生化学反应，通过活化粒料的表面来提高粒料和沥青之间的结合能力。

2 在沥青混合料中使用高碱性矿粉的试验研究

本试验主要的研究内容是确定灰和矿粉的最佳掺配比例，并研制了新的高碱性矿粉，然后对该矿粉的相关指标进行了验证，并得出了相应的试验结论。

2.1 试验方法与过程

①通过试验得到沥青混凝土的配合比并计算矿粉的使用量；②通过马歇尔试验将不同比例的石灰和矿粉进行混合用来替换单一的矿粉确定两者之间的最佳用量比；③进行不同类型级配的验证。

2.1.1 材料试验

（1）基质沥青

使用70号沥青，参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTGE20-2011）的要求进行试验。将沥青单质材料分為3组，通过试验分别得到这3组基质沥青的针入度、软化点、15℃延度、闪点、溶解度、蜡含量，将这些技术指标参照重交通道路石油沥青的相关指标进行比较，以判断沥青单质是否符合要求，若不符合要求则要重选试验所用的沥青单质。

（2）集料

集料是在公路的施工现场直接取回，将集料按照粒径为1～2cm、粒径为2～3cm分开，然后分别对这两种指标的粒径进行试验，测试它们的压碎值、磨耗值、表观相对密度、吸水率、针片状颗粒含量、软石含量等数据，判断其是否符合相关的要求。

（3）矿粉

矿粉是由石灰石研磨而成，通过试验要得到矿粉的表观密度、亲水系数、含水量以及塑性指数，采用符合相应指标的矿粉进行下一步的试验。

2.1.2 矿质混合料的组成设计

（1）矿质混合料的组成设计过程

为了符合级配范围将两种或两种以上的集料进行配合，对矿质混合料的组成进行设计就是要确定混合料中个集料所占的比例。不同粒径的矿料进行不同比例的混合可以得到不同的级配，采用连续级配或间断级配可得到较高的密度。大密度小空隙的混合矿料可以提高沥青混合料的强度以及稳定性，但同时会降低路面的耐久性。在进行集料配合时，要算出一个满足相关要求的级配范围。

（2）筛分试验

根据级配理论得到不同的筛孔尺寸下各级集料在矿质混合料中的通过百分率，以这个通过百分比为纵坐标，横坐标则为各级的筛孔尺寸，然后绘制成曲线图，但一般所配制的混合料与理论的级配曲线存在误差，主要是因为矿料的不均匀扎制和混合料在配制时存在误差，但这个误差一定要控制在适当的范围之内。

2.1.3 沥青混合料试验

（1）马歇尔稳定度试验

在规定的温度和速度等条件下对标准的试件进行施压，对混合料的稳定度和流值等指标进行测定，即为马歇尔稳定度试验。进行马歇尔稳定度试验的试件必须采用标准的马歇尔试件尺寸。试验的过程为“标准试样一不小于6h的-10℃空气浴→利用马歇尔稳定度仪器测性能”。

（2）混合料低温劈裂试验

试验方法、条件在劈裂试验中在圆柱体试件的轴向通过加载条加上静载，试件的加载是按一定的变形速率进行，借助LVDT得到压缩载荷和垂直变形。试验所使用的试件是标准的马歇尔试件，过程如下：标准试样制备→60℃水中30min→马歇尔稳定度、流值。根据国家对该试验的相关要求，加载的速度应为50mm/min，试验温度为-10℃，劈裂强度、破坏应变、劲度模量为评价指标。

（3）沥青混合料的水稳定性试验

沥青混合料的水稳定性试验（即抗剥落性）的评价方法是，将试样置于60℃的温水，分别计算24h前后的马歇尔稳定度，然后计算试样的剩余强度比指数。通过混合料的剩余强度比指数能判断材料的抗剥性以及湿气敏感性，其评价范围为0.70～0.75，若在该范围以下则为非抗剥落性材料，反之材料则具有抗剥落性。

2.2 矿粉参配比例试验方法

2.2.1 单质材料试验及配合比试验

将生石灰粉与标准矿粉按几种不同的比例与矿粉进行掺配制成不同的高碱性矿粉，例如1：1、1：2、1：3、1：4等，然后进行试验。通过试验试件的残留稳定度确定生石灰粉和标准矿粉的最佳比例。根据试验算出沥青混凝土填料的质量百分比以及最佳油石比。

（1）材料试验

对于基质沥青、集料、矿粉等材料参照2.1中相关的材料试验，试验用的生石灰要满足技术标准（JTGE51-2009）中的相关要求，即MgO+CaO含量要大于65%。

（2）级配

级配使用（JTGF40-2004）规范中AC-25Ⅱ的中值（矿粉的质量百分比为5%），最佳油石比为上述试验所获得的百分比。然后根据试验数据得到包含筛孔尺寸、通过率上限、通过率下限、实测通过率的筛分结果表，以及以筛孔尺寸为横坐标、通过率为纵坐标的级配曲线图。

2.2.2 试验过程、结果及分析

将生石灰粉与标准矿粉按几种不同的比例与矿粉进行掺配制成不同的高碱性矿粉，可以选择1：1、1：2、1：3、1：4、1：5、1：6，比例不同所得到的高碱性矿粉的性能也不同。在对不同比例的石灰和矿粉的混合料进行马歇尔试验的时候，分为浸水时间为30min和浸水时间为48h来分别进行，对以上两种不同的浸水之间，要用至少4组相同的混合料同时进行试验，分别求的它们的实际密度、饱和度、流值、稳定度、残留稳定度。然后对以上的指标通过柱状图分析根据比例的不同所呈现的趋势。

根据图表可以分析出，在一定范围内随着石灰在矿粉中比例的增大其残留稳定度也呈非线性增大，但残留稳定度到达一定值时，石灰比例的增大将引起残留稳定度的减小。根据这个变化的趋势可以得出一个效果最好的生石灰与矿粉的比例值。

2.3 高碱性矿粉最佳比例验证

关于这部分的验证有两个实验：单一矿粉指标试验、选配合比验证。

2.3.1 性矿粉指标试验

将以上实验选出的最佳的摻合比为基准，分别验证该比例下矿粉的密度、亲水系数、含水量、塑性指标、加热稳定度各项指标。

（1）矿粉的密度试验

选择合适的试验仪器及材料，进行该试验时要对同一试样平行试验2次，两次试验结果的误差要控制在0.01以内。

（2）矿粉亲水系数试验

亲水系数为同一试样分别在水中膨胀的体积与在煤油中膨胀的体积比。亲水系数可以用来反映矿粉对沥青的亲和力和对水的亲和力，系数大于1则表示矿粉的亲水力大于对沥青的亲和力，小于1则相反。

（3）矿粉塑性指数试验

矿粉的塑性指数用来判断矿粉中粘土的含量，可以按《公路土工试验规程》（JTGE40-2007）规定的方法进行测定，表示矿粉液限含水量与塑限含水量之间的差。

（4）矿粉加热稳定性试验

用来评价矿粉在进行热板时变质程度的指标，主要是测定矿粉受热后变质成分的含量。

2.3.2 选配合比测其残留稳定度

从工地现场进行取料，按相应的级配类型检查矿料的各项物理指标，包括混合料组成设计计算、确定最佳油石比、残留稳定度的计算，其计算方法在上文已经提过。然后对混凝土沥的残留稳定度进行计算，如果其值很高则说明高碱性矿粉在沥青混合料抗水害能力起到了作用

3 总结

本试验的核心思想就是用石灰代替部分矿粉，通过一系列的试验得到高碱性矿粉的最佳掺配比，然后再通过试验对其是否提高了高碱性沥青的抗水害能力进行验证。具体结论如下：

（1）通过本实验证明，通过使用高碱性矿粉能够提高沥青路面的抗剥落能力。

（2）在进行高碱性矿粉的配制时，石灰：矿粉=1：4是最佳的配制比，此时沥青里面的抗剥落性能是最好的。

（3）高碱性矿粉能够明显的改善沥青混合料的残留稳定度，经过本实验证明大概能够提高5～10%左右。

参考文献

[1]陈志民，郭春雷，消石灰在沥青混凝土中的应用试验分析[J]，宁省交通高等专科学校学报，2005（02）

[2]阎明颉，沥青混凝土面层掺加消石灰作为抗剥离措施的应用[J]，青海交通科技，2005（05）