浅谈矿粉在沥青混合料中的应用

随着高等级公路建设的发展，沥青路面以其良好的力学性能，低噪音，行车舒适，施工期短，养护维修简便等优点，广泛应用于公路及城市道路建设中。沥青混合料的质量直接影响到整个沥青路面的质量，矿粉作为沥青混合料的一种填料，有着其不可忽视的重要作用。

1 概述

1.1 矿粉的定义及特点

矿粉是符合工程要求的石粉及其代用品的统称，是将矿石粉碎加工后的产物。依据国家标准GB/T 18046-2008，矿粉根据其活性指数可分为S105、S95、S75三个等级，其活性钙、硅、铝等无机物的含量大于30%。目前使用的矿粉具有如下特点:(1)细度高，颗粒级配合理，矿粉活性得以充分发挥与利用;(2)产品活性高，质量波动小;(3)产品能耗低，生产效率高。

1.2 沥青混合料用矿粉的要求

沥青混合料中的矿粉必须采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料经磨细得到的矿粉，原石料中的泥土杂质应除净。矿粉应干燥、洁净，能自由地从矿粉仓流出。其质量应符合表1要求。

表1 沥青混合料用矿粉质量要求

2 矿粉在沥青混合料中的作用

2.1 沥青混合料中不掺矿粉的影响

在沥青混合料拌和过程中，虽然有矿粉供给装置，但工作时，投入的矿粉几乎全被鼓风机、引风机吹到风筒中，根本就无法将矿粉按要求数量投入到热拌混合料中。因此在施工中很多单位干脆不用矿粉或者用细集料完全替代矿粉。

不添加矿粉的沥青混合料，经过一段时间使用后，因为密实度低，且防水性能比较差，沥青油分含量低，进而导致沥青路面出现质量差，易剥落，松散等问题，经行车使用后，面层易出现坑槽，大面积松散、脱落等现象，从而降低道路的使用年限。

2.2 矿粉在沥青混合料中的重要作用

沥青混合料一般是由粗集料、细集料、填料和沥青组成。粗集料在沥青混合料结构中形成矿料骨架，在路面面层结构中提供摩阻力。沥青混合料中的细集料可以增加颗粒间的嵌锁作用，并减小粗集料间的空隙，从而可以增加沥青混合料的稳定性。填料的加入，可使沥青结合料变为细质沥青胶砂，并使其变硬，从而使沥青结合料的粘结力增强。矿粉作为一种填料，在沥青混合料中起到填充作用，目的是减小沥青混凝土的空隙。

为了满足目前行车环境的要求，越来越多的沥青路面采用中性或酸性的耐磨石料。但是由于中性和酸性石料与沥青具有相同基性，使这些石料与沥青的结合受到影响，表现为与沥青的粘附性低，沥青混合料的残留稳定度指标达不到要求或偏小，出现严重水损害现象。加入适量矿粉，由于矿粉呈碱性，能够改善沥青与矿料的粘附性，提高沥青砼的水稳性，从而提高沥青砼路面抗破坏能力，延长使用寿命。

沥青与矿料相互作用后，沥青在矿料表面产生化学组分的重新排列，在矿料表面形成一层扩散结构膜，在此膜厚度以内的沥青称为结构沥青，此膜之外的沥青称为自由沥青。在添加的沥青量相同情况下，矿料表面积与结构沥青的形成有很大关系。矿料表面积越大，形成的沥青膜也相应的越薄，结构沥青所占的比例也越大，因此生产的沥青混合料粘聚力也越高。所以，在生产沥青砼时加入适量的矿粉，能够增大矿料表面积，对提高混合料的粘结力有很好的效果，易形成沥青胶结物质，具有较高的粘结力，从而提高沥青砼的温度稳定性。

3 矿粉性能对沥青混合料的影响

3.1 级配

矿粉作为沥青混合料中矿料的一个重要组成部分，除了要满足材料自身的级配要求外，还要填充粗细集料之间的空隙，以保证整体的矿料级配能够满足设计要求，并满足设计空隙率的要求。

沥青混合料是由粗集料、细集料和沥青胶浆组成的，其中包含矿粉和沥青的沥青胶浆则是决定沥青混合料高、低温性能的关键因素。由于规范中对粉胶比的定义仅仅涉及粒径小于0.075mm的集料，即真正与沥青相结合形成胶浆的是这部分集料。那么矿粉中粒径小于0.075mm这一部分的级配组成对整个沥青混合料的质量是有重要影响的。粉胶比越大，沥青混合料的高温抗车辙能力越强，粉胶比越小，会有利于混合料的低温抗裂性。

3.2 比表面积

矿粉的比表面积是指单位质量矿粉的总表面积，与细度成反比，即比表面积越大，细度越小。在沥青混合料中虽然矿粉用量只占很小的一部分，但其比表面积却占矿料总表面积的80%以上。

矿粉比表面积受矿粉级配、及表面特征等因素的影响。比表面积越大，则可吸附越多的沥青，形成结构沥青，从而增加沥青混合料的温度稳定性。但当矿粉的比表面积超过一定范围以后。沥青混合料空隙率减小，流值增大，混合料的稳定度将下降。矿粉比表面积的变化，对沥青混合料质量有显著影响。

3.3 亲水系数

矿粉的亲水系数即矿粉试样在水(极性介质)中膨胀的体积与同一试样在煤油(非极性介质)中膨胀的体积之比，用于评价矿粉与沥青结合料的粘附性能。亲水系数大于1的矿粉，表示矿粉对水的亲和力大于对沥青的亲和力，亲水系数小于1的矿粉，则表示对沥青的亲和力大于对水的亲和力。

矿粉的亲水系数直接影响沥青混合料的水稳定性。对于亲水系数大于1的矿粉，当遇到水时，由于对水的亲和力要大于对沥青的亲和力，矿粉会优先与水结合，从而降低集料与沥青的粘附性。水进入到沥青-集料界面，阻断沥青与集料的粘结，使沥青与集料的接触面减小，最终导致沥青从集料表面剥落，出现水损害现象。

3.4 塑性指数

矿粉的塑性指数是矿粉液限含水量与塑限含水量之差，用于评价矿粉中粘性土成分的含量。塑性指数高的矿粉，吸水性和吸油性较大，并由此发生膨胀，将使沥青混合料的强度降低，或者在水的作用下发生剥离，导致沥青路面的损坏。

3.5 加热安定性

矿粉的加热安定性是矿粉在热拌过程中受热而不产生变质的性能，用于评价矿粉易受热变质成分的含量。试验时，温度要加热到200℃，与一般沥青混合料拌和时矿粉的加热温度相符合。

4 沥青混合料中掺加矿粉的注意事项

4.1 控制矿粉质量

在沥青混合料中掺加矿粉，首先应保证矿粉质量满足设计及规范要求。对进场矿粉应及时取样检测，检测合格后方可用于施工，严禁不合格材料用于施工。矿粉作为沥青混合料的重要组成部分，其矿物成分的变化对沥青混合料质量有较大影响。在施工过程中不能随意更换其他岩类的矿粉，如若更换，必须经过严格的试验和工程实践验证。

4.2 控制矿粉掺量

要严格控制矿粉的掺量。添加的矿粉过少，不能达到填充集料空隙率，提高集料与沥青粘附性的效果;添加的矿粉过多，会造成吸附沥青增加，从而增加沥青用量，增加成本，甚至会造成混合料结块现象，影响混合料质量。

4.3 保证矿粉用量

在沥青混合料的拌合过程中，要不断改善矿粉添加设备的性能，保证矿粉能够按照配合比数量足额添加，以保证沥青混合料的质量。

5 结束语

在沥青混合料中，添加适量的矿粉，可以使混合料空隙率降低，密实度增加，级配、油石比更加合理，沥青与矿料粘附性增强，提高沥青砼的水稳性和感温性，从而延长沥青路面的使用年限。因此，矿粉在沥青混合料中具有重要作用，应当广泛应用并不断推广、改进，以满足日益提高的高速行车环境的要求。

[1]中华人民共和国行业标准，《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)，人民交通出版社，2004.

[2]中华人民共和国行业标准，《公路工程集料试验规程》(JTG E42-2005)，人民交通出版社，2005.

[3]中华人民共和国国家标准，《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》(GB/T 18046-2000)，中国国家标准化管理委员会，2008.

[4]李平.沥青混合料用矿粉性能指标研究[J].黑龙江交通科技，1999.

[5]邵洪杰.矿粉在沥青砼中的作用[J].中国公路学报，2008.