聚丙烯酸酯改性钢渣沥青混合料的应用探究

弓社强 陈萌 刘逢涛 李冷雪

（1.邯郸市交通运输局，河北 邯郸 056000；2.河北工程大学，河北 邯郸，056000；3.中建路桥集团有限公司，河北 石家庄，050000）

一、引言

我国公路事业蓬勃发展，对天然骨料的依赖增加，导致国内自然资源日渐匮乏。钢渣作为一种固废类建筑材料，其力学性能与天然碎石相比更加优异。但钢渣体积稳定性差[1]，制约了其在道路工程中的广泛应用。印度SSN工程学院的Sabapathy[2]提出，钢渣表面孔隙封闭处理可有效提高钢渣体积稳定性。马来西亚理工大学的Oluwasola[3]等验证了沥青混合料中使用转炉钢渣代替天然碎石的可行性。但缺乏对改性钢渣沥青混合料的性能研究。

二、实验

（一）原材料

该试验选用70#沥青，粗集料选用钢渣，使用4.75mm～16mm粒径的钢渣等体积替代天然石料。聚丙烯酸酯乳液是一种乳白色液体，固含量为55，PH值为9～10，成膜温度20℃。

（二）改性钢渣的制备

将聚丙烯酸酯乳液稀释至质量分数为10%、12%、14%,每次取2kg的钢渣在稀释好的溶液中浸泡6h，浸泡过程中每隔15分钟搅拌一次，浸泡结束后取出，自然风干。

（三）配合比设计

使用改性钢渣和未改性钢渣替代4.75mm～16mm粒径的石灰岩集料制备改性钢渣/钢渣沥青混合料，选用AC-16型矿料级配，成型马歇尔试件，根据体积指标得出石灰岩沥青混合料、钢渣沥青混合料和改性钢渣沥青混合料的最佳油石比分别为：4.6%、4.7%和4.5%。对比钢渣沥青混合料和石灰岩沥青混合料，改性钢渣掺入沥青混合料后油石比分别降低了0.2%和0.1%。

三、结果与讨论

（一）改性钢渣的性能

由表1可知，随着改性浓度的不断升高，改性钢渣的压碎值、磨耗值和浸水膨胀率均出现不同程度的下降。相比未改性钢渣，14%浓度的改性剂将钢渣的压碎值、磨耗值和膨胀率分别降低了24.8%、29.9%、42.80%。观察图1、图2，钢渣表面孔隙较多，导致吸水率过高，钢渣中的f-CaO遇水极易生成Ca(OH)2，产生体积膨胀。由于聚丙烯酸酯乳液良好的成膜性，钢渣改性之后，表面出现一层致密的改性保护膜，封闭了表面的孔隙和裂纹，有效降低吸水率、并抑制体积膨胀。综合试验结果，结合经济性原则，选取12%浓度为最佳改性浓度。

表1 改性钢渣的基本性能指标

图1 改性钢渣微观图像

图2 钢渣微观图像

（二）沥青混合料的路用性能

表2的车辙试验结果显示，三种沥青混合料中，改性钢渣沥青混合料动稳定度最高，分别较钢渣沥青混合料和石灰岩沥青混合料提高了22.7%和86.2%，表明改性钢渣沥青混合料具有更优的高温稳定性。分析原因，改性钢渣表面生成的改性保护层，具有一定的强度，可以提高钢渣的整体性能，进而增强高温稳定性。

表2 路用性能试验结果

由表2可知，三种沥青混合料的低温劈裂强度分别是：石灰岩沥青混合料<钢渣沥青混合料<改性钢渣沥青混合料。相较于钢渣沥青混合料，改性钢渣沥青混合料的劈裂强度提高了5.03%，说明改性钢渣加入沥青混合料中可以改善混合料低温抗裂性。

表2显示，改性钢渣沥青混合料的冻融劈裂强度比和残留稳定度最高，受钢渣体积稳定性影响，其水稳定性能最低。改性钢渣表面生成的改性保护膜，阻止了钢渣与水的接触。此外，改性保护膜有效增强了沥青与钢渣之间的黏附作用，在动水作用下，沥青膜更加稳固不易剥落，进而提高水稳定性。

四、结语

聚丙烯酸酯乳液改性钢渣的最佳改性浓度是12%。

与钢渣沥青混合料相比，改性钢渣沥青混合料的油石比降低了0.2%，节约工程成本。

与钢渣沥青混合料相比，改性钢渣沥青混合料具有更优的路用性能。