物理改性赤泥替代礦粉對瀝青膠漿性能的影響

張 偉 盧 龍

(1.武漢交通工程建設投資集團有限公司，湖北 武漢 430000； 2.武漢光谷交通建設有限公司，湖北 武漢 430075)

1 概述

赤泥是堿法處理鋁土礦提取氧化鋁后排放的不溶性固體工業廢棄物，我國赤泥累積堆存量已超過3.5億t，綜合利用率不足4%[1-3]。鑒于赤泥外觀形狀上與普通填料相近，價格低廉，可以考慮將赤泥用作瀝青混合料中的填料。本文通過將不同比例的赤泥和物理改性后的赤泥替代礦粉填料加入瀝青制成瀝青膠漿，研究赤泥對瀝青膠漿路用性能的影響規律。

2 試驗材料

2.1 原材料

1)礦粉：礦粉來自濟南文組石灰石采石場。

2)赤泥：燒結法赤泥來自于山東鋁業股份有限公司，顏色為棕色，鈣含量較高，具有一定的潛在活性。表1列出了礦粉和燒結法赤泥的基本指標。

3)消石灰：消石灰由中國濟南志博化工有限公司提供。

4)造紙白泥是在造紙堿回收過程中產生的，主要由CaCO3組成，含有Na2O,K2O,Fe2O3等雜質，化學成分與礦粉相近。

5)瀝青為70號基質瀝青，由中國石化齊魯石化公司提供，其基本性能指標見表2。

表1 礦粉和燒結法赤泥的基本指標

表2 70號基質瀝青基本性能指標

2.2 瀝青膠漿的制備

瀝青膠漿中填料與瀝青的質量比(粉膠比)為1∶1。制備空白試驗1組(填料為普通礦粉)，赤泥瀝青膠漿1組，消石灰和白泥分別按照5種質量比摻入赤泥中進行物理改性10組，此外消石灰和白泥共同改性赤泥為3組，共15種瀝青膠漿。瀝青膠漿的配比和名稱見表3。

表3 瀝青膠漿的配比和名稱

3 試驗方案

3.1 瀝青膠漿高溫性能試驗

本研究用軟化點評價瀝青膠漿的高溫穩定性，試驗方法按JTG E2—2011公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程T0606—2011進行。

3.2 瀝青膠漿低溫性能試驗

本研究選擇直接拉伸(DT)試驗評價瀝青膠漿的低溫抗裂性，DT試驗是美國國家高速公路和交通運輸協會標準中評價瀝青以及瀝青膠結料低溫性能的試驗，本試驗方法嚴格遵守AASHTO T314-07中的方法。由DT試驗可以得到反應瀝青膠漿低溫抗裂性的指標斷裂伸長率。本文選擇-12 ℃作為試驗溫度，拉伸速率為1 mm/s。

3.3 瀝青膠漿粘滯性能試驗

本研究選擇布洛克菲爾德黏度試驗評價瀝青膠漿的粘滯性，布洛克菲爾德黏度試驗是美國國家高速公路和交通運輸協會標準中評價瀝青及瀝青膠結料粘滯性能的試驗，本試驗方法嚴格遵守AASHTO T316中的方法。本文采用布魯克菲爾德粘度計分別在135 ℃,155 ℃和175 ℃三種溫度下對瀝青膠漿的粘度進行測定。

4 試驗結果

4.1 瀝青膠漿高溫性能

15種瀝青膠漿的軟化點試驗結果見圖1。由圖1可見，燒結法赤泥替代普通礦粉后，軟化點增長了14.8%，這說明燒結法赤泥可以提高瀝青膠漿的高溫穩定性，而消石灰的少量摻入會使得軟化點降低到61.2 ℃(R9H1)，然后隨著消石灰摻入量的增加，軟化點逐漸增加，最終在消石灰摻量達到50%時，軟化點達到最高值(R5H5)；而白泥對赤泥瀝青膠漿的軟化點影響不大。此外，三個配比的消石灰白泥復合改性赤泥瀝青膠漿的軟化點都較高，其中R6H3W1的軟化點是15個樣品中軟化點最高的。總體來看，三種填料加入均能使瀝青膠漿的軟化點高于石灰石粉，這說明三種填料均有提高瀝青混合料高溫抗車轍性能的潛力。

4.2 瀝青膠漿低溫性能

按照規范要求，分別得到15種瀝青膠漿在-12 ℃下的應力應變曲線。圖2為典型赤泥瀝青膠漿DT試驗的應力—應變曲線。由圖2可以看出，隨著應變的增大，加載應力先逐漸增大，達到峰值加載后，出現斷崖式下降開裂。

瀝青膠漿在-12 ℃下的斷裂伸長率如圖3所示。由圖3可知，用燒結法赤泥代替礦粉后，斷裂伸長率從1.59%降低到0.74%，降低了50%以上。這意味著添加赤泥可能使得瀝青膠漿的低溫抗裂性變差，更容易發生低溫開裂。在赤泥中摻入消石灰后，瀝青膠漿的斷裂伸長率明顯提高，達到了與礦粉瀝青膠漿相同的水平。這說明在溫度較低的情況下，消石灰的摻入對赤泥瀝青膠漿的低溫抗裂性能有積極的影響。但是，消石灰的摻量對赤泥瀝青膠漿的低溫抗裂性沒有明顯的影響。在赤泥中加入白泥能提高赤泥瀝青膠漿的斷裂伸長率，其值隨白泥摻量的增加而增大，隨著白泥含量的增加，斷裂伸長率逐漸增大，在白泥摻量為40%時達到峰值2.27%(R6W4)。結果表明，消石灰和白泥均能改善赤泥瀝青膠漿的低溫開裂性能，并且赤泥瀝青膠漿對白泥摻量表現出較強的敏感性。

4.3 瀝青膠漿粘滯性能

瀝青膠漿的布洛克菲爾德黏度試驗結果如圖4所示。由圖4可以看出，隨著測試溫度的升高，瀝青膠漿的黏度降低。在相同的溫度下，普通礦粉瀝青膠漿(LP)的試樣黏度最低，用燒結法赤泥代替礦粉使黏度增加了近4倍(RM)。在赤泥中添加消石灰進一步增加了其黏度，當消石灰摻量為50%時(R5H5)，黏度值甚至增加了1倍。這說明，赤泥和消石灰可以提高瀝青膠漿的粘滯性能。與消石灰不同，添加10%白泥(R9W1)會使赤泥膠漿黏度從4.2 Pa·s略有降低至3.4 Pa·s，但進一步增加白泥用量對瀝青膠漿的黏度無明顯變化，這說明白泥對瀝青膠漿的粘滯性能無明顯影響。

5 結論

1)燒結法赤泥、消石灰、造紙白泥的摻入均能使瀝青膠漿的軟化點高于普通礦粉瀝青膠漿，這說明三種填料均可以提高瀝青膠漿的高溫穩定性能，具有瀝青混合料高溫抗車轍性能的潛力。

2)燒結法赤泥會降低瀝青膠漿的低溫抗裂性能，而消石灰和造紙白泥的摻入均能改善赤泥瀝青膠漿的低溫抗裂性能，并且赤泥瀝青膠漿的低溫抗裂性能對白泥摻量表現出較強的敏感性。

3)燒結法赤泥和消石灰可以提高瀝青膠漿的粘滯性能，而造紙白泥對瀝青膠漿的粘滯性能無明顯影響。