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、礦粉與0.075 mm通過率占比對(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依據(jù)。

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文章標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

透水瀝青混合料含有較大空隙率（一般為18%～25%），使路表降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，排水瀝青路面比普通密級(jí)配路面降低噪音3～5 dB[4-8]，但是排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)。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)配中的組成特點(diǎn)及其對(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。高黏添加劑加入后的改性瀝青指標(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》，確定了3組最佳級(jí)配，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。見下頁表4～6。

1.3 混合料的制備

采用干法加工高黏瀝青混合料并成型混合料，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試方法依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》。

2 礦粉對(duì)混合料性能的影響分析

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粉膠比制備瀝青膠漿，其中礦粉與細(xì)集料過0.075 mm篩孔的比例及對(duì)應(yīng)的瀝青膠漿性能測試如表7所示。

由表7可知，在加入礦粉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)隨著礦粉的占比增大而增大。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 礦粉對(duì)混合料性能的影響

（1）級(jí)配礦粉組成對(duì)混合料性能指標(biāo)的影響

選用本文1.2節(jié)三種級(jí)配進(jìn)行混合料制備并測試性能指標(biāo)，分析礦粉組成與混合料指標(biāo)關(guān)聯(lián)特征。

使用量的增加，細(xì)集料使用量的減少），粉膠比、礦粉占2.36 mm以下比例、礦粉占0.075 mm以下比例均增加，隨之其浸水殘留穩(wěn)定度提高較為明顯、浸水肯塔堡飛散降低較為明顯，而對(duì)穩(wěn)定度無明顯影響。且粉膠比、礦粉占2.36 mm以下比例與浸水殘留穩(wěn)定度、浸水肯塔堡飛散具有一定相關(guān)性，相關(guān)擬合公式如式（1）、式（2）所示。粉膠比與礦粉占比對(duì)透水混凝土水穩(wěn)定性與抵抗飛散的能力具有較大影響。

由于礦料級(jí)配組成的不同對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)同樣具有影響，因此選用固定的級(jí)配2（粉膠比1.3），通過礦粉替換0.075 mm以下粉料，并進(jìn)行混合料試驗(yàn)驗(yàn)證。

由表9數(shù)據(jù)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）級(jí)配礦粉組成對(duì)混合料功能性指標(biāo)的影響

選用本文1.2節(jié)三種級(jí)配進(jìn)行混合料制備，并根據(jù)式（3）計(jì)算連通空隙率。

由表10數(shù)據(jù)可知，三個(gè)級(jí)配2.36 mm通過率基本相同，實(shí)測的空隙率非常相近，但由于粉膠比的不同，連通空隙率有所不同。在相同的2.36 mm通過率條件下，一定范圍內(nèi)粉膠比越高，其混合料連通空隙率相對(duì)越小，形成閉合空隙相對(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)越容易形成封閉空間。

3 結(jié)語

（1）摻入0.075 mm以下通過率粉料后所形成的瀝青膠漿，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改善，有效提升透水瀝青混凝土的耐久性。因此在生產(chǎn)透水瀝青混合料時(shí)，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。

[1]成 華.城市道路排水性瀝青混合料OGFC應(yīng)用研究[D].西安：長安大學(xué)，2011.

[2]WANG L B.Mechanics of asphalt microstructure and micromechanics[M].NYC：The Mc Graw-Hill companies，2011.

[3]Umiliaco A.，Benedetto A.New mathematical paradigm applied to fluid flow in porous media：the case of permeable asphalt pavement[A].Proceedings of the 2013 International Conference on Applied Mathematics and Computational Methods in Engineering[C].2013.

[4]譚 利，易 文，何賢鋒，等.防滑降噪瀝青路面施工工藝及質(zhì)量控制[J].中外公路，2017，37（2）：41-45.

[5]劉 暉.大空隙排水降噪瀝青路面的應(yīng)用研究[D].西安：長安大學(xué)，2019.

[6]Liu Quantao，Schlangen Erik，Van De Ven Martin.Induction healing of porous asphalt[J].Transportation Research Record，2012（2）：95-101.

[7]Wuguang Lin，SungWoo Ryu，Ph.D.，et al.Performance of Permeable Block Pavements in Accelerated Pavement Test and Rainfall Simulation[J].American Society of Civil Engineers，2014（4）：1 861-1 868.

[8]李 偉.雙層排水降噪瀝青路面技術(shù)性能分析[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2018，14（1）：97-99.

[9]樊 亮，魏建明，張玉貞，等.礦粉對(duì)瀝青膠漿的性質(zhì)影響及作用機(jī)理[J].建筑材料學(xué)報(bào)，2014，17（6）：1 096-1 101.

[10]李[HTXH1]啟榮，許新權(quán)，紀(jì)小平，等.水泥與消石灰對(duì)瀝青膠漿流變性能的影響[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)（交通科學(xué)與工程版），2021，45（1）：99-104.

[11]曾夢(mèng)瀾，謝學(xué)成，李君峰，等.礦物填料種類與含量對(duì)瀝青膠漿PG分級(jí)的影響[J].湘潭大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào)，2017（2）：13-19.

[12]樊英華.粉膠比對(duì)瀝青混合料性能的影響研究[J].公路交通科技，2011，12（1）：148-150.