硅灰用量對擬定級配瀝青混合料性能的影響研究

文章研究硅灰代替礦粉后對瀝青混合料性能產(chǎn)生的影響，通過試驗得出：當硅灰用量從5%增加到20%時，硅灰-瀝青膠漿的劈裂強度增加；當硅灰用量由5%增加到20%時，瀝青混凝土VFA和VV急劇減少，毛體積密度增大，有效提高瀝青混凝土的抵抗水損害的能力；用量＞20%后，抗水損能力會降低；當硅灰用量為20%時，硅灰-瀝青的膠結(jié)作用最為明顯。研究表明，硅灰代替礦粉可以降低造價，增加瀝青混合料的凍融劈裂強度，抵抗水損害的能力效果明顯，從而延長道路的耐久性。

硅灰；低碳交通；劈裂強度；耐久性

U416.03A180602

作者簡介：

劉新偉（1989—），碩士，講師，研究方向：建筑材料。

0" 引言

本文通過軟件擬定的骨架密實級配AC-16瀝青混合料和規(guī)范級配AC-16進行對比，骨架密實結(jié)構(gòu)由足夠的粗集料嵌擠形成，對于骨架形成的空隙由大量的細集料進行填充。此級配力學性質(zhì)優(yōu)良，同時高溫穩(wěn)定性良好。

研究表明，集料的特性很大意義上影響了瀝青混凝土的各種性能。由于嵌擠密實型瀝青混合料的瀝青含量及礦粉含量較多，而硅灰［1］細度模數(shù)較大，以硅灰代替礦粉可以達到節(jié)能減排、降低成本的效果，本文在試驗基礎(chǔ)上研究硅灰含量對嵌擠密實型瀝青混凝土［2］性能的影響，為工程應(yīng)用提供借鑒。

1" 試驗原材料

1.1" 瀝青

本文采用的瀝青是山西太原產(chǎn)的SBS改性瀝青，其性質(zhì)如表1所示。

1.2" 粗集料

本文采用的碎石為山西太原石料廠的石灰?guī)r，其技術(shù)性質(zhì)見表2。

1" 3" 細集料

本文采用的砂子為山西太原生產(chǎn)的機制砂，其表觀密度見表3。

1.4" 填料

本文采用的硅灰的技術(shù)性質(zhì)指標見表4。

2" 瀝青混凝土級配設(shè)計

2.1" 級配設(shè)計

碎石與砂的質(zhì)量比對于瀝青混合料可否形成骨架密實結(jié)構(gòu)有很大影響，本文基于顆粒流軟件模擬結(jié)果，16～13.2 mm∶13.2～9.5 mm∶9.5～4.75 mm集料質(zhì)量比為45∶35∶20，細集料級配采用泰波（Taibol）公式［3］以密度最大原則建立的級配理論計算，擬定的粗細集料質(zhì)量比例為60∶40，通過比較其與規(guī)范級配的路用性能，最終擬定AC-16強嵌擠骨架密實級配見表5。

2.2" 硅灰用量對瀝青混凝土各項指標的影響

瀝青與各組成材料混合后形成的復合材料的性能在很大程度上影響并決定了瀝青混凝土的性能。本文通過測得瀝青混凝土的體積特征參數(shù)來確定瀝青混凝土各組成材料的關(guān)系和特征。增大硅灰用量（以5%的比例增加）后，擬定級配瀝青混合料和規(guī)范級配瀝青混合料的馬歇爾試驗參數(shù)結(jié)果如表6所示。硅灰用量對瀝青混合料的馬歇爾試驗參數(shù)［4］的影響如圖1所示。

硅灰用量對擬定級配瀝青混合料性能的影響研究/劉新偉

由圖1可知：

（1）當硅灰用量從5%增加到20%時，瀝青混合料毛體積密度增加，穩(wěn)定度增加，最佳油石比相應(yīng)增大，說明瀝青與硅灰的膠結(jié)作用顯著。由于硅灰的比表面積大，硅灰膠漿的粘聚力與比表面積正相關(guān)，硅灰顆粒的表面更容易吸附瀝青，故粘聚力增加。當硅灰用量從20%增加到25%時，瀝青混合料的毛體積密度和最佳油石比相應(yīng)減小，穩(wěn)定度也減小，說明硅灰的最佳用量為20%。

（2）當硅灰用量從5%增加到20%時，混合料VMA和空隙率VV急劇減少，且毛體積密度增大；繼續(xù)增加硅灰用量（20%增加到25%），瀝青混合料的空隙率開始增長，且毛體積密度開始降低。

（3）以上試驗結(jié)果表明，硅灰用量為20%時，瀝青混合料的各性能最優(yōu)，故本文選擇硅灰用量為20%來研究嵌擠密實型瀝青混凝土的力學性能。

3" 硅灰用量為20%時瀝青混合料力學強度研究

現(xiàn)規(guī)定硅灰用量為20%，同時擬訂5個溫度來做抗壓試驗，所有馬歇爾試件需通過恒溫水浴以達到測試溫度。

通過試驗得到抗壓強度值如表7所示。

當硅灰用量為20%時，擬定5個溫度進行劈裂強度試驗（如圖2所示）。

通過劈裂試驗得到GM及GF劈裂強度值如表8所示。

表7、表8的數(shù)據(jù)說明當硅灰的用量為20%時，顯著影響了混合料的凍融劈裂強度，而對抗壓強度影響甚微。究其原因，影響凍融劈裂強度的主要因素是集料間的粘聚力，而抗壓強度要靠集料的骨架作用來承重，所以增加硅灰的用量后，因硅灰的比表面積增大，增大的表面積可以吸附的瀝青增多，使得硅灰-瀝青的膠凝作用增大，集料間的粘聚力增強，劈裂強度隨之增大，使混合料在低溫時的抗裂性能增加，有效提高了耐久性。

4" 結(jié)語

（1）當硅灰用量從5%增加到20%時，硅灰-瀝青膠漿的劈裂強度增加。影響硅灰-瀝青膠漿劈裂強度的主要因素是硅灰比表面積大，從而吸附了更多的瀝青，硅灰膠漿c值大小與硅灰比表面積指標正相關(guān)。比表面積的增大使得擬定級配瀝青混合料的粘聚力顯著提高。

（2）當硅灰用量由5%增加到20%時，瀝青混凝土的VFA和VV急劇減少，毛體積密度增大，這可以有效提高瀝青混凝土的抵抗水損害的能力；當硅灰用量從20%增加到25%時，VFA和VV有所增加。可見硅灰用量過多時，其抗水損能力會降低，主要由于硅灰抗水損能力不僅與硅灰用量有關(guān)，還與硅灰的孔隙特征和瀝青混合料的孔隙特征有關(guān)。

（3）試驗數(shù)據(jù)表明：當硅灰用量為20%時，硅灰-瀝青的膠結(jié)作用最為明顯，擬定級配瀝青混合料的粘聚力也不斷增大。凍融劈裂強度增大，使得瀝青混合料的低溫抗裂性能明顯增加。

［1］尹曉波.硅灰對瀝青混合料性能影響的試驗研究［D］.合肥：合肥工業(yè)大學，2019.

［2］張" 毅，蔣應(yīng)軍，楊秋俠.瀝青混合料礦料強嵌擠結(jié)構(gòu)研究［J］.西安建筑科技大學學報（自然科學版），2013（2）：185-191.

［3］JTG D50-2006，公路路面瀝青設(shè)計規(guī)范［S］..

［4］王端宜，張肖寧，王紹懷.級配對瀝青混合料體積特性的影響［J］.華南理工大學學報（自然科學版），2002，30（3）：53-56.

20240310