文章研究硅灰代替礦粉后對(duì)瀝青混合料性能產(chǎn)生的影響，通過(guò)試驗(yàn)得出：當(dāng)硅灰用量從5%增加到20%時(shí)，硅灰-瀝青膠漿的劈裂強(qiáng)度增加；當(dāng)硅灰用量由5%增加到20%時(shí)，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(huì)降低；當(dāng)硅灰用量為20%時(shí)，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(jià)，增加瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度，抵抗水損害的能力效果明顯，從而延長(zhǎng)道路的耐久性。

硅灰；低碳交通；劈裂強(qiáng)度；耐久性

U416.03A180602

作者簡(jiǎn)介：

劉新偉（1989—），碩士，講師，研究方向：建筑材料。

0" 引言

本文通過(guò)軟件擬定的骨架密實(shí)級(jí)配AC-16瀝青混合料和規(guī)范級(jí)配AC-16進(jìn)行對(duì)比，骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)由足夠的粗集料嵌擠形成，對(duì)于骨架形成的空隙由大量的細(xì)集料進(jìn)行填充。此級(jí)配力學(xué)性質(zhì)優(yōu)良，同時(shí)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(shí)型瀝青混合料的瀝青含量及礦粉含量較多，而硅灰［1］細(xì)度模數(shù)較大，以硅灰代替礦粉可以達(dá)到節(jié)能減排、降低成本的效果，本文在試驗(yàn)基礎(chǔ)上研究硅灰含量對(duì)嵌擠密實(shí)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(yàn)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(jiàn)表2。

1" 3" 細(xì)集料

本文采用的砂子為山西太原生產(chǎn)的機(jī)制砂，其表觀密度見(jiàn)表3。

1.4" 填料

本文采用的硅灰的技術(shù)性質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表4。

2" 瀝青混凝土級(jí)配設(shè)計(jì)

2.1" 級(jí)配設(shè)計(jì)

碎石與砂的質(zhì)量比對(duì)于瀝青混合料可否形成骨架密實(shí)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(xì)集料級(jí)配采用泰波（Taibol）公式［3］以密度最大原則建立的級(jí)配理論計(jì)算，擬定的粗細(xì)集料質(zhì)量比例為60∶40，通過(guò)比較其與規(guī)范級(jí)配的路用性能，最終擬定AC-16強(qiáng)嵌擠骨架密實(shí)級(jí)配見(jiàn)表5。

2.2" 硅灰用量對(duì)瀝青混凝土各項(xiàng)指標(biāo)的影響

瀝青與各組成材料混合后形成的復(fù)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(guò)測(cè)得瀝青混凝土的體積特征參數(shù)來(lái)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(jí)配瀝青混合料和規(guī)范級(jí)配瀝青混合料的馬歇爾試驗(yàn)參數(shù)結(jié)果如表6所示。硅灰用量對(duì)瀝青混合料的馬歇爾試驗(yàn)參數(shù)［4］的影響如圖1所示。

硅灰用量對(duì)擬定級(jí)配瀝青混合料性能的影響研究/劉新偉

由圖1可知：

（1）當(dāng)硅灰用量從5%增加到20%時(shí)，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(shuō)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(dāng)硅灰用量從20%增加到25%時(shí)，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(shuō)明硅灰的最佳用量為20%。

（2）當(dāng)硅灰用量從5%增加到20%時(shí)，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(kāi)始增長(zhǎng)，且毛體積密度開(kāi)始降低。

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

3" 硅灰用量為20%時(shí)瀝青混合料力學(xué)強(qiáng)度研究

現(xiàn)規(guī)定硅灰用量為20%，同時(shí)擬訂5個(gè)溫度來(lái)做抗壓試驗(yàn)，所有馬歇爾試件需通過(guò)恒溫水浴以達(dá)到測(cè)試溫度。

通過(guò)試驗(yàn)得到抗壓強(qiáng)度值如表7所示。

當(dāng)硅灰用量為20%時(shí)，擬定5個(gè)溫度進(jìn)行劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)（如圖2所示）。

通過(guò)劈裂試驗(yàn)得到GM及GF劈裂強(qiáng)度值如表8所示。

表7、表8的數(shù)據(jù)說(shuō)明當(dāng)硅灰的用量為20%時(shí)，顯著影響了混合料的凍融劈裂強(qiáng)度，而對(duì)抗壓強(qiáng)度影響甚微。究其原因，影響凍融劈裂強(qiáng)度的主要因素是集料間的粘聚力，而抗壓強(qiáng)度要靠集料的骨架作用來(lái)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(qiáng)，劈裂強(qiáng)度隨之增大，使混合料在低溫時(shí)的抗裂性能增加，有效提高了耐久性。

4" 結(jié)語(yǔ)

（1）當(dāng)硅灰用量從5%增加到20%時(shí)，硅灰-瀝青膠漿的劈裂強(qiáng)度增加。影響硅灰-瀝青膠漿劈裂強(qiáng)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(biāo)正相關(guān)。比表面積的增大使得擬定級(jí)配瀝青混合料的粘聚力顯著提高。

（2）當(dāng)硅灰用量由5%增加到20%時(shí)，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(dāng)硅灰用量從20%增加到25%時(shí)，VFA和VV有所增加?？梢?jiàn)硅灰用量過(guò)多時(shí)，其抗水損能力會(huì)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(yàn)數(shù)據(jù)表明：當(dāng)硅灰用量為20%時(shí)，硅灰-瀝青的膠結(jié)作用最為明顯，擬定級(jí)配瀝青混合料的粘聚力也不斷增大。凍融劈裂強(qiáng)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(duì)瀝青混合料性能影響的試驗(yàn)研究［D］.合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2019.

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

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

［4］王端宜，張肖寧，王紹懷.級(jí)配對(duì)瀝青混合料體積特性的影響［J］.華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2002，30（3）：53-56.

20240310