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硅灰用量对拟定级配沥青混合料性能的影响研究

2024-10-14 82 上传者：管理员

摘要：文章研究硅灰代替矿粉后对沥青混合料性能产生的影响，通过试验得出：当硅灰用量从5%增加到20%时，硅灰-沥青胶浆的劈裂强度增加；当硅灰用量由5%增加到20%时，沥青混凝土VFA和VV急剧减少，毛体积密度增大，有效提高沥青混凝土的抵抗水损害的能力；用量>20%后，抗水损能力会降低；当硅灰用量为20%时，硅灰-沥青的胶结作用最为明显。研究表明，硅灰代替矿粉可以降低造价，增加沥青混合料的冻融劈裂强度，抵抗水损害的能力效果明显，从而延长道路的耐久性。

关键词：
低碳交通
劈裂强度
沥青混合料
硅灰
耐久性
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本文通过软件拟定的骨架密实级配AC-16沥青混合料和规范级配AC-16进行对比，骨架密实结构由足够的粗集料嵌挤形成，对于骨架形成的空隙由大量的细集料进行填充。此级配力学性质优良，同时高温稳定性良好。

研究表明，集料的特性很大意义上影响了沥青混凝土的各种性能。由于嵌挤密实型沥青混合料的沥青含量及矿粉含量较多，而硅灰[1]细度模数较大，以硅灰代替矿粉可以达到节能减排、降低成本的效果，本文在试验基础上研究硅灰含量对嵌挤密实型沥青混凝土[2]性能的影响，为工程应用提供借鉴。

1、试验原材料

1.1沥青

本文采用的沥青是山西太原产的SBS改性沥青，其性质如表1所示。

表1 SBS改性沥青技术指标表

1.2粗集料

本文采用的碎石为山西太原石料厂的石灰岩，其技术性质见表2。

表2碎石的技术性质表

1 3细集料

本文采用的砂子为山西太原生产的机制砂，其表观密度见表3。

表3砂的表观密度表

1.4填料

本文采用的硅灰的技术性质指标见表4。

表4硅灰的技术性质指标表

2、沥青混凝土级配设计

2.1级配设计

碎石与砂的质量比对于沥青混合料可否形成骨架密实结构有很大影响，本文基于颗粒流软件模拟结果，16～13.2mm∶13.2～9.5mm∶9.5～4.75mm集料质量比为45∶35∶20,细集料级配采用泰波(Taibol)公式[3]以密度最大原则建立的级配理论计算，拟定的粗细集料质量比例为60∶40,通过比较其与规范级配的路用性能，最终拟定AC-16强嵌挤骨架密实级配见表5。

表5骨架密实AC-16拟定级配与规范级配表

2.2硅灰用量对沥青混凝土各项指标的影响

沥青与各组成材料混合后形成的复合材料的性能在很大程度上影响并决定了沥青混凝土的性能。本文通过测得沥青混凝土的体积特征参数来确定沥青混凝土各组成材料的关系和特征。增大硅灰用量(以5%的比例增加)后，拟定级配沥青混合料和规范级配沥青混合料的马歇尔试验参数结果如表6所示。硅灰用量对沥青混合料的马歇尔试验参数[4]的影响如图1所示。

表6 5%～25%硅灰用量下G M与G F各项指标表

由图1可知：

(1)当硅灰用量从5%增加到20%时，沥青混合料毛体积密度增加，稳定度增加，最佳油石比相应增大，说明沥青与硅灰的胶结作用显著。由于硅灰的比表面积大，硅灰胶浆的粘聚力与比表面积正相关，硅灰颗粒的表面更容易吸附沥青，故粘聚力增加。当硅灰用量从20%增加到25%时，沥青混合料的毛体积密度和最佳油石比相应减小，稳定度也减小，说明硅灰的最佳用量为20%。

(2)当硅灰用量从5%增加到20%时，混合料VMA和空隙率VV急剧减少，且毛体积密度增大；继续增加硅灰用量(20%增加到25%),沥青混合料的空隙率开始增长，且毛体积密度开始降低。

(3)以上试验结果表明，硅灰用量为20%时，沥青混合料的各性能最优，故本文选择硅灰用量为20%来研究嵌挤密实型沥青混凝土的力学性能。

3、硅灰用量为20%时沥青混合料力学强度研究

现规定硅灰用量为20%,同时拟订5个温度来做抗压试验，所有马歇尔试件需通过恒温水浴以达到测试温度。

图1 5%～25%硅灰用量时GM及GF马歇尔试验参数结果柱状图

通过试验得到抗压强度值如表7所示。

表7硅灰用量为20%时混合料抗压强度值表

当硅灰用量为20%时，拟定5个温度进行劈裂强度试验(如图2所示)。

图2劈裂强度试验示意图

通过劈裂试验得到GM及GF劈裂强度值如表8所示。

表8硅灰用量为20%时混合料劈裂强度值表

表7、表8的数据说明当硅灰的用量为20%时，显著影响了混合料的冻融劈裂强度，而对抗压强度影响甚微。究其原因，影响冻融劈裂强度的主要因素是集料间的粘聚力，而抗压强度要靠集料的骨架作用来承重，所以增加硅灰的用量后，因硅灰的比表面积增大，增大的表面积可以吸附的沥青增多，使得硅灰-沥青的胶凝作用增大，集料间的粘聚力增强，劈裂强度随之增大，使混合料在低温时的抗裂性能增加，有效提高了耐久性。

4、结语

(1)当硅灰用量从5%增加到20%时，硅灰-沥青胶浆的劈裂强度增加。影响硅灰-沥青胶浆劈裂强度的主要因素是硅灰比表面积大，从而吸附了更多的沥青，硅灰胶浆c值大小与硅灰比表面积指标正相关。比表面积的增大使得拟定级配沥青混合料的粘聚力显著提高。

(2)当硅灰用量由5%增加到20%时，沥青混凝土的VFA和VV急剧减少，毛体积密度增大，这可以有效提高沥青混凝土的抵抗水损害的能力；当硅灰用量从20%增加到25%时，VFA和VV有所增加。可见硅灰用量过多时，其抗水损能力会降低，主要由于硅灰抗水损能力不仅与硅灰用量有关，还与硅灰的孔隙特征和沥青混合料的孔隙特征有关。

(3)试验数据表明：当硅灰用量为20%时，硅灰-沥青的胶结作用最为明显，拟定级配沥青混合料的粘聚力也不断增大。冻融劈裂强度增大，使得沥青混合料的低温抗裂性能明显增加。

参考文献:

[1]尹晓波.硅灰对沥青混合料性能影响的试验研究[D].合肥:合肥工业大学,2019.

[2]张毅,蒋应军,杨秋侠.沥青混合料矿料强嵌挤结构研究[J].西安建筑科技大学学报(自然科学版),2013(2):185-191.

[3]JTG D50-2006,公路路面沥青设计规范[S]..

[4]王端宜,张肖宁,王绍怀.级配对沥青混合料体积特性的影响[J].华南理工大学学报(自然科学版),2002,30(3):53-56.

文章来源:刘新伟.硅灰用量对拟定级配沥青混合料性能的影响研究[J].西部交通科技,2024,(10):60-61+185.