拜耳法赤泥做填料對瀝青混合料性能影響研究

姚立陽,高文英

(河南城建學(xué)院 土木與交通工程學(xué)院,河南 平頂山 467036)

0 引言

世界各國已鋪裝和未鋪裝的道路總里程總計已超過3 600萬km[1]，截至2019年，中國的高速公路里程達(dá)14.26萬km，作為一個發(fā)展中國家，仍滿足不了經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的需求。在道路建設(shè)和養(yǎng)護(hù)領(lǐng)域，瀝青混合料是最主要的一種道路材料。填料作為瀝青混合料的重要組成部分，含量雖然相對較少，但對瀝青混合料的性能影響十分顯著[2-6]。目前，在瀝青混合料中普遍使用的填料是天然的石灰石礦粉，然而，石灰石礦料是一種自然資源，隨著中國的水泥行業(yè)和建筑業(yè)的發(fā)展，石灰?guī)r正面臨枯竭的危險[7-8]，而且石灰石填料在加工制備過程中會產(chǎn)生大量的粉塵引起空氣污染，再加上近幾年中國政府對環(huán)保的要求越來越高，導(dǎo)致很多的礦山開采被禁止和礦料加工企業(yè)被關(guān)停，致使石灰石填料的價格一升再升，因此，急需有更多更好的填料出現(xiàn)來替代傳統(tǒng)的石灰石填料。

目前，利用固體廢棄物的回收再利用來制備瀝青混合料填料研究正逐漸成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。一些研究人員已經(jīng)成功地發(fā)現(xiàn)了幾種廢棄材料可以取代瀝青混合料中傳統(tǒng)的石灰石礦粉做填料，如鋼渣、回收紅磚粉、脫硫灰、煤廢粉、粉煤灰和廢石灰等[9-14]。雖然這些材料的成功研制，可以解燃眉之急，但是仍然滿足不了中國快速發(fā)展的交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的需要，亟待有更多更好的替代材料出現(xiàn)。

赤泥是氧化鋁工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的一種工業(yè)廢渣，拜耳法赤泥是堿法生產(chǎn)氧化鋁時所排放的固體廢渣，在我國超過90%的鋁業(yè)公司使用拜耳法工藝生產(chǎn)氧化鋁，一般每生產(chǎn)1 t氧化鋁要排放0.9～1.5 t的赤泥[15]。全世界每年產(chǎn)生赤泥超過1.2億t[16]，我國氧化鋁和赤泥的產(chǎn)量均居世界第一[17]。因此，對拜耳法赤泥如何進(jìn)行資源化再生利用也就成為亟待解決的問題。目前，我國處理這些赤泥主要采用堆積存儲的方式，這樣不僅占用了大量的土地，而且還對周圍環(huán)境和地下水資源等帶來了環(huán)境污染風(fēng)險和安全隱患，因此，亟待有更多更有效的方法來處治這些赤泥。近年來，世界各地的研究人員對赤泥的處理和利用進(jìn)行了大量研究，這些研究主要集中在利用赤泥制備建筑材料、回收有價值元素、凈化氣體、進(jìn)行水處理和改善土壤等方面。由于建筑材料領(lǐng)域可以快速高效的消耗大量赤泥，所以得到人們的廣泛關(guān)注，然而，拜耳法赤泥本身的高堿性導(dǎo)致了其在建材領(lǐng)域應(yīng)用的瓶頸，致使赤泥的處理成本急劇升高。若廢棄物赤泥能在瀝青路面中得到應(yīng)用，將開辟赤泥利用的新途徑。

赤泥作為一種建筑材料在建筑工程領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用，然而在道路工程領(lǐng)域的應(yīng)用研究卻很少有報道[18-19]，特別是針對拜耳法赤泥在瀝青混合料中的應(yīng)用研究報道則更少。雖然赤泥本身具有高堿性、浸出毒性和一定放射性，但是已經(jīng)被證實(shí)在道路工程領(lǐng)域應(yīng)用對環(huán)境和人體都是安全的[20]。本文主要研究利用拜耳法赤泥替代或部分替代傳統(tǒng)的石灰石礦粉做填料時對瀝青混合料路用性能的影響。為此，本文采用馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)、靜載單軸蠕變恢復(fù)試驗(yàn)、低溫劈裂試驗(yàn)、浸水馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)等來研究拜耳法赤泥瀝青混合料的路用性能，期望得到拜耳法赤泥做填料時對瀝青混合料路用性能的影響規(guī)律。

1 材料與試驗(yàn)方法

1.1 材料

1.1.1瀝青

本文選用山東省華瑞瀝青公司提供的70#基瀝青。根據(jù)試驗(yàn)測試標(biāo)準(zhǔn)[21]，瀝青的針入度 (25 ℃， 100 g， 5 s)為69(0.1 mm)； 瀝青的延度(15 ℃， 5 cm/min)為163 cm；瀝青的軟化點(diǎn)為46.7 ℃。

1.1.2集料

本文選用破碎玄武巖集料來制備瀝青混合料，混合料類型為DAC-13型，級配曲線如圖1所示；其中填料的質(zhì)量占集料總質(zhì)量的4%。

圖1 級配曲線Figure 1 Aggregate gradation curves

拜耳法赤泥來源于位于河南省焦作市的中國鋁業(yè)股份有限公司中州分公司，中州分公司是中國鋁業(yè)股份有限公司下屬的六大氧化鋁生產(chǎn)基地之一，年產(chǎn)赤泥約200萬t。將取回的赤泥在烘箱中烘干，磨細(xì)后利用篩子進(jìn)行篩分，得到本文所需要的赤泥填料如圖2所示。天然石灰石礦粉來自河南省寶豐縣。石灰石礦粉和拜耳法赤泥的基本性質(zhì)如表1所示。通過X射線熒光光譜儀(XRF)得到兩者的化學(xué)成分如表2所示，從表2可以看到，石灰石礦粉的主要成分為CaO，達(dá)到46.90%；CaO是一種堿性氧化物，但拜耳法赤泥中CaO的含量相對較少，兩者混合后做填料，可以彌補(bǔ)拜耳法赤泥中CaO不足的缺點(diǎn)，從而改善集料與瀝青之間粘附性能。

圖2 拜耳法赤泥Figure 2 Bayer red mud

表1 赤泥與礦粉基本性質(zhì)Table 1 Basic performances of listoneme and bayer red mud填料不同孔徑(mm)的通過百分率 /%0.60.30.075表觀密度/(g·cm-3)礦粉100.097.991.82.79拜耳法赤泥100.098.691.32.82

表2 赤泥與礦粉化學(xué)組成Table 2 Chemical composition of listoneme and bayer red mud成分礦粉/%拜耳法赤泥/%CaO46.908.76SiO217.9636.01Fe2O30.519.76Al2O30.4621.36TiO20.0352.64Na2O0.0813.21MgO3.640.86K2O0.10.77其他0.362.03燒失量29.9314.67

1.2 瀝青混合料的設(shè)計和制備

本文以石灰石礦粉做填料的瀝青混合料作為基準(zhǔn)混合料，采用馬歇爾方法來確定瀝青混合料的最佳瀝青用量，得到基準(zhǔn)瀝青混合料DAC-13的最佳瀝青用量為5.1%。針對基準(zhǔn)瀝青混合料，利用拜耳法赤泥部分或全部替代石灰石礦粉做填料時，赤泥替代石灰石礦粉的質(zhì)量百分率分別為0%，25%，50%、75%和100%，因此，可得到本文所使用的5種填料，針對這5種不用類型的填料，本文所采用的各種瀝青混合料類型如表3所示。根據(jù)試驗(yàn)分析，該表中所有瀝青混合料類型的最佳瀝青用量的變化范圍小于0.15%，因此，為了更好地研究填料類型對瀝青混合料性能的影響，對所有類型的瀝青混合料選擇了等瀝青用量的方法進(jìn)行性能研究。

表3 混合料類型Table 3 Studied mixture compositions序號填料組成混合料類型1 0%赤泥+100%石灰石礦粉赤泥 0 2 25%赤泥+75%石灰石礦粉赤泥25 3 50%赤泥+50%石灰石礦粉赤泥50 4 75%赤泥+25%石灰石礦粉赤泥75 5 100%赤泥+0%石灰石礦粉赤泥100

于是根據(jù)上述集料級配和最佳瀝青用量來制備所需要的各種瀝青混合料試件。本文涉及到的瀝青混合料試驗(yàn)方法主要有4種，即馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)、瀝青混合料低溫劈裂試驗(yàn)、浸水馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)和瀝青混合料單軸蠕變恢復(fù)試驗(yàn)，涉及到的瀝青混合料試件的規(guī)格主要有兩種，即馬歇爾穩(wěn)定度試件(Φ101.6 mm×63.5 mm)和蠕變恢復(fù)試驗(yàn)試件(Φ100 mm×100 mm)，前3種試驗(yàn)方法使用的試件都是標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾穩(wěn)定度試件，最后一種試驗(yàn)方法用到的是蠕變恢復(fù)試驗(yàn)試件，馬歇爾穩(wěn)定度試件采用擊實(shí)法成型，蠕變恢復(fù)試驗(yàn)試件采用靜壓法成型。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)

通過瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)可以直接得到試件破壞時承受的最大外力即馬歇爾穩(wěn)定度(MS)和垂直方向的變形即流值(FL)兩個技術(shù)指標(biāo)，通過式(1)可以得到指標(biāo)馬歇爾模數(shù)(T)：

(1)

式中：MS為馬歇爾穩(wěn)定度，kN；FL為馬歇爾試件的流值，mm。

1.3.2瀝青混合料劈裂試驗(yàn)

瀝青混合料劈裂試驗(yàn)是用于評價瀝青混合料低溫抗裂性能的。所用試件為馬歇爾試件，試驗(yàn)溫度-10 ℃，試驗(yàn)前試件在空氣浴中保溫6 h，試驗(yàn)時加載速率為1 mm/min，通過測量試件在最大破壞荷載時產(chǎn)生的垂直方向總變形，通過式(2)可以得到試件的破壞拉伸應(yīng)變εT：

(2)

式中：XT為試件在最大破壞荷載時的垂直方向總變形，mm；μ為泊松比，當(dāng)試驗(yàn)溫度低于10 ℃時，μ取值0.25。

1.3.3水穩(wěn)定性試驗(yàn)

浸水馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)可以評估瀝青混合料的水穩(wěn)定性，以檢驗(yàn)瀝青混合料浸水損害時抵抗剝落的能力。試驗(yàn)時，試件分為兩組，一組按照上述標(biāo)準(zhǔn)的馬歇爾試驗(yàn)方法，測定其馬歇爾穩(wěn)定度(MS)，另一組試件在60 ℃水浴中保溫48 h后再在馬歇爾穩(wěn)定度儀上測其穩(wěn)定度即浸水馬歇爾穩(wěn)定度(IMS)，通過式(3)可以得到試驗(yàn)指標(biāo)浸水馬歇爾穩(wěn)定度比(IMSR)如下：

(3)

式中：IMS為浸水馬歇爾穩(wěn)定度，即試件在60 ℃水浴中保溫48 h后測得的穩(wěn)定度，kN；MS為馬歇爾穩(wěn)定度，即試件在60 ℃水浴中保溫30 min后測得的穩(wěn)定度，kN。

1.3.4瀝青混合料單軸蠕變恢復(fù)試驗(yàn)

蠕變恢復(fù)試驗(yàn)?zāi)軌驕y定瀝青混合料的黏彈性能，可以從黏彈性材料角度對瀝青混合料的抗高溫變形能力進(jìn)行分析。本研究采用微機(jī)控制的電子萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行單軸蠕變恢復(fù)試驗(yàn)；試驗(yàn)溫度選取40 ℃和60 ℃，試驗(yàn)前，試件在要求溫度下利用空氣浴保溫24 h。采用加載方式為：先以2 mm/min的加載速度施加預(yù)壓力80 N，保載60 s；然后以700 N/s的加載速度加載到所需力1 500 N，保載1 800 s；再以700 N/s的加載速度卸載到0 N，保載1 800 s。

2 結(jié)果與討論

2.1 馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果

馬歇爾穩(wěn)定度反映了瀝青混合料在高溫條件下的破壞強(qiáng)度，也可以反映瀝青混合料在高溫下抵抗推移和車轍的能力。添加5種不同類型填料的瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。從圖3可以看到，赤泥100瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度最大，達(dá)到15.54 kN，赤泥50瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度最小，只有11.09 kN；赤泥0瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度為12.20 kN。結(jié)果表明了赤泥100瀝青混合料即拜耳法赤泥瀝青混合料的高溫抗推移和車轍能力最強(qiáng)，赤泥50瀝青混合料最弱；還可看到拜耳法赤泥瀝青混合料和赤泥75瀝青混合料的抗推移變形和車轍的能力明顯均強(qiáng)于傳統(tǒng)的石灰石礦粉做填料的瀝青混合料；并且5種瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度值均滿足規(guī)范《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)的要求，即不能小于8 kN。

圖3 馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果Figure 3 Results of marshall stability test

流值是馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)時試件在發(fā)生破壞時豎直方向的變形，反映了瀝青混合料在高溫時的塑性和柔韌性，并且流值與內(nèi)摩擦力呈線性反比關(guān)系[22-24]。高溫時，瀝青混合料的流值不能過大，否則瀝青混合料易于出現(xiàn)過大的塑性變形，導(dǎo)致高溫抗車轍能力降低。添加5種不同類型填料的瀝青混合料流值試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。從圖4可以看到，赤泥100瀝青混合料的流值最小，為4.41 mm，赤泥50瀝青混合料的流值最大，達(dá)到5.55 mm；赤泥0瀝青混合料的流值為5.06 mm。結(jié)果表明了赤泥100瀝青混合料即拜耳法赤泥瀝青混合料在高溫時塑性變形最小，赤泥50瀝青混合料高溫時的塑性變形最大，說明拜耳法赤泥瀝青混合料在發(fā)生變形時內(nèi)摩擦力最大，抗車轍能力最強(qiáng)，而赤泥50瀝青混合料的內(nèi)摩擦力最小，抗車轍能力最弱；還可看到赤泥100瀝青混合料和赤泥75瀝青混合料的塑性變形均明顯小于赤泥0瀝青混合料即傳統(tǒng)的石灰石礦粉做填料的瀝青混合料，說明前兩者的高溫抗車轍能力均強(qiáng)于傳統(tǒng)的石灰石礦粉瀝青混合料。

圖4 流值試驗(yàn)結(jié)果Figure 4 Test results of flow values

馬歇爾模數(shù)是馬歇爾穩(wěn)定度與流值的比值，是評價瀝青混合料車轍性能的標(biāo)準(zhǔn)，認(rèn)為馬歇爾模數(shù)較高的混合料具有較高的抗永久變形能力[25-26]。馬歇爾模數(shù)越大說明瀝青混合料在受到外力時的變形越小，或者說在發(fā)生同樣變形時可以抵抗較大的外力。添加5種不同類型填料的瀝青混合料馬歇爾模數(shù)試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。從圖5可看到，赤泥100瀝青混合料的馬歇爾模數(shù)最大，為3.62 kN/mm，赤泥25瀝青混合料的馬歇爾模數(shù)最小，為1.73 kN/mm；赤泥0瀝青混合料的馬歇爾模數(shù)為2.12 kN/mm。結(jié)果表明了赤泥100瀝青混合料即拜耳法赤泥瀝青混合料的高溫抗變形能力最強(qiáng)，赤泥25瀝青混合料最弱；還可看到赤泥100瀝青混合料和赤泥75瀝青混合料的抗變形能力明顯強(qiáng)于赤泥0即傳統(tǒng)的石灰石礦粉做填料的瀝青混合料。

圖5 馬歇爾模數(shù)試驗(yàn)結(jié)果Figure 5 Test results of marshall modulus

2.2 瀝青混合料劈裂試驗(yàn)結(jié)果

低溫性能是瀝青混合料路用性能的重要方面之一。隨著溫度的降低，瀝青混合料的硬脆性增加，導(dǎo)致瀝青路面低溫時變形能力降低和脆裂的趨勢增加。劈裂試驗(yàn)得到的破壞拉伸應(yīng)變是反映瀝青混合料在低溫破壞時柔韌性的重要指標(biāo)，破壞拉伸應(yīng)變越大，瀝青混合料的柔韌性越好，低溫變形能力越強(qiáng)，抗裂性也越好。添加5種不同類型填料的瀝青混合料破壞拉伸應(yīng)變試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。從圖6可看到，破壞拉伸應(yīng)變最大的是赤泥100瀝青混合料，為8.350 μm，其次是赤泥75瀝青混合料，為7.745 μm，最小的是赤泥50瀝青混合料，為1.612 μm，赤泥0瀝青混合料即傳統(tǒng)的石灰石礦粉瀝青混合料的破壞拉伸應(yīng)變?yōu)?.581 μm。結(jié)果表明，赤泥100和赤泥75瀝青混合料的低溫抗裂性能最好，均好于傳統(tǒng)的石灰石礦粉做填料的瀝青混合料。

德國位于歐洲西部，是一個由16個州組成的聯(lián)邦共和國，國土面積3.57×105km2，人口8.076 75×107人。德國是高度發(fā)達(dá)的工業(yè)國家，全球八大工業(yè)國之一。農(nóng)業(yè)也非常發(fā)達(dá)，機(jī)械化程度較高。20世紀(jì)70年代德國環(huán)境問題最為突出，認(rèn)識到簡單的垃圾末端處理并不能從根本上解決問題，資源回收和再利用有極其重要的意義，便開始試圖解決垃圾減量和再利用問題。

圖6 低溫劈裂試驗(yàn)結(jié)果Figure 6 Results of split test at low temperature

2.3 瀝青混合料水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果

當(dāng)瀝青混合料受到水分侵害時，瀝青與集料之間的粘附力會降低，瀝青混合料的抗剝落能力隨之降低，從而導(dǎo)致水穩(wěn)定性降低。浸水馬歇爾試驗(yàn)得到的浸水馬歇爾穩(wěn)定度比可以反映瀝青混合料的水敏感性，浸水馬歇爾穩(wěn)定度比越大表明瀝青混合料的水敏感性越低，這樣的瀝青混合料受水作用后損失的穩(wěn)定度就越少，水穩(wěn)定性就越好。添加5種不同類型填料的瀝青混合料浸水馬歇爾穩(wěn)定度比試驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。從圖7可以看到，赤泥50瀝青混合料的浸水馬歇爾穩(wěn)定度比最大，為88.5%，赤泥100瀝青混合料的浸水馬歇爾穩(wěn)定度比最小，為53.3%，赤泥0瀝青混合料即傳統(tǒng)的石灰石礦粉做填料的瀝青混合料浸水馬歇爾穩(wěn)定度比為81.7%。根據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)的要求，只有赤泥100即拜耳法赤泥瀝青混合料的浸水馬歇爾穩(wěn)定度比不滿足規(guī)范要求(不小于75%)。結(jié)果表明，單純利用拜耳法赤泥做填料的瀝青混合料水穩(wěn)定性最低，赤泥50瀝青混合料的水穩(wěn)定性最高，其次是赤泥25瀝青混合料，這說明了拜耳法赤泥與石灰石礦粉共同做填料可以實(shí)現(xiàn)降低瀝青混合料水敏感性和提高水穩(wěn)定性的作用，這樣的效果甚至優(yōu)于傳統(tǒng)的石灰石礦粉填料；這可能是由于石灰石礦粉中較多的堿性氧化物CaO彌補(bǔ)了拜耳法赤泥中CaO的不足，從而提高了弱酸性瀝青與集料之間的粘結(jié)性能，進(jìn)而提高了瀝青混合料的抗剝落能力和水穩(wěn)定性。

圖7 水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果Figure 7 Results of water stability test

2.4 瀝青混合料單軸蠕變恢復(fù)試驗(yàn)結(jié)果

瀝青混合料是一種典型的粘彈性材料，粘彈性能反映瀝青路面的變形和抗車轍性能。填料是瀝青混合料的重要組成部分之一，可以影響瀝青混合料的粘彈性能。蠕變恢復(fù)試驗(yàn)?zāi)軌蚍从碁r青混合料的黏彈性能，從而可以從黏彈性角度分析瀝青混合料的抗高溫變形能力。本文選取兩個測試溫度40 ℃和60 ℃，通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，瀝青路面40 ℃對應(yīng)于氣溫27 ℃左右，屬于通常認(rèn)為的常溫范圍或中溫范圍；瀝青路面60 ℃對應(yīng)于氣溫40 ℃左右，即通常認(rèn)為的高溫范圍；因此，本文通過這兩個溫度下瀝青混合料粘彈性的測定來反映不同填料類型對瀝青混合料中溫和高溫性能的影響。

40 ℃時，添加5種不同類型填料的瀝青混合料蠕變恢復(fù)試驗(yàn)結(jié)果如圖8所示。從圖8可以看到，5種類型填料的瀝青混合料蠕變恢復(fù)曲線分為兩個階段，即加載階段(蠕變階段)和卸載階段(恢復(fù)階段)；加載階段應(yīng)變隨時間的延長逐漸增大，加載末期應(yīng)變達(dá)到最大值，此時的應(yīng)變稱為累積應(yīng)變，累積應(yīng)變反映了瀝青混合料的抗變形能力，累積應(yīng)變越小表明瀝青混合料的抗變形能力越強(qiáng)；卸載階段應(yīng)變隨時間的延長逐漸較小，逐步趨于穩(wěn)定，最終保留下來沒有恢復(fù)的應(yīng)變稱為殘余應(yīng)變，殘余應(yīng)變反映瀝青混合料產(chǎn)生車轍深度的大小，殘余應(yīng)變越大，瀝青混合料的抗車轍能力越低，車轍深度將越深。從加載階段看，赤泥100瀝青混合料的累積應(yīng)變最小，其次是赤泥50瀝青混合料，第三是赤泥75瀝青混合料，說明在40 ℃時赤泥100即拜耳法赤泥瀝青混合料的抗變形能力最強(qiáng)，并且這3種瀝青混合料的抗變形能力均大于傳統(tǒng)的石灰石礦粉瀝青混合料。從恢復(fù)階段看，赤泥100瀝青混合料的殘余應(yīng)變最小，其次是赤泥50瀝青混合料，第三是赤泥75瀝青混合料，說明在40 ℃時赤泥100瀝青混合料即拜耳法赤泥瀝青混合料的抗車轍能力最強(qiáng)，車轍深度最小，并且這3種瀝青混合料的抗車轍能力均大于傳統(tǒng)的石灰石礦粉瀝青混合料。

圖8 40 ℃時蠕變恢復(fù)試驗(yàn)結(jié)果Figure 8 Results of creep recovery test at 40 ℃

60 ℃時，添加5種不同類型填料的瀝青混合料蠕變恢復(fù)試驗(yàn)結(jié)果如圖9所示。從圖9可看到，加載階段，赤泥100瀝青混合料和赤泥25瀝青混合料蠕變曲線的累積應(yīng)變十分接近，且均比較小，赤泥75瀝青混合料和赤泥50瀝青混合料蠕變曲線的累積應(yīng)變接近，明顯大于前兩者，并且這4種瀝青混合料的累積應(yīng)變均小于赤泥0瀝青混合料即傳統(tǒng)的石灰石礦粉瀝青混合料的累積應(yīng)變；說明了赤泥100瀝青混合料和赤泥25瀝青混合料的抗變形能力較強(qiáng)，其次是赤泥75瀝青混合料和赤泥50瀝青混合料，而赤泥0瀝青混合料即傳統(tǒng)的石灰石礦粉瀝青混合料的抗變形能力最弱。從卸載階段看，各瀝青混合料的殘余應(yīng)變基本表現(xiàn)出了與累積應(yīng)變類似的規(guī)律，即赤泥100瀝青混合料和赤泥25瀝青混合料殘余應(yīng)變十分接近，均比較小，赤泥75瀝青混合料和赤泥50瀝青混合料殘余應(yīng)變接近，明顯大于前兩者，并且這4種瀝青混合料的殘余應(yīng)變均明顯小于赤泥0瀝青混合料即傳統(tǒng)的石灰石礦粉瀝青混合料的殘余應(yīng)變；說明了赤泥100瀝青混合料和赤泥25瀝青混合料的抗車轍能力較強(qiáng)，其次是赤泥75瀝青混合料和赤泥50瀝青混合料，而赤泥0瀝青混合料即傳統(tǒng)的石灰石礦粉瀝青混合料的抗車轍能力最弱。

圖9 60 ℃時蠕變恢復(fù)試驗(yàn)結(jié)果Figure 9 Results of creep recovery test at 60 ℃

3 結(jié)論

本文通過馬歇爾試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)、低溫劈裂試驗(yàn)和蠕變恢復(fù)試驗(yàn)，從低溫、中溫、高溫和水敏感性等方面分析了拜耳法赤泥部分或全部替代傳統(tǒng)的石灰石礦粉做填料對瀝青混合料路用性能的影響，得到主要結(jié)論如下：

a.從化學(xué)成分看，在拜耳法赤泥中堿性氧化物主要有CaO和Na2O，兩者之和約12%，而在石灰石礦粉中僅CaO含量達(dá)到46.9%，在瀝青混合料中堿性氧化物對于提高弱酸性瀝青與集料之間的粘附力是有積極作用的，這一點(diǎn)是拜耳法赤泥無法與石灰石礦粉比擬的。

b.從瀝青混合料的水穩(wěn)定性看，單純利用拜耳法赤泥做填料的瀝青混合料水穩(wěn)定性最低，滿足不了相關(guān)規(guī)范對瀝青混合料水穩(wěn)定性的要求；赤泥50瀝青混合料的水穩(wěn)定性最高，由于石灰石礦粉中較多的堿性氧化物CaO彌補(bǔ)了拜耳法赤泥中CaO的不足，從而提高了瀝青與集料之間的粘結(jié)性能，進(jìn)而改善了瀝青混合料的水穩(wěn)定性，其效果甚至優(yōu)于傳統(tǒng)的石灰石礦粉填料。

c.從高溫穩(wěn)定性看，赤泥100瀝青混合料在抗變形能力、抗推移能力、抗車轍以及低塑性要求等方面都最有優(yōu)勢，其次是赤泥75瀝青混合料；并且兩者的高溫性能都明顯好于赤泥0瀝青混合料即傳統(tǒng)的石灰石礦粉瀝青混合料。

d.從常溫時的抗變形能力及抗車轍能力看，赤泥100瀝青混合料優(yōu)勢最明顯，其次是赤泥50瀝青混合料，第三是赤泥75瀝青混合料，并且三者的性能均好于赤泥0瀝青混合料即傳統(tǒng)的石灰石礦粉瀝青混合料。

e.從低溫抗裂性能看，赤泥100瀝青混合料的低溫抗裂性能最好，其次是赤泥75瀝青混合料，兩者的低溫性能均好于傳統(tǒng)的石灰石礦粉做填料的瀝青混合料。