礦粉A 在瀝青混凝土路面中的應用

史曉慶

（華邦建投集團股份有限公司，甘肅 蘭州 730000）

1 礦粉A 的制備及性能研究

1.1 礦粉A 的制備

1.1.1 物理活化。晶質水合鎂鋁硅酸鹽礦物的物理活化主要是將其進行純化處理。所謂的純化是指將適量蒸餾水加入礦料處理后，采用超聲波分散以去除較粗礦物雜質。

1.1.2 化學活化。國內外對晶質水合鎂鋁硅酸鹽礦物進行化學活化處理的常用方法主要有：熱活化、酸活化、鹽活化。本文主要采用將礦料經(jīng)過化學活化處理后烘干的方式。

1.2 礦粉A 的化學成分

表1 給出了不同礦層的礦料經(jīng)過活化處理后得到的礦粉A 的化學成分，從表中可以看出：

表1 礦粉A 的化學成分

①礦粉A 的主要元素組成均為：Si、Al、Mg、Fe、Ca；

②礦粉A 的Ca 相對較高，CaO 含量高表明其可能含有較高含量的碳酸鹽；

③對于礦層不同的礦粉A，化學成分不盡相同。

對于礦層A 與C 及礦層B 與D 的相比，化學成分非常相似，差異較小，而不同礦層A 與B 的化學成分差別主要體現(xiàn)在Si、Mg、Ca 的含量上。

1.3 礦粉A 的質量指標

礦粉A 的性能指標質量檢測結果如表2 所示[1]。

表2 瀝青混合料用礦粉A 質量檢測結果

2 礦質集料級配合成

本試驗所用材料針對的是高速公路路面上面層，選取瀝青混合料的類型為細粒式AC-13Ⅰ型瀝青混凝土[2]，該類型的級配及參考的瀝青用量范圍見表3。

根據(jù)表3 中Ⅰ型級配要求及表4 的原材料級配，采用圖解法[3]來確定礦質混合料的組成百分比，圖1 為合成的集料級配曲線。

表3 AC-13 型瀝青混合料礦料級配及參考用量表

表4 原材料級配

從圖1 中可知，級配曲線在級配范圍曲線之內，曲線平滑，并且接近中值。對應的碎石、砂、礦粉的用量分別為42%、52%和6%。通過計算，確定礦粉A 用作填料的瀝青混合料的最佳瀝青用量為4.41%。

圖1 礦質混合料級配曲線

3 應用實例

3.1 項目設計情況

某高速公路路面一標合同段起訖樁號為K0+000～K35+600，雙向四車道高速公路，其中包含互通立交3處，長鏈1 處，短鏈1 處，服務區(qū)1 處。主要技術標準及主線路面面層結構如表5、表6 所示。

表5 主要技術標準

表6 主線路面面層結構

3.2 配合比設計

上面層配合比：礦粉A：粒徑1～1.6cm 碎石：粒徑0.5～1cm 碎石：粒徑0.3～0.6cm 砂：粒徑0.3cm 以內石屑：礦粉A=2：20：4：34：4，最理想的油石比為4.8%。

中面層配合比：礦粉A：粒徑2.2～2.8cm 碎石：粒徑1.1～2.2 碎石：粒徑0.6～1.1cm 碎石：粒徑0.3～0.6cm 碎石：粒徑0.3cm 以內石屑：礦粉A=3：5：38：27：6：213，最理想的油石比為4.3%。

下面層配合比：礦粉A：粒徑1.9～3.15cm 碎石：粒徑0.95～1.9cm 碎石：粒徑0.475～0.95cm 碎石：粒徑0.475cm 內石屑：礦粉A=5：42：18：12：23，最理想的油石比為3.4%。

3.3 施工工藝

添加了礦粉A 的改性瀝青混凝土路面施工工藝流程大致和其他改性瀝青混凝土路面相同，施工工藝流程圖如圖2 所示。

圖2 瀝青混凝土面層施工工藝流程圖

3.4 質量檢驗

對填筑路段進行現(xiàn)場檢測，檢測項目有芯樣劈裂強度、壓實度、滲水系數(shù)、平整度、構造深度、橫向力系數(shù)、彎沉7 個檢測項目[4]；為了對摻入礦粉A 混合料的路用性能進行詳細的評價，在現(xiàn)場檢測中加大了檢測頻率，以20m 為一個檢測點。實測路面的各項性能指標均達到或優(yōu)于國家檢測標準，表明礦粉A 作填料用于瀝青混凝土路面工程中，可以明顯改善瀝青混凝土的各項性能指標。測得的數(shù)據(jù)如表7 所示。

表7 礦粉A 作填料瀝青混凝土路面檢測數(shù)據(jù)

4 效益分析

目前，我國瀝青混凝土面層主要有以下兩點通病[5]：

（1）相比于設計，實際使用壽命較短。工程實踐證明，目前國內瀝青混凝土路面使用壽命多數(shù)在8～12 年之間，普遍比設計壽命短7～8 年，甚至部分路面通車2～3 年就需要進行大修。主要原因在于施工時對質量把控不嚴格，且超載車輛問題嚴重。

（2）交通量增長速度過快。由于我國經(jīng)濟突飛猛進，人民生活水平逐漸提高，在設計時，未考慮到交通量增長如此之快，導致大部分路面均出現(xiàn)超負荷運轉。長此以往，瀝青路面老化問題日益嚴重。

與水泥混凝土路面相比，瀝青混凝土路面維修或重新加鋪時，需要使用的大型機械較多，維修成本高昂，對地方經(jīng)濟造成巨大的財政壓力。若在路面施工時采用礦粉A 作為填料，則可提高瀝青路面的使用壽命。采用一段使用礦粉A 和不使用礦粉A 的路面作為對比，對比試驗路面與對比路面彎沉值,每3 個月測試其路面彎沉值。其所測得彎沉值如表8、圖3 所示。

表8 基準路面A 和摻加礦粉A 路面B 彎沉觀測值

圖3 試驗路段與對比路段實測彎沉值比較

如以彎沉值檢測標準值23.5 作為破壞標準值，則試驗路面經(jīng)過5.5 年發(fā)生破壞, 而對比路段3.4 年發(fā)生破壞，若設計使用年限為20 年，則在使用年限內試驗路段需要維修3.63 次，而對比路段需要維修5.9 次。表明在設計使用年限內對比路段比試驗路段需要多維修2.27 次。按照新鋪路面每平方米170 元的材料成本取值，在設計使用壽命20 年內，靜態(tài)估算,每平米路面將節(jié)省213 元的材料費用，再加上人工、設備等費用，節(jié)省的費用將會更大。因此，應用該技術成果的經(jīng)濟效益十分顯著。

5 結論

將一種由地方礦物（晶質水合鎂鋁硅酸鹽礦物）制備得到礦粉A 摻入瀝青混凝土，全面提高瀝青混凝土的高溫、低溫性能和水穩(wěn)定性，對提高西北地區(qū)路面性能具有重要意義。通過在某高速公路建設項目中的應用，將礦粉A 用于高等級公路瀝青混凝土面層，效果良好。經(jīng)檢測，按靜態(tài)估算，能夠延長瀝青路面的使用壽命2～3 年，在公路設計使用年限（一般20 年計算）內能減少維修次數(shù)2～3 次，具有顯著的經(jīng)濟效益。