不同填料对沥青混合料性能的影响研究.pdf

交通世界TRANSPOWORLD0 引言沥青混合料是由矿料与沥青结合料拌和而成的混合料的总称。工程上最常用的沥青混合料有两类：一是沥青混凝土混合料，是由适当比例的粗集料、细集料及填料组成的符合规定级配的矿料，与沥青混合料拌和、压实后剩余空隙率小于10%的混合料，简称沥青混凝土；二是沥青碎石混合料，是由适当比例的粗集料、细集料及填料（或不加填料）与沥青拌和、压实后剩余空隙率在10%以上的混合料，简称沥青碎石混合料，是一种与温度、荷载和作用时间相关的黏弹塑性材料，在自然环境及车辆荷载的反复作用下容易产生不同程度的病害。为提高沥青混合料的性能，延长沥青混合料路面的使用寿命，许多研究学者对不同填料的沥青混合料性能进行研究，已取得了一定的成果，但在理论分析和不同填料种类沥青混合料方面的研究还存在一些不足。为此，本文基于现有的研究成果，对沥青混合料的常见病害及填料与沥青之间的特性进行分析，对不同填料的沥青混合料水稳定、高温抗车辙性和低温疲劳开裂性能进行研究。1 沥青混合料的病害分析沥青混合料路面的常见病害主要有裂缝、车辙等，其中裂缝的出现主要是由于路面结构的不足、新旧路面接缝不严和地下构筑物处理不当引起，裂缝的主要形式包括横向裂缝、纵向裂缝和龟裂，其中龟裂属于路面疲劳损坏的方式，是由于结构整体的抗力不满足要求导致的；另外一种较为常见的沥青路面破坏方式是水损坏，水损坏产生的原因之一是集料表面黏附的沥青被水冲刷剥离或沥青胶浆老化剥离，由于外界荷载和水压力的作用而产生病害，另外一种是由于沥青自身的性能导致的，都将导致沥青路面的耐久性下降，影响沥青路面的使用寿命。2 填料与沥青的特性分析填料与沥青的特性主要是指填料-沥青界面特性，填料与沥青之间相互结合的微小区域就称为填料-沥青界面，该界面能够影响沥青胶浆的性能。相关研究表明，集料与沥青之间的黏附程度越高，沥青混合料的水稳定性能越好；在相同的粉胶比作用下，胶浆抗车辙因子的温度敏感性与沥青的动力黏度和矿粉的比表面积成反比；在沥青混合料中添加碱性材料能增大沥青的膜厚度，提高沥青混合料的抗水损害能力，延缓沥青路面的老化；添加消石灰也能提高沥青混合料的路用性能，延缓沥青路面的老化；若添加水泥，水泥用量宜为混合料总质量的 4%左右；若添加刹车片粉末，其中的钢渣、橡胶和纤维能提高沥青混合料的高温性能和抗水损坏的能力。3 填料对沥青混合料性能的影响研究3.1 不同填料的基本性能为研究不同填料对沥青混合料性能的影响，本文分别对水泥、粉煤灰、消石灰和刹车片粉末等不同填料的基本性能进行分析。3.1.1 水泥本次试验所采用的水泥为普通硅酸盐水泥，强度收稿日期：2023-02-28作者简介：邓琳（1982），男，江西九江人，工程师，从事公路与桥梁工程建设相关工作。不同填料对沥青混合料性能的影响研究邓琳（九江市公路应急抢险大队，江西 九江 332000）摘要：为研究不同填料对沥青混合料性能的影响，通过试验的方法，对沥青混合料的常见病害及填料与沥青之间的特性进行分析，对不同填料的沥青混合料水稳定、高温抗车辙性和低温疲劳开裂性能进行研究，结果表明：在水稳定性方面，消石灰和刹车片粉末填料能提高抗水损害的能力，粉煤灰填料的改善效果不明显，水泥填料对稳定性能产生不利的影响；在高温稳定性方面，消石灰和刹车片粉末填料能显著提高抗高温的能力，粉煤灰填料的改善效果不明显，水泥填料对高温稳定性产生不利的影响；在低温抗裂性方面，刹车片粉末能有效改善沥青混合料的低温抗裂性，其他填料的低温抗裂性均比矿粉填料差。关键词：沥青混合料；填料性能；室内试验；水稳定性中图分类号：U414文献标识码：B45总658期2023年第28期（10月 上）等级为42.5，水泥的基本性能指标如表1所示。表1 水泥的基本性能指标凝结时间/min初凝244终凝305表观密度/（g/cm3）2.62安定性合格抗压强度/MPa3 d27.228 d45.5抗折强度/MPa3 d5.7628 d7.72由表1可知，本次试验所采用的水泥满足要求。3.1.2 粉煤灰本次试验所采用粉煤灰（如图1）的性能指标如表2所示。图1 粉煤灰表2 粉煤灰的性能结果试验项目试验结果技术指标表观密度/（g/cm3）2.87强度活性指标（%）80.570烧失量（%）6.558.0含水率（%）0.531.0三氧化硫1.963.0琉璃氧化钙0.461.0安定性3.585.0由表2可知本次试验所采用的粉煤灰满足要求。3.1.3 消石灰本次试验所采用的消石灰（如图2）性能指标如表3所示。图2 消石灰表3 消石灰的性能结果试验项目试验结果表观密度/（g/cm3）2.88氢氧化钙的含量（%）96%外观无团粒结块由表3可知，本次试验所采用的消石灰满足要求。3.1.4 刹车片本次试验所采用的刹车片为废旧汽车的刹车片，将其研磨成粉末状（如图3），试验测得粉末状刹车片的主要化学成分具体如表4所示。图3 刹车片粉末表4 刹车片粉末的主要化学成分成分烧失量SiO2CaOMgOFe2O3Al2O3SO3BaOK2ONa2OCr2O3比例36.84621.65814.1387.0395.7045.0633.7333.3290.5550.5450.479成分TiO2ZnOSrOClMnOP2O5ZrOCuONiOAs2O3PbO比例0.3020.1680.0930.0810.0800.0530.0450.0400.0350.0080.007刹车片粉末的表观相对密度为2.75 g/cm3，亲水系数为1.24。4 试验结果分析本文针对不同填料对沥青混合料性能的影响进行分析，具体包括水稳定性分析、高温抗车辙性能和低温抗裂性分析。4.1 水稳定性分析通过浸水马歇尔试验进行对比分析，试验结果如表5所示。46交通世界TRANSPOWORLD表5 不同填料沥青混合料的浸水马歇尔试验结果填料种类矿粉水泥粉煤灰消石灰刹车片粉末实测密度2.6342.6292.6302.6232.640残留稳定度11.2510.4611.8413.0112.02流值变化值2.032.393.222.212.92由表 5 可知，当采用水泥填料代替常用的矿粉填料，沥青混合料的残留稳定度下降约7%，当采用粉煤灰填料时，沥青混合料的残留稳定度提高约5.24%，采用消石灰填料时，沥青混合料的残留稳定度提高约15.6%，采用刹车片粉末时，沥青混合料的残留稳定度提高约 6.84%；从流值变化值可知，采用水泥、粉煤灰、消石灰和刹车片粉末替换矿粉后，沥青混合料的流值均增大，说明这四种填料代替常用的矿粉填料能提升沥青混合料的性能。4.2 高温抗车辙分析沥青混合料动稳定度是评价沥青混合料高温性能的主要指标，本文对不同填料的沥青混合料动稳定进行试验，试验结果如表6所示。表6 不同填料沥青混合料的动稳定性试验结果填料种类动稳定度矿粉865水泥830粉煤灰924消石灰1 335刹车片粉末1 263从表6可知，当采用水泥代替常用的矿粉填料，沥青混合料的动稳定度下降约4.05%，当采用粉煤灰填料时，沥青混合料的动稳定度提高约6.82%，采用消石灰填料时，沥青混合料的动稳定度提高约54.33%，采用刹车片粉末时，沥青混合料的动稳定度提高约46.01%；从动稳定度可知，采用粉煤灰、消石灰和刹车片粉末替换矿粉后，沥青混合料的动稳定度均增大，说明这三种填料代替常用的矿粉填料能提升沥青混合料的高温性能，其中消石灰和刹车片粉末的提升效果较为明显，水泥填料相比矿粉填料更不利。4.3 低温疲劳开裂分析本次不同沥青混合料试验的劈裂试验采用含缺口的SGC试件进行弯拉试验，该试验操作较为简单，试件的受力状态较为明确，且试验的过程较容易控制。试验结果如表7所示。表7 不同填料沥青混合料的SGC试验结果填料种类断裂能矿粉1 170水泥912粉煤灰1 044消石灰895刹车片粉末1 242从表7可知，当采用水泥代替常用的矿粉填料，沥青混合料的断裂能下降约22.05%，当采用粉煤灰填料时，沥青混合料的断裂能降低约10.77%，采用消石灰填料时，沥青混合料的断裂能降低约23.5%，采用刹车片粉末时，沥青混合料的断裂能提高约6.15%；从断裂能可知，采用水泥、粉煤灰和消石灰代替矿粉后，沥青混合料的断裂能均降低，说明这三种填料代替常用的矿粉填料不利于沥青混合料的低温性能，采用刹车片粉末作为沥青混合料的填料能提高沥青混合料的低温抗裂性能。5 结论本文对不同填料沥青混合料的性能进行试验研究，研究结果表明：1）在沥青混合料的水稳定方面，消石灰和刹车片粉末填料能提高抗水损害的能力，粉煤灰填料的改善效果不明显，水泥填料对稳定性能产生不利的影响；2）在沥青混合料的高温稳定性方面，消石灰和刹车片粉末填料能显著提高抗高温的能力，粉煤灰填料的改善效果不明显，水泥填料对高温稳定性产生不利的影响；3）在沥青混合料的低温抗裂性方面，刹车片粉末能有效改善沥青混合料的低温抗裂性，其他填料的低温抗裂性均比矿粉填料差。参考文献：1 刘攀飞.LDHs/SBS改性沥青混合料紫外老化性能及工程应用研究D.武汉：武汉理工大学，2014.2 徐霈.基于分子动力学的沥青与集料界面行为虚拟实验研究D.西安：长安大学，2013.3 周亮.不同填料对沥青胶浆性能影响分析J.公路工程，2013，38（1）：24-27.4 赵志军，吴少鹏，程良驱.碱性填料对沥青胶浆性能影响研究J.建材世界，2009，30（6）：1-4.5 赵汗军.填料种类对沥青胶浆及沥青混合料性能影响研究J.湖南交通科技，2020（2）57-60.6 佘文，王瑶.沥青混合料配合比组成设计对路面施工质量的影响分析J.运输经理世界，2022（34）：158-160.7 吴文学.粉煤灰沥青混合料路用性能试验研究D.重庆：重庆交通大学，2007.47