李 軍，徐林榮，劉小明

(1.中南大學(xué)土木工程學(xué)院，湖南長沙 410075;2.神華甘泉鐵路有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古巴彥淖爾 015000)

石棉尾礦用作瀝青混合料集料特性研究＊

李 軍1，2，徐林榮1，劉小明1

(1.中南大學(xué)土木工程學(xué)院，湖南長沙 410075;2.神華甘泉鐵路有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古巴彥淖爾 015000)

雅瀘高速公路K112～K145里程附近囤積了30余年石棉礦的廢渣，對工程可能存在滑坡、泥石流等災(zāi)害隱患，將石棉尾礦用于公路工程中，不僅可以消除安全隱患，而且使廢物得以利用，具有重要意義。為將石棉尾礦用作路面瀝青混合料集料，采用AC－20C型混合料，通過馬歇爾、車轍、凍融劈裂等試驗，評價了石棉尾礦瀝青混合料高溫、低溫、水穩(wěn)定性能。結(jié)果表明:石棉尾礦瀝青混合料路用性能各項指標均滿足要求，同時為石棉尾礦綜合利用提供了一條途徑。

石棉尾礦;瀝青混合料;集料;路用性能

石棉尾礦是石棉礦選礦加工過程中剝離下來的尾渣。目前我國石棉的年產(chǎn)約30多萬噸，隨之產(chǎn)生的石棉尾礦排放量上千萬噸。國內(nèi)外許多學(xué)者在石棉尾礦用于制備磚瓦、陶瓷、微晶玻璃、多孔二氧化硅、白炭黑以及提取氧化鎂、金屬鎂等綜合利用方面進行了大量研究［1－2］，另外，石棉尾礦用作路基填料及水泥混凝土粗骨料也有許多試驗研究［3－4］。石棉縣宋家坪礦區(qū)的石棉尾礦堆積區(qū)恰好位于雅瀘高速公路石棉段沿線，此處地勢陡峭，大量堆積的石棉尾礦不僅占用了大量土地(約0.28 km2)，而且石棉尾礦堆積區(qū)在惡劣氣候及其荷載作用下可能引發(fā)山體滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，對高速公路在修筑過程中及以后都將是一個巨大安全隱患。鑒于此，對于石棉尾礦的處理勢在必行。

目前石棉尾礦用作瀝青混凝土的集料應(yīng)用于道路工程，未見相關(guān)文獻報道，是一項探索石棉尾礦廢物利用的新課題，對解決目前建筑材料緊缺、環(huán)境污染等方面有重要意義，本文基于四川省石棉縣宋家坪石棉礦區(qū)的石棉尾礦應(yīng)用于沿線的雅瀘高速公路瀝青混合料進行研究。

1 試驗方案

針對石棉尾礦用作瀝青混合料粗、細集料的試驗研究，組織試驗方案見表1所示。

表1 石棉尾礦用作瀝青混合料集料試驗方案Table 1 The plan of asphalt mixture aggregate using by asbestos tailing

2 原材料及其性能

2.1 石棉尾礦

石棉尾礦選自四川省石棉縣宋家坪礦區(qū)，用作瀝青混合料粗集料粒徑范圍為:1號料26.5～16 mm，2號料16～9.5 mm，3號料9.5 ～2.36 mm，用作細集料粒徑范圍為:0～2.36 mm。通過對石棉尾礦用作瀝青混合料粗、細集料性能進行試驗研究［5－6］，結(jié)果見表2～表3所示。試驗結(jié)果表明石棉尾礦滿足瀝青混合料用粗、細集料技術(shù)要求。

表2 石棉尾礦作粗集料技術(shù)指標Table 2 Coarse aggregate technical specification using by asbestos tailing

表3 石棉尾礦作細集料技術(shù)指標Table 3 Fine aggregate technical specification using by asbestos tailing

2.2 瀝青結(jié)合料和礦粉

瀝青采用中海瀝青(泰州)有限公司生產(chǎn)的AH－70#重交瀝青。參照重交通道路石油瀝青的技術(shù)指標進行試驗［7］，試驗結(jié)果見表4所示。礦粉采用石灰?guī)r礦粉，試驗結(jié)果見表5所示。

表4 AH－70#瀝青技術(shù)指標Table 4 Technical specification of AH－70#asphalt

表5 礦粉技術(shù)指標Table 5 Technical specification of powdered ore

2.3 礦料級配

采用AC－20C型的級配范圍中值偏下為目標級配，見表6所示。

3 最佳瀝青用量

針對石棉尾礦瀝青混合料，選用 3.7%，4.1%，4.5%，4.9% 和 5.3%5 種油石比進行馬歇爾試驗測試與計算，確定了石棉尾礦瀝青混合料的最佳油石比為4.4%。在石棉尾礦瀝青混合料最佳油石比的情況下，進行馬歇爾試驗，測試結(jié)果見表7所示。

表6 瀝青混合料級配組成Table 6 Gradation composition of asphalt mixture

表7 瀝青混合料馬歇爾試驗結(jié)果Table 7 Result of asphalt mixture Marshall

通過對試驗結(jié)果與規(guī)范要求的技術(shù)標準進行對照，各項指標值均滿足要求。值得說明的是，許多研究表明［8］，AC級配型瀝青混合料應(yīng)有一定的骨架性，在最佳油石比的情況下，瀝青混合料的空隙率宜在4%左右，這樣瀝青混合料的各項性能穩(wěn)定，不易發(fā)生病害。而本文石棉尾礦瀝青混合料在最佳油石比的情況下，其空隙率恰好為4%，這進一步說明其級配是合理的。

4 路用性能檢測與結(jié)果分析

4.1 高溫穩(wěn)定性

4.1.1 馬歇爾穩(wěn)定度試驗

在規(guī)定的溫度和加荷速度下，在馬歇爾儀上進行試驗，測試試件破壞時作用在試件上的最大荷載和達到最大破壞荷載時試件的垂直變形，試驗結(jié)果見表8所示。

表8 瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度試驗結(jié)果Table 8 Result of asphalt mixture Marshall Stability

4.1.2 車轍試驗

石棉尾礦瀝青混合料車轍試驗采用碾壓成型機碾壓成300 mm×300 mm×50 mm的板塊狀試件，加載時溫度為60℃ ±0.5℃，荷載為0.7 MPa±0.05 MPa，碾壓速度為42次/min，試驗結(jié)果見表9所示。

從表8～表9中結(jié)果可以看出，石棉尾礦瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能良好，主要是因為:(1)石棉尾礦集料的粗顆粒形狀非常規(guī)則，接近立方體，在疏松搗實的情況下，顆粒與顆粒間能形成很好的嵌擠結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出良好的抗剪切作用，從而能夠提高混合料抵抗荷載對路面造成的剪切作用的能力。(2)石棉尾礦的表面紋理非常粗糙，這一點能夠保證石棉尾礦集料與瀝青有效的黏附，從而使石棉尾礦瀝青混合料中，瀝青膠結(jié)料可以表現(xiàn)出最大的黏聚力，增加了抵抗永久變形能力的作用。(3)石棉尾礦含有部分殘留石棉纖維，能夠在有效黏附瀝青的基礎(chǔ)上，吸附多余的瀝青，這相當于起到穩(wěn)定瀝青的作用，使瀝青路面在高溫下出現(xiàn)泛油進而導(dǎo)致永久變形的機會減小。

表9 瀝青混合料車轍試驗結(jié)果Table 9 Result of asphalt mixture wheel rut

4.2 水穩(wěn)定性

通過對石棉尾礦瀝青混合料進行浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗來檢測其水穩(wěn)定性［7］，結(jié)果見表10所示。

表10 瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度和凍融劈裂試驗結(jié)果Table 10 Result of asphalt mixture Marshall Stability and freezing and thawing split

結(jié)果表明，石棉尾礦瀝青混合料浸水馬歇爾試驗的殘留穩(wěn)定度為94%，凍融劈裂強度比為85，均能夠滿足技術(shù)要求。石棉尾礦瀝青混合料是由互相嵌擠的粗集料骨架和瀝青瑪蹄脂組成的，粗集料的比例達到了76%，混合料之間相互的接觸面很多，細集料含量明顯偏少，部分瀝青膠漿僅僅起到了填充粗集料相互之間的孔隙的作用。由于粗集料之間相互良好的嵌擠作用的形成，瀝青混合料具有很好的抵抗荷載變形能力，因而具有良好的耐水損害能力。

4.3 低溫抗裂性

瀝青混合料的低溫抗裂性能是指瀝青路面在低溫條件下瀝青混合料抵抗抗拉能力的大小。本文石棉尾礦瀝青混合料劈裂試驗采用試驗溫度15℃，加載速率為50 mm/min，低溫劈裂試驗采用試驗溫度－10℃，加載速率為1 mm/min。試驗結(jié)果見表11所示。

表11 瀝青混合料15℃和－10℃的劈裂試驗Table 11 Result of asphalt mixture 15℃and－10℃split

從上述試驗結(jié)果不難發(fā)現(xiàn)，石棉尾礦瀝青混合料的劈裂強度較高，低溫穩(wěn)定性能良好。在低溫條件下，抗裂性能主要由結(jié)合料的抗拉伸性能決定。由于石棉尾礦集料之間填充了相當數(shù)量含短小石棉纖維的瀝青膠漿，它包裹在粗集料的表面。隨著溫度的下降，混合料收縮變形使集料與集料之間被拉開，因此集料與瀝青結(jié)合料之間的黏結(jié)力成為影響混合料低溫性能的主要因素。而石棉尾礦中短小石棉纖維的存在相當于在集料與瀝青膠漿之間起到了加筋的作用，從而保證了石棉尾礦瀝青混合料在低溫條件下具有較高的劈裂強度。

5 結(jié)論

(1)石棉尾礦用作瀝青混合料粗、細集料的各項集料性能指標均滿足要求。

(2)石棉尾礦用作AC－20C型瀝青混合料集料的最佳油石比為4.4%，其高溫穩(wěn)定性、低溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性等路用性能均滿足相應(yīng)的技術(shù)要求。

(3)石棉尾礦的顆粒呈立方體、表面紋理粗糙及其含有部分短小石棉纖維等特點對其瀝青混合料的良好路用性能起到顯著作用。

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Research on character of asbestos tailing using as asphalt mixture aggregate

LI Jun1，2，XU Lin-rong1，LIU Xiao-ming1

(1.School of Civil Engineering，Central South University，Changsha 410075，China;2.Shenhua Ganquan Railway Ltd.，Bayannor 015000，China)

A large amount of asbestos tailing stacked near Yaan－Lugu Highway from K112 to K145 mileage for more than 30 years which can cause hidden disaster to the project such as latent landslide，mud－rock and so on.Using asbestos tailing for highway projects，can not only remove security risks，and also can make use of waste material，which has important significance.In order to use asbestos tailing as asphalt mixture aggregate in the pavement surface，we selected the AC －20C mixture in the Marshall，wheel rut，freezing，thawing cleavage and other experiments，and evaluated the performance of asbestos tailing asphalt mixture in the high temperature，the low temperature，and the water stablity.The result indicated that，the asbestos tailing asphalt mixture road satisfies with the requirement of performance index，simultaneously it provides a way for comprehensive utilization of the asbestos tailing.

asbestos tailing;asphalt mixture;aggregate;pavement performance

TU528.2

A

1672－7029(2011)05－0031－04

2011－06－25

交通部西部交通建設(shè)科技項目(200731800003);四川省交通廳項目(2006A24－61)

李 軍(1980－)，男，內(nèi)蒙古鄂爾多斯人，從事道路與鐵道工程研究