史曉慶

（華邦建投集團(tuán)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(zhì)水合鎂鋁硅酸鹽礦物的物理活化主要是將其進(jìn)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(zhì)。

1.1.2 化學(xué)活化。國(guó)內(nèi)外對(duì)晶質(zhì)水合鎂鋁硅酸鹽礦物進(jìn)行化學(xué)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(guò)化學(xué)活化處理后烘干的方式。

1.2 礦粉A 的化學(xué)成分

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

表1 礦粉A 的化學(xué)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(duì)較高，CaO 含量高表明其可能含有較高含量的碳酸鹽；

③對(duì)于礦層不同的礦粉A，化學(xué)成分不盡相同。

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

1.3 礦粉A 的質(zhì)量指標(biāo)

礦粉A 的性能指標(biāo)質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果如表2 所示[1]。

表2 瀝青混合料用礦粉A 質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果

2 礦質(zhì)集料級(jí)配合成

本試驗(yàn)所用材料針對(duì)的是高速公路路面上面層，選取瀝青混合料的類(lèi)型為細(xì)粒式AC-13Ⅰ型瀝青混凝土[2]，該類(lèi)型的級(jí)配及參考的瀝青用量范圍見(jiàn)表3。

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

表3 AC-13 型瀝青混合料礦料級(jí)配及參考用量表

表4 原材料級(jí)配

從圖1 中可知，級(jí)配曲線(xiàn)在級(jí)配范圍曲線(xiàn)之內(nèi)，曲線(xiàn)平滑，并且接近中值。對(duì)應(yīng)的碎石、砂、礦粉的用量分別為42%、52%和6%。通過(guò)計(jì)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(zhì)混合料級(jí)配曲線(xiàn)

3 應(yīng)用實(shí)例

3.1 項(xiàng)目設(shè)計(jì)情況

某高速公路路面一標(biāo)合同段起訖樁號(hào)為K0+000～K35+600，雙向四車(chē)道高速公路，其中包含互通立交3處，長(zhǎng)鏈1 處，短鏈1 處，服務(wù)區(qū)1 處。主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及主線(xiàn)路面面層結(jié)構(gòu)如表5、表6 所示。

表5 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

表6 主線(xiàn)路面面層結(jié)構(gòu)

3.2 配合比設(shè)計(jì)

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?xún)?nèi)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?xún)?nèi)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(nèi)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(zhì)量檢驗(yàn)

對(duì)填筑路段進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，檢測(cè)項(xiàng)目有芯樣劈裂強(qiáng)度、壓實(shí)度、滲水系數(shù)、平整度、構(gòu)造深度、橫向力系數(shù)、彎沉7 個(gè)檢測(cè)項(xiàng)目[4]；為了對(duì)摻入礦粉A 混合料的路用性能進(jìn)行詳細(xì)的評(píng)價(jià)，在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)中加大了檢測(cè)頻率，以20m 為一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)。實(shí)測(cè)路面的各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到或優(yōu)于國(guó)家檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，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(xiàng)性能指標(biāo)。測(cè)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(cè)數(shù)據(jù)

4 效益分析

目前，我國(guó)瀝青混凝土面層主要有以下兩點(diǎn)通病[5]：

（1）相比于設(shè)計(jì)，實(shí)際使用壽命較短。工程實(shí)踐證明，目前國(guó)內(nèi)瀝青混凝土路面使用壽命多數(shù)在8～12 年之間，普遍比設(shè)計(jì)壽命短7～8 年，甚至部分路面通車(chē)2～3 年就需要進(jìn)行大修。主要原因在于施工時(shí)對(duì)質(zhì)量把控不嚴(yán)格，且超載車(chē)輛問(wèn)題嚴(yán)重。

（2）交通量增長(zhǎng)速度過(guò)快。由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)突飛猛進(jìn)，人民生活水平逐漸提高，在設(shè)計(jì)時(shí)，未考慮到交通量增長(zhǎng)如此之快，導(dǎo)致大部分路面均出現(xiàn)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。長(zhǎng)此以往，瀝青路面老化問(wèn)題日益嚴(yán)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(shí)，需要使用的大型機(jī)械較多，維修成本高昂，對(duì)地方經(jīng)濟(jì)造成巨大的財(cái)政壓力。若在路面施工時(shí)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(duì)比，對(duì)比試驗(yàn)路面與對(duì)比路面彎沉值,每3 個(gè)月測(cè)試其路面彎沉值。其所測(cè)得彎沉值如表8、圖3 所示。

表8 基準(zhǔn)路面A 和摻加礦粉A 路面B 彎沉觀測(cè)值

圖3 試驗(yàn)路段與對(duì)比路段實(shí)測(cè)彎沉值比較

如以彎沉值檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)值23.5 作為破壞標(biāo)準(zhǔn)值，則試驗(yàn)路面經(jīng)過(guò)5.5 年發(fā)生破壞, 而對(duì)比路段3.4 年發(fā)生破壞，若設(shè)計(jì)使用年限為20 年，則在使用年限內(nèi)試驗(yàn)路段需要維修3.63 次，而對(duì)比路段需要維修5.9 次。表明在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)對(duì)比路段比試驗(yàn)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(shè)計(jì)使用壽命20 年內(nèi)，靜態(tài)估算,每平米路面將節(jié)省213 元的材料費(fèi)用，再加上人工、設(shè)備等費(fèi)用，節(jié)省的費(fèi)用將會(huì)更大。因此，應(yīng)用該技術(shù)成果的經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

5 結(jié)論

將一種由地方礦物（晶質(zhì)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(duì)提高西北地區(qū)路面性能具有重要意義。通過(guò)在某高速公路建設(shè)項(xiàng)目中的應(yīng)用，將礦粉A 用于高等級(jí)公路瀝青混凝土面層，效果良好。經(jīng)檢測(cè)，按靜態(tài)估算，能夠延長(zhǎng)瀝青路面的使用壽命2～3 年，在公路設(shè)計(jì)使用年限（一般20 年計(jì)算）內(nèi)能減少維修次數(shù)2～3 次，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。