徐海欽，楊 超，龐 凌，王亞飛，張登峰

(1.武漢理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，武漢 430070；2.武漢理工大學(xué)硅酸鹽國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430070；3.武漢工大土木工程檢測(cè)有限公司，武漢 430070)

鋼渣是煉鋼過(guò)程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物，目前的利用率不足30%。鋼渣固體廢棄物的堆積侵占土地、污染環(huán)境。擴(kuò)大鋼渣利用范圍、提高其資源化利用率已成為建設(shè)美麗中國(guó)刻不容緩需要解決的問(wèn)題之一[1,2]。鋼渣集料棱角豐富、抗滑耐磨性好、與瀝青粘附力強(qiáng)，不少研究成果表明，利用鋼渣粗集料取代天然集料用于制備瀝青混凝土，不僅能減少鋼渣固體廢棄物對(duì)環(huán)境的污染，降低開(kāi)山取石對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞，還有利于緩解天然集料資源短缺的矛盾，提高瀝青路面質(zhì)量，具有重要的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益[3-5]。玄武巖纖維由天然玄武巖礦石經(jīng)高溫拉絲而成，具有植物纖維和聚合物纖維難以達(dá)到的斷裂強(qiáng)度、彈性模量、耐高溫和耐化學(xué)腐蝕性能，摻入瀝青混凝土中，可將瀝青結(jié)合料和集料搭接起來(lái)，發(fā)揮橋連和加強(qiáng)筋作用，抑制瀝青混凝土內(nèi)部缺陷的產(chǎn)生，顯著提高其路用性能，延長(zhǎng)瀝青路面的使用壽命[6-8]。以玄武巖纖維作為纖維穩(wěn)定劑，采用鋼渣粗集料取代玄武巖集料設(shè)計(jì)制備了SMA-13瀝青混合料，研究了其體積性能、水穩(wěn)定性能和抗高溫車轍性能，研究成果對(duì)于鋼渣集料在SMA-13玄武巖纖維瀝青混凝土中的推廣應(yīng)用具有指導(dǎo)意義。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 原材料

玄武巖纖維由湖北匯爾杰玄武巖纖維有限公司提供，其單絲直徑為16～17 μm，長(zhǎng)度為6 mm，強(qiáng)度可達(dá)到1 500 MPa。瀝青采用盤錦北方瀝青股份有限公司生產(chǎn)的I-C 型SBS改性瀝青。礦粉為石灰石礦粉。玄武巖和鋼渣集料的技術(shù)性能如表1所示，均達(dá)到JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》要求。

表1 玄武巖及鋼渣集料技術(shù)性能

1.2 瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)

分別設(shè)計(jì)SMA-13玄武巖瀝青混合料合成級(jí)配(見(jiàn)圖1)和SMA-13鋼渣瀝青混合料合成級(jí)配(見(jiàn)圖2)。粗細(xì)集料分界線為4.75 mm，其中SMA-13鋼渣瀝青混合料中粗集料采用鋼渣、細(xì)集料采用玄武巖，鋼渣瀝青混合料的級(jí)配設(shè)計(jì)采用等體積替換方法。SMA-13玄武巖瀝青混合料的最佳油石比為6.0%，SMA-13鋼渣粗料瀝青混合料的最佳油石比為5.6%。

最佳油石比下SMA-13瀝青混合料的馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2，均達(dá)到JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》要求。與玄武巖SMA-13瀝青混合料相比，鋼渣SMA-13瀝青混合料的密度、空隙率和穩(wěn)定度更大，而謝倫堡析漏和肯特堡飛散損失更小。這可能是由于鋼渣的密度更大、骨架嵌擠結(jié)構(gòu)及與瀝青的粘附性更好，而油石比又較低造成的。

表2 SMA-13瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

1.3 瀝青混合料性能試驗(yàn)

根據(jù)JTG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》T0719、T0709和T0729分別進(jìn)行高溫車轍試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

1)瀝青混合料性能試驗(yàn) 玄武巖SMA-13瀝青混合料和鋼渣SMA-13瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示，均達(dá)到規(guī)范技術(shù)指標(biāo)要求。鋼渣SMA-13瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度、浸水馬歇爾穩(wěn)定度和殘留穩(wěn)定度比均大于玄武巖SMA-13瀝青混合料。

2)凍融劈裂試驗(yàn) 玄武巖SMA-13瀝青混合料和鋼渣SMA-13瀝青混合料的凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示，均達(dá)到規(guī)范技術(shù)指標(biāo)要求。鋼渣SMA-13瀝青混合料的劈裂強(qiáng)度、凍融劈裂強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度比均大于玄武巖SMA-13瀝青混合料。這可能是由于鋼渣的表面孔隙和粗糙度更大，能更好地形成骨架嵌擠結(jié)構(gòu)，提高了SMA-13瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度和劈裂強(qiáng)度。同時(shí)鋼渣的堿性有利于增強(qiáng)鋼渣與瀝青的粘附性，可提高SMA-13瀝青混合料的水穩(wěn)定性，所以浸水馬歇爾穩(wěn)定度、凍融劈裂強(qiáng)度殘留穩(wěn)定度、殘留穩(wěn)定度比和劈裂強(qiáng)度比增加。

3)車轍試驗(yàn) 玄武巖SMA-13瀝青混合料和鋼渣SMA-13瀝青混合料的高溫車轍試驗(yàn)結(jié)果如表3所示，均達(dá)到規(guī)范技術(shù)指標(biāo)要求。鋼渣SMA-13瀝青混合料的變形位移明顯低于玄武巖SMA-13瀝青混合料，動(dòng)穩(wěn)定度則明顯增大，具有更好的高溫抗車轍變形能力。

表3 SMA-13瀝青混合料的車轍試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié) 論

SMA-13玄武巖纖維瀝青混合料的各項(xiàng)性能均達(dá)到規(guī)范技術(shù)指標(biāo)要求。利用鋼渣粗集料取代天然玄武巖集料制備的SMA-13玄武巖纖維瀝青混合料，在最佳油石比下降0.4%的情況下，空隙率增大，但其馬歇爾強(qiáng)度、水穩(wěn)定性能和高溫穩(wěn)定性能優(yōu)于玄武巖集料SMA-13瀝青混合料的對(duì)應(yīng)性能。