關(guān)鍵詞：礦渣砂；玄武巖纖維；礦料級(jí)配；微表處混合料；路用性能

中圖分類號(hào)：TQ340.79；U416.217 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2024）12-0061-04

隨著交通量增大、使用年限增加及后期管養(yǎng)不到位，路面服務(wù)水平會(huì)持續(xù)惡化，增加后期大中修養(yǎng)護(hù)成本，縮短路面使用年限[1]。預(yù)防性養(yǎng)護(hù)屬于路面出現(xiàn)早期輕微病害時(shí)，結(jié)合路面實(shí)際狀況選擇適宜的養(yǎng)護(hù)措施，以保證路面良好服務(wù)水平，減緩病害惡化而采用的工藝措施[2]。微表處作為高速公路、一、二級(jí)公路瀝青路面最常用的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施，近年被廣泛應(yīng)用[3]。如何將鐵尾礦經(jīng)過(guò)篩分得到的礦渣砂科學(xué)的應(yīng)用到公路工程當(dāng)中，不僅可以解決大量堆積帶來(lái)的環(huán)境難題，同時(shí)能夠緩解石料緊缺的問(wèn)題，符合我國(guó)綠色交通發(fā)展的理念。將不同類型及摻量的纖維應(yīng)用到微表處混合料中并開(kāi)展SCB低溫抗開(kāi)裂性能試驗(yàn)，合理的纖維摻量，可使微表處混合料低溫抗開(kāi)裂性能得到顯著改善[4-5]。將鐵尾礦應(yīng)用到微表處混合料當(dāng)中并開(kāi)展相關(guān)性能試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，鐵尾礦摻量為15%時(shí)，鐵尾礦微表處混合料高低溫、水穩(wěn)定性及耐磨性能均得到改善[6]?；诖?，本文將不同摻配比例的礦渣砂作為細(xì)集料等質(zhì)量替代石灰?guī)r機(jī)制砂，并對(duì)礦渣砂-玄武巖纖維MS-3微表處混合料開(kāi)展耐磨性、水穩(wěn)定性、抗車轍及高溫性能試驗(yàn)，探究礦渣砂的合理?yè)搅?，為礦渣砂-玄武巖纖維MS-3微表處混合料在瀝青路面預(yù)養(yǎng)護(hù)工程中的應(yīng)用提供理論支撐。

1試驗(yàn)材料與方法

1.1改性乳化瀝青

改性乳化瀝青作為微表處混合料的膠結(jié)材料，其質(zhì)量對(duì)微表處混合料的耐久性能起著關(guān)鍵性作用。本文選用山東宏固防水材料有限公司生產(chǎn)的BCR改性乳化瀝青展開(kāi)研究，其主要技術(shù)指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

1.2粗、細(xì)集料

粗集料選用粒徑為3～5mm、5～10mm玄武巖碎石，細(xì)集料為0～3mm的石灰?guī)r機(jī)制砂，粗細(xì)集料主要技術(shù)指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

1.3礦渣砂

本文選用的礦渣砂由鞍鋼集團(tuán)有限公司提供，礦渣砂與本研究所用石灰?guī)r機(jī)制砂篩分結(jié)果見(jiàn)表3，礦物成分組成見(jiàn)表4。

由表3、表4可知，石灰?guī)r機(jī)制砂與礦渣砂均具有良好的級(jí)配，能夠滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中S16的級(jí)配要求；礦渣砂中無(wú)鉛、砷、汞等有毒物質(zhì)，使用過(guò)程中不會(huì)對(duì)人體健康及環(huán)境造成危害，表明礦渣砂具有作為細(xì)集料應(yīng)用到微表處混合料中的潛質(zhì)。

1.4水泥

水泥作為微表處混合料的填料，能夠調(diào)節(jié)混合料的拌和狀態(tài)，與水結(jié)合硬化后能夠提高瀝青路面的力學(xué)性能，其摻量一般小于2%。本文選用河南同力水泥股份有限公司生產(chǎn)的P·O42.5硅酸鹽水泥開(kāi)展研究，其性能指標(biāo)見(jiàn)表5。

1.5玄武巖纖維

本研究選用的短切玄武巖纖維（BF）由鄭州登電集團(tuán)生產(chǎn)，其規(guī)格型號(hào)為3～17mm，主要性能指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

2微表處配合比設(shè)計(jì)

本文選用的微表處混合料型號(hào)為MS-3，粗集料為玄武巖碎石，粒徑分別為3～5mm、5～10mm；細(xì)集料為0～3mm的石灰?guī)r機(jī)制砂。為實(shí)現(xiàn)礦料級(jí)配的精細(xì)化設(shè)計(jì)，增加7.2mm篩孔，礦渣砂分別以10%、20%、30%、40%、50%的摻量等質(zhì)量替代機(jī)制砂，礦料級(jí)配設(shè)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表7。玄武巖纖維摻量為0.3%（占混合料質(zhì)量），礦渣砂摻量為0%時(shí)；MS-3混合料設(shè)計(jì)結(jié)果為礦料∶改性乳化瀝青∶水∶水泥=100∶7.9∶6.5∶1.5；混合料相關(guān)技術(shù)指標(biāo)：最佳油石比7.9%、可拌和時(shí)間247s、30min粘聚力1.8N/m、60min粘聚力3.6N/m、負(fù)荷車輪粘附砂量407g/m²、浸水1h濕輪磨耗損失354g/m²。

3路用性能

3.1耐磨性能

本文選用浸水1h濕輪磨耗試驗(yàn)對(duì)不同礦渣砂等質(zhì)量替代石灰?guī)r機(jī)制砂的玄武巖纖維微表處混合料開(kāi)展耐磨性試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。

由圖1可知，隨著礦渣砂摻量的增加，MS-3玄武巖纖維微表處混合料浸水1h濕輪磨耗值呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)，當(dāng)?shù)V渣砂等質(zhì)量替代石灰?guī)r機(jī)制砂摻量為10%時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果最?。划?dāng)?shù)V渣砂等質(zhì)量替代石灰?guī)r機(jī)制砂摻量超過(guò)20%時(shí)，MS-3微表處混合料的耐磨性能降幅增加。究其原因，礦渣砂整體篩分結(jié)果較石灰?guī)r機(jī)制砂偏粗，適當(dāng)?shù)V渣砂的摻入，MS-3微表處混合料級(jí)配得到優(yōu)化，粗細(xì)集料之間的搭配更為合理，且礦渣砂表面孔隙較多能夠吸附更過(guò)的乳化瀝青，礦料之間的粘附能力更強(qiáng)；當(dāng)?shù)V渣砂摻量超過(guò)20%后，混合料0～2.36mm篩孔之間的通過(guò)百分率逐漸降低，混合料礦料級(jí)配逐漸偏粗，細(xì)料占比降低，導(dǎo)致混合料中礦料之間的孔隙增大，粘附能力降低，且試件表面粗糙程度增加，耐磨性能降低。

3.2水穩(wěn)定性

本文選用浸水6d濕輪磨耗試驗(yàn)對(duì)不同礦渣砂等質(zhì)量替代石灰?guī)r機(jī)制砂的玄武巖纖維微表處混合料開(kāi)展水穩(wěn)定性試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

由圖2可知，隨著礦渣砂摻量的增加，MS-3玄武巖纖維微表處混合料浸水6d濕輪磨耗值呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)，當(dāng)?shù)V渣砂等質(zhì)量替代石灰?guī)r機(jī)制砂摻量為10%時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果最小，當(dāng)?shù)V渣砂等質(zhì)量替代石灰?guī)r機(jī)制砂摻量超過(guò)20%時(shí)，MS-3微表處混合料的水穩(wěn)定性能降幅增加。究其原因，除浸水時(shí)間存在差異，水穩(wěn)定性能與耐磨性能試驗(yàn)方法相同，因此2種性能試驗(yàn)結(jié)果的變化趨勢(shì)相吻合。

3.3抗車轍性能

本文選用負(fù)重56.7kg的負(fù)荷輪試驗(yàn)儀對(duì)不同礦渣砂等質(zhì)量替代石灰?guī)r機(jī)制砂的玄武巖纖維微表處混合料開(kāi)展抗車轍能力試驗(yàn)，試驗(yàn)環(huán)境保持（25±2）℃，計(jì)算碾壓1000次后試件的寬度變形率及車轍深度率，計(jì)算公式分別見(jiàn)式（1）和式（2），試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4。

由圖3可知，隨著礦渣砂摻量的增加，MS-3玄武巖纖維微表處混合料寬度變形率及車轍深度率均呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)，且變化趨勢(shì)相吻合，當(dāng)?shù)V渣砂等質(zhì)量替代石灰?guī)r機(jī)制砂摻量小于20%時(shí)，混合料抗車轍能力優(yōu)于未摻礦渣砂的混合料，當(dāng)摻量為10%時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果均最小，表明此時(shí)混合料的抗車轍變形能力最優(yōu)，且當(dāng)摻量超過(guò)20%時(shí)，混合料抗車轍能力顯著降低。

3.4高溫穩(wěn)定性

隨著高溫天氣逐年增多，瀝青混合料韌性降低，塑性增強(qiáng)，在車輛軸載作用下，微表處混合料會(huì)因抗塑性變形能力不足而產(chǎn)生車轍[7-9]?，F(xiàn)行規(guī)范中尚未對(duì)微表處混合料的高溫抗車轍能力做出規(guī)定，本文借鑒《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTGE20—2011）中熱拌熱鋪瀝青混合料車轍試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)玄武巖纖維微表處混合料的抗車轍能力。車轍板試件制作步驟如下：①制作300mm×300mm×50mm的AC-13C改性瀝青混合料車轍板來(lái)模擬現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際路面；②在AC-13C改性瀝青混合料車轍板上噴撒粘層油，然后再鋪筑10mm的礦渣砂玄武巖纖維微表處混合料并用橡膠錘夯實(shí)；③將夯實(shí)后的試件放入60℃烘箱內(nèi)靜置12h制得復(fù)合車轍試件。不同礦渣砂等質(zhì)量替代石灰?guī)r機(jī)制砂的玄武巖纖維微表處混合料復(fù)合車轍板動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4。

由圖4可知，隨著礦渣砂摻量的增加，MS-3玄武巖纖維微表處混合料動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，且礦渣砂的摻入，混合料試驗(yàn)結(jié)果均優(yōu)于未摻礦渣砂的，當(dāng)?shù)V渣砂摻量為30%時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果最優(yōu)，達(dá)到7329次/mm，表明礦渣砂的摻入，玄武巖纖維微表處混合料的高溫抗車轍能力得到了增強(qiáng)，但隨著礦渣砂摻量超過(guò)30%時(shí)后，小于2.36mm篩孔的混合料級(jí)配趨于下限，存在級(jí)配不良的現(xiàn)象，礦料之間的嵌擠能力降低，抗車轍能力出現(xiàn)下降的現(xiàn)象。

4結(jié)語(yǔ)

（1）隨著礦渣砂摻量的增加，MS-3玄武巖纖維微表處混合料浸水1h和6d濕輪磨耗值、寬度變形率及車轍深度變形率均呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)，從耐磨性、水穩(wěn)定性及抗車轍能力等路用性能角度考慮，推薦礦渣砂等質(zhì)量替代石灰?guī)r機(jī)制砂的合理?yè)搅繛?0%；

（2）隨著礦渣砂摻量的增加，MS-3玄武巖纖維微表處混合料動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，且不同摻配比例礦渣砂的摻入，混合料試驗(yàn)結(jié)果均優(yōu)于未摻礦渣砂的，從高溫穩(wěn)定性能角度考慮，礦渣砂等質(zhì)量替代石灰?guī)r機(jī)制砂的最佳摻量為30%。