石棉尾矿用作沥青混合料集料特性研究＊

李 军，徐林荣，刘小明

(1.中南大学土木工程学院，湖南长沙 410075;2.神华甘泉铁路有限责任公司，内蒙古巴彦淖尔 015000)

石棉尾矿用作沥青混合料集料特性研究＊

李 军1，2，徐林荣1，刘小明1

(1.中南大学土木工程学院，湖南长沙 410075;2.神华甘泉铁路有限责任公司，内蒙古巴彦淖尔 015000)

雅泸高速公路K112～K145里程附近囤积了30余年石棉矿的废渣，对工程可能存在滑坡、泥石流等灾害隐患，将石棉尾矿用于公路工程中，不仅可以消除安全隐患，而且使废物得以利用，具有重要意义。为将石棉尾矿用作路面沥青混合料集料，采用AC－20C型混合料，通过马歇尔、车辙、冻融劈裂等试验，评价了石棉尾矿沥青混合料高温、低温、水稳定性能。结果表明:石棉尾矿沥青混合料路用性能各项指标均满足要求，同时为石棉尾矿综合利用提供了一条途径。

石棉尾矿;沥青混合料;集料;路用性能

石棉尾矿是石棉矿选矿加工过程中剥离下来的尾渣。目前我国石棉的年产约30多万吨，随之产生的石棉尾矿排放量上千万吨。国内外许多学者在石棉尾矿用于制备砖瓦、陶瓷、微晶玻璃、多孔二氧化硅、白炭黑以及提取氧化镁、金属镁等综合利用方面进行了大量研究［1－2］，另外，石棉尾矿用作路基填料及水泥混凝土粗骨料也有许多试验研究［3－4］。石棉县宋家坪矿区的石棉尾矿堆积区恰好位于雅泸高速公路石棉段沿线，此处地势陡峭，大量堆积的石棉尾矿不仅占用了大量土地(约0.28 km2)，而且石棉尾矿堆积区在恶劣气候及其荷载作用下可能引发山体滑坡、泥石流等地质灾害，对高速公路在修筑过程中及以后都将是一个巨大安全隐患。鉴于此，对于石棉尾矿的处理势在必行。

目前石棉尾矿用作沥青混凝土的集料应用于道路工程，未见相关文献报道，是一项探索石棉尾矿废物利用的新课题，对解决目前建筑材料紧缺、环境污染等方面有重要意义，本文基于四川省石棉县宋家坪石棉矿区的石棉尾矿应用于沿线的雅泸高速公路沥青混合料进行研究。

1 试验方案

针对石棉尾矿用作沥青混合料粗、细集料的试验研究，组织试验方案见表1所示。

表1 石棉尾矿用作沥青混合料集料试验方案Table 1 The plan of asphalt mixture aggregate using by asbestos tailing

2 原材料及其性能

2.1 石棉尾矿

石棉尾矿选自四川省石棉县宋家坪矿区，用作沥青混合料粗集料粒径范围为:1号料26.5～16 mm，2号料16～9.5 mm，3号料9.5 ～2.36 mm，用作细集料粒径范围为:0～2.36 mm。通过对石棉尾矿用作沥青混合料粗、细集料性能进行试验研究［5－6］，结果见表2～表3所示。试验结果表明石棉尾矿满足沥青混合料用粗、细集料技术要求。

表2 石棉尾矿作粗集料技术指标Table 2 Coarse aggregate technical specification using by asbestos tailing

表3 石棉尾矿作细集料技术指标Table 3 Fine aggregate technical specification using by asbestos tailing

2.2 沥青结合料和矿粉

沥青采用中海沥青(泰州)有限公司生产的AH－70#重交沥青。参照重交通道路石油沥青的技术指标进行试验［7］，试验结果见表4所示。矿粉采用石灰岩矿粉，试验结果见表5所示。

表4 AH－70#沥青技术指标Table 4 Technical specification of AH－70#asphalt

表5 矿粉技术指标Table 5 Technical specification of powdered ore

2.3 矿料级配

采用AC－20C型的级配范围中值偏下为目标级配，见表6所示。

3 最佳沥青用量

针对石棉尾矿沥青混合料，选用 3.7%，4.1%，4.5%，4.9% 和 5.3%5 种油石比进行马歇尔试验测试与计算，确定了石棉尾矿沥青混合料的最佳油石比为4.4%。在石棉尾矿沥青混合料最佳油石比的情况下，进行马歇尔试验，测试结果见表7所示。

表6 沥青混合料级配组成Table 6 Gradation composition of asphalt mixture

表7 沥青混合料马歇尔试验结果Table 7 Result of asphalt mixture Marshall

通过对试验结果与规范要求的技术标准进行对照，各项指标值均满足要求。值得说明的是，许多研究表明［8］，AC级配型沥青混合料应有一定的骨架性，在最佳油石比的情况下，沥青混合料的空隙率宜在4%左右，这样沥青混合料的各项性能稳定，不易发生病害。而本文石棉尾矿沥青混合料在最佳油石比的情况下，其空隙率恰好为4%，这进一步说明其级配是合理的。

4 路用性能检测与结果分析

4.1 高温稳定性

4.1.1 马歇尔稳定度试验

在规定的温度和加荷速度下，在马歇尔仪上进行试验，测试试件破坏时作用在试件上的最大荷载和达到最大破坏荷载时试件的垂直变形，试验结果见表8所示。

表8 沥青混合料马歇尔稳定度试验结果Table 8 Result of asphalt mixture Marshall Stability

4.1.2 车辙试验

石棉尾矿沥青混合料车辙试验采用碾压成型机碾压成300 mm×300 mm×50 mm的板块状试件，加载时温度为60℃ ±0.5℃，荷载为0.7 MPa±0.05 MPa，碾压速度为42次/min，试验结果见表9所示。

从表8～表9中结果可以看出，石棉尾矿沥青混合料的高温稳定性能良好，主要是因为:(1)石棉尾矿集料的粗颗粒形状非常规则，接近立方体，在疏松捣实的情况下，颗粒与颗粒间能形成很好的嵌挤结构，表现出良好的抗剪切作用，从而能够提高混合料抵抗荷载对路面造成的剪切作用的能力。(2)石棉尾矿的表面纹理非常粗糙，这一点能够保证石棉尾矿集料与沥青有效的黏附，从而使石棉尾矿沥青混合料中，沥青胶结料可以表现出最大的黏聚力，增加了抵抗永久变形能力的作用。(3)石棉尾矿含有部分残留石棉纤维，能够在有效黏附沥青的基础上，吸附多余的沥青，这相当于起到稳定沥青的作用，使沥青路面在高温下出现泛油进而导致永久变形的机会减小。

表9 沥青混合料车辙试验结果Table 9 Result of asphalt mixture wheel rut

4.2 水稳定性

通过对石棉尾矿沥青混合料进行浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验来检测其水稳定性［7］，结果见表10所示。

表10 沥青混合料马歇尔稳定度和冻融劈裂试验结果Table 10 Result of asphalt mixture Marshall Stability and freezing and thawing split

结果表明，石棉尾矿沥青混合料浸水马歇尔试验的残留稳定度为94%，冻融劈裂强度比为85，均能够满足技术要求。石棉尾矿沥青混合料是由互相嵌挤的粗集料骨架和沥青玛蹄脂组成的，粗集料的比例达到了76%，混合料之间相互的接触面很多，细集料含量明显偏少，部分沥青胶浆仅仅起到了填充粗集料相互之间的孔隙的作用。由于粗集料之间相互良好的嵌挤作用的形成，沥青混合料具有很好的抵抗荷载变形能力，因而具有良好的耐水损害能力。

4.3 低温抗裂性

沥青混合料的低温抗裂性能是指沥青路面在低温条件下沥青混合料抵抗抗拉能力的大小。本文石棉尾矿沥青混合料劈裂试验采用试验温度15℃，加载速率为50 mm/min，低温劈裂试验采用试验温度－10℃，加载速率为1 mm/min。试验结果见表11所示。

表11 沥青混合料15℃和－10℃的劈裂试验Table 11 Result of asphalt mixture 15℃and－10℃split

从上述试验结果不难发现，石棉尾矿沥青混合料的劈裂强度较高，低温稳定性能良好。在低温条件下，抗裂性能主要由结合料的抗拉伸性能决定。由于石棉尾矿集料之间填充了相当数量含短小石棉纤维的沥青胶浆，它包裹在粗集料的表面。随着温度的下降，混合料收缩变形使集料与集料之间被拉开，因此集料与沥青结合料之间的黏结力成为影响混合料低温性能的主要因素。而石棉尾矿中短小石棉纤维的存在相当于在集料与沥青胶浆之间起到了加筋的作用，从而保证了石棉尾矿沥青混合料在低温条件下具有较高的劈裂强度。

5 结论

(1)石棉尾矿用作沥青混合料粗、细集料的各项集料性能指标均满足要求。

(2)石棉尾矿用作AC－20C型沥青混合料集料的最佳油石比为4.4%，其高温稳定性、低温稳定性和水稳定性等路用性能均满足相应的技术要求。

(3)石棉尾矿的颗粒呈立方体、表面纹理粗糙及其含有部分短小石棉纤维等特点对其沥青混合料的良好路用性能起到显著作用。

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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

交通部西部交通建设科技项目(200731800003);四川省交通厅项目(2006A24－61)

李 军(1980－)，男，内蒙古鄂尔多斯人，从事道路与铁道工程研究