抗滑封层用集料的特性对比分析

2020-12-29谢洪胜张应国甘新立段绍帆

四川建材 2020年12期

谢洪胜，张应国，甘新立，段绍帆

(1.贵州省兴义公路管理局,贵州兴义 562400；2.贵州理工学院,贵州贵阳 550003)

0 前言

路面结构在重复交通荷载及自然环境的综合作用下，路表将会产生微裂缝和磨光，如果不及时处置，将会进一步产生其他路面病害，影响道路使用性能及使用寿命[1-2]。抗滑封层技术是将水性环氧树脂、固化剂、乳化沥青以及抗滑集料混合后撒布在路表，其中环氧树脂、固化剂和乳化沥青形成的胶结材料能够渗入到路表微裂缝中，对微裂缝进行修复，同时在路表形成防水层，避免水分渗入到路表以下从而诱发水损害；抗滑集料一方面能够弥补路表耗散掉的细集料，同时还能够提升路面的抗滑性能[3-5]。同时，由于抗滑封层成本较罩面、表处类处治方式具有更低的工程成本，在路面养护工程中得到越来越多的应用[6-8]。在抗滑封层材料体系中，抗滑集料类型的选择不但影响其与胶结材料的粘附性能，同时也是抗滑效果、封层耐久性和工程经济学的重要影响因素。目前，抗滑集料的类型主要包括玄武岩集料、金刚砂、黑刚玉等。其中，玄武岩是一种基性喷出岩，颜色为暗色，一般呈黑色，是一种常用的道路工程建筑材料[9-10]；金刚砂是由黏土中的二氧化硅与碳在高温下反应生成的碳化硅，具有很高的硬度和耐磨性能；黑刚玉是于电弧炉中，将铝矾土熔炼而制得的一种以α- Al2O3和铁尖晶石为主矿相的灰黑色结晶体，具有硬度适中、韧性高、耐高温、热态性能稳定的特点。

1 主要成分对比分析

在玄武岩集料、金刚砂、黑刚玉三种材料中，只有玄武岩集料为天然岩石材料，金刚砂和黑刚玉均为人造材料。本文首先采用X射线衍射物相分析试验，对玄武岩集料的矿物成分进行了测试，经与数据库对比，获得玄武岩集料的矿物成分，如表1所示。

表1 玄武岩集料各矿物含量的技术指标

对比可知，玄武岩集料的主要成分为斜长石，并含有部分辉石、石英等矿物；金刚砂主要成分为碳化硅；黑钢玉主要成分为刚玉(Al2O3)，含量约70%～80%。刚玉和碳化硅均具有非常高的硬度，属于高耐磨材料。因此，从耐磨性能上考虑，金刚砂和黑刚玉具有更高的耐磨性能。

2 颗粒形状分析

采用电子放大镜对玄武岩集料、金刚砂、黑刚玉的矿物成分进行了成像，结果如图1所示。

(a)金刚砂

(b)黑刚玉

(c)玄武岩集料

从颗粒形状上看，黑刚玉更接近于正方体，金刚砂与黑刚玉具有一定比例的针、片状颗粒。然而，黑刚玉表面较为光滑，这会降低其与胶结材料的接触面积，从而不利于界面间的粘附。

3 经济性分析

在三种集料中，玄武岩集料为天然岩石材料，由玄武岩母岩破碎而成。玄武岩是地壳的重要组成材料，在全世界范围内具有较丰富的储量。然而，受固结环境影响，部分玄武岩呈现明显的气孔构造，这类玄武岩材料往往吸水率过高，而强度不足。目前，用于道路工程的玄武岩集料多具有致密构造。金刚砂由黏土、铁屑、煤等原料在高温高压下人工制备而成，其性质相对较稳定。黑刚玉是将铝矾土置于电弧炉中熔炼获得。本文调查了三种集料的市场价格，如图2所示。

图2 三种抗滑集料单价

可以看出，三种集料中黑刚玉的单价明显高于另外两种，且以玄武岩集料价格最低。

因此，从主要成分的角度，黑刚玉、金刚砂的主要成分分别是刚玉和碳化硅，具有更高的硬度；从颗粒形状上分析，黑刚玉颗粒更接近于正方体，但黑刚玉表明较为光滑，不利于其与胶结材料的粘附；从经济性上分析，玄武岩集料具有最优的经济学，而黑刚玉相对与另外两种材料，其材料价格高昂。综合分析后，本文推荐具有最高经济性，且颗粒形状、表面形貌尚可的玄武岩集料作为抗滑封层用集料。