矿粉对透水沥青混合料性能的影响研究

李乃强　姚新宇　刘宇

摘要：为进一步优化透水沥青混合料性能，文章通过分析矿粉对沥青胶浆特性的影响，研究矿粉与细集料占比、矿粉与0.075 mm通过率占比对透水沥青混合料稳定度、浸水肯塔堡飞散、连通空隙率等指标的影响。研究结果为不同排水需求的沥青混合料设计与混合料耐久性提升提供参考依据。

关键词：排水沥青路面;矿粉;粉胶比;浸水肯塔堡飞散;连通空隙

中国分类号：U416.03文章标识码：A

0 引言

透水沥青混合料含有较大空隙率（一般为18%～25%），使路表降水不仅能从路表水平向排走，还能将渗入的雨水直接通过该层横向连通空隙排走。这种特性能快速地排走路表积水，减少路表的水膜厚度，即使在暴雨天气也能保证道路表面不积水，从而大幅提升行车安全性[1-3]。透水沥青路面在降噪方面也表现出优良的特性，一般情况下，排水沥青路面比普通密级配路面降低噪音3～5 dB[4-8]，但是排水沥青路面的耐久性相比密级配沥青混合料却具有明显弱势。通过矿粉改善胶浆性能以提升混合料性能是国内外学者研究的重点[9-12]。本文通过研究矿粉在透水沥青混合料级配中的组成特点及其对透水混凝土性能的影响，为透水沥青混合料的性能改善与设计优化提供依据。

1 试验与方法

1.1 原材料

沥青选用SBS改性沥青I-D，选用中路交建（北京）工程材料公司提供的高黏添加剂，矿粉采用石灰岩矿粉，粗集料采用辉绿岩、细集料采用石灰岩。高黏添加剂加入后的改性沥青指标、集料基本指标及矿粉基本参数如下页表1～3所示。

1.2 试验配比

配合比设计参照《排水沥青路面设计与施工技术规范》，确定了3组最佳级配，且油石比均为4.6%，其中高黏剂与改性沥青掺入比例为8∶92。见下页表4～6。

1.3 混合料的制备

采用干法加工高黏沥青混合料并成型混合料，采用马歇尔击实仪成型混合料试件，混合料试件的制备与测试方法依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》。

2 矿粉对混合料性能的影响分析

2.1 矿粉对沥青胶浆的影响

根据三个级配矿粉占比特点，选用中位数1.3粉胶比制备沥青胶浆，其中矿粉与细集料过0.075 mm筛孔的比例及对应的沥青胶浆性能测试如表7所示。

由表7可知，在加入矿粉后的沥青胶浆在延度与弹性恢复上都有一定下降，软化点有提升。在相同粉胶条件下，矿粉占比的增大对软化点无明显影响;但矿粉占比与弹性恢复、延度指标有一定相关性，延度与弹性恢复随着矿粉的占比增大而增大。在1.3粉胶比条件下，弹性恢复与矿粉占比呈对数函数关系，5 ℃延度与矿粉占比呈二次函数关系，相关性曲线图如图1所示。

2.2 矿粉对混合料性能的影响

（1）级配矿粉组成对混合料性能指标的影响

选用本文1.2节三种级配进行混合料制备并测试性能指标，分析矿粉组成与混合料指标关联特征。

使用量的增加，细集料使用量的减少），粉胶比、矿粉占2.36 mm以下比例、矿粉占0.075 mm以下比例均增加，随之其浸水残留稳定度提高较为明显、浸水肯塔堡飞散降低较为明显，而对稳定度无明显影响。且粉胶比、矿粉占2.36 mm以下比例與浸水残留稳定度、浸水肯塔堡飞散具有一定相关性，相关拟合公式如式（1）、式（2）所示。粉胶比与矿粉占比对透水混凝土水稳定性与抵抗飞散的能力具有较大影响。

由于矿料级配组成的不同对各项指标同样具有影响，因此选用固定的级配2（粉胶比1.3），通过矿粉替换0.075 mm以下粉料，并进行混合料试验验证。

由表9数据可以看出，在相同粉胶比及级配条件下，由于矿粉占比的增大，其稳定度呈增大趋势;矿粉占比的增大对残留稳定度与浸水肯塔堡飞散数值影响更为明显。当0.075 mm以下矿粉占比由30%提高到90%时，残留稳定度增加了4.4%，浸水肯塔堡飞散质量损失减少了4.9%。

（2）级配矿粉组成对混合料功能性指标的影响

选用本文1.2节三种级配进行混合料制备，并根据式（3）计算连通空隙率。

由表10数据可知，三个级配2.36 mm通过率基本相同，实测的空隙率非常相近，但由于粉胶比的不同，连通空隙率有所不同。在相同的2.36 mm通过率条件下，一定范围内粉胶比越高，其混合料连通空隙率相对越小，形成闭合空隙相对较多，相对应的渗水系数就越小。这可能是因为在相同细集料用量条件下，细集料越细，所形成的沥青胶（砂）浆在粗集料间隙内越容易形成封闭空间。

3 结语

（1）掺入0.075 mm以下通过率粉料后所形成的沥青胶浆，其5 ℃延度与弹性恢复相比改性沥青均有下降。但随着矿粉占比的提高，其沥青胶浆的延度与弹性恢复均有提升。

（2）在相似级配条件下，矿粉在一定掺量范围内，随着其掺量的增加对透水沥青混合料抗水损与抗飞散性能有较为明显改善，有效提升透水沥青混凝土的耐久性。因此在生产透水沥青混合料时，应加大对矿料的除尘，尽量用矿粉替代0.075 mm以下通过率石粉。

（3）透水混凝土细集料越细，其相同空隙率下，连通空隙率越小，渗水越小，对功能性（透水）有一定的不利影响，在设计中应充分考虑矿粉在透水沥青混合料中所发挥的综合作用。

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