石墨尾矿砂沥青混合料水稳定性能研究

杨克龙 李秋实 赵雪婷

摘 要：为探究石墨尾矿砂掺量对沥青混合料的水稳定性能的影响规律，以石墨尾矿砂替代传统细集料制备沥青混合料，设计体积掺量为机制砂10%～80%的石墨尾矿砂沥青混合料，并加入2种界面改性剂，即添加质量分数为0.6%的抗剥落剂和0.4%硅烷偶联剂以提高石墨尾矿与沥青的黏附性，通过水洗脱法评价细集料与沥青的黏附性以及界面改性剂对黏附性的提升效果。最后通过浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验，分析不同体积掺量的石墨尾矿对沥青混合料水稳定性的影响，并对不同类型界面改性剂的改善效果进行评价。结果表明，石墨尾矿砂抗水剥落能力低于机制砂，石墨尾矿砂的剥落率为82.23%，机制砂为59.93%；沥青混合料水稳定性随着石墨尾矿砂掺量的提高逐渐降低；马歇尔稳定度随着石墨尾矿砂掺量的增加而先升高后降低；2种界面改性剂均可有效改善提升石墨尾矿砂与沥青的黏附性，未使用界面改性剂时石墨尾矿砂的最大掺量为30%，加入抗剥落剂后石墨尾矿砂最大摻量提升到40%，加入硅烷偶联剂后石墨尾矿砂最大掺量提升到50%。研究结果表明，石墨尾矿砂可以替代机制砂作为沥青混合料的骨料使用。

关键词：石墨尾矿砂;界面改性剂;水稳定性;浸水马歇尔;冻融劈裂；道路工程；沥青混合料

中图分类号：U414 文献标识码：A 文章编号：1006-8023（2023）06-0196-12

Study on the Water Stability Performance of Graphite Tailing Sand Asphalt Mixes

YANG Kelong， LI Qiushi， ZHAO Xueting

（School of Civil Engineering and Transportation， Northeast Forestry University， Harbin 150040， China）

Abstract：In order to investigate the effect of graphite tailing sand blending on the water stability performance of asphalt mixes， this work used graphite tailing sand to replace traditional fine aggregate in the preparation of asphalt mixes， and designed asphalt mixes with graphite tailing sand blending 10% to 80% by volume of mechanized sand， and two interface modifiers were added， with a mass fraction of 0.6% anti-spalling agent and 0.4% silane coupling agent to improve the adhesion of graphite tailings to asphalt. The adhesion of fine aggregates to asphalt and the effect of interface modifiers on adhesion enhancement were evaluated by water elution method. Finally， the effect of graphite tailings with different volume admixture on the water stability of asphalt mixture was analyzed by water immersion Marshall test and freeze-thaw splitting test， and the improvement effect of different types of interface modifiers was evaluated. The test results showed that the flaking rate of graphite tailing sand was 82.23%， which was lower than that of 59.93% of the mechanism sand; the water stability of asphalt mixture gradually decreased with the increase of graphite tailing sand admixture; Marshall stability increased and then decreased with the increase of graphite tailing sand admixture. Both interface modifiers can effectively improve the adhesion of graphite tailing sand to asphalt. The maximum admixture of graphite tailing sand was 30% without the use of interface modifier， and the maximum admixture of graphite tailing sand was increased to 40% with the addition of anti-exfoliation agent， and to 50% with the addition of silane coupling agent. The results of this study indicate that graphite tailings sand can be used as an aggregate for asphalt mixes instead of mechanized sand.

Keywords：Graphite tailing sand; interface modifier; water stability; water immersion Marshall; freeze-thaw splitting; road engineering; asphalt mixes

收稿日期：2023-02-28

基金項目：中央高校基本科研事业费专项资金项目（2572017BB05）。

第一作者简介：杨克龙，硕士研究生。研究方向为沥青路面材料。E-mail： yangz26qq.com

*通信作者：李秋实，博士，副教授。研究方向为路基路面工程与道路工程材料。E-mail： liqiushi1016@163.com

引文格式：杨克龙，李秋实，赵雪婷. 石墨尾矿砂沥青混合料水稳定性能研究[J]. 森林工程， 2023，39（6）：196-207.

YANG K L， LI Q S， ZHAO X T. Study on the water stability performance of graphite tailing sand asphalt mixes[J]. Forest Engineering， 2023， 39（6）：196-207.

0 引言

近年来，石墨在电子通讯、锂离子电池和航空航天等战略性新兴产业领域的应用越来越多，随着石墨资源的快速消耗，石墨矿石的开采量也逐年提高，2021年中国天然石墨总产量为73.5万t，同比增长13.1%，但开采和加工石墨矿石的过程中产生了大量的尾矿，截至2019年全国石墨尾矿堆积量达到了1亿t以上。目前主要是采用浮选法来对石墨矿藏进行筛分提纯，但是用该方法每提纯1 t石墨大约会产生 13 t石墨尾矿，若将我国已探明的石墨矿藏全部开采，将会产生 7 亿t石墨尾矿。石墨尾矿的主要危害是占用大量土地资源，风化现象严重，长时间堆积还会导致重金属侵入土壤影响作物生长，所以将石墨尾矿作为二次资源利用是节能环保、提高经济效益的必要途径。

多年来，将石墨尾矿作为二次资源制备新型材料的研究和应用有很多，吴建锋等利用石墨尾矿制备出储热陶瓷，探究了样品、气孔率、体积密度等与烧成温度的关系。王丽娜等以胶磷矿尾矿为粗集料、石墨尾矿为细集料辅佐其他原料经过制浆、氧化等工序制备路面用砖。王富国等以石墨尾矿为主要原料制备出石墨尾矿多孔陶瓷材料，然后结合复合相变材料制出性能优良的复合相变储能材料。高东等将石墨尾矿与水泥结合，分别加入泡沫剂、减水剂等外加剂，制成了满足绿色建筑砌体要求的泡沫混凝土。Liu等将石墨尾矿按一定比例掺入普通水泥混凝土中，制备出了一种具有良好压敏性能的新型混凝土。

以上研究大都是将石墨尾矿用于制备建筑结构材料，尚未有基于石墨尾矿的特性研究其对沥青混合料的性能影响，若能将石墨尾矿应用于沥青路面的建设，可大幅度提高工业固废的利用率，也能减少对天然路用集料的开采，具有极高的环境效益。本研究利用石墨尾矿砂替代机制砂制备沥青混合料，通过浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验探究不同掺量的石墨尾矿砂对沥青混合料的水稳定性的影响规律，并找出石墨尾矿砂对传统细集料的最大替代量。

1 原材料及试验设计

1.1 原材料化学成分

试验所用的石墨尾矿砂来自山东青岛市平度某石墨采石场，传统细集料来自哈尔滨当地采石厂加工精制的机制砂，如图1所示。

分别用X Ray Fluorescence（XRF）荧光光谱分析仪和X-ray diffraction （XRD）仪测试得到的石墨尾矿砂和机制砂的物相组成及化学组成，检测结果见表1，如图2和图3所示。石墨尾矿砂主要由石英、绿泥石、透长石、白云母、钙沸石和铁钙闪石等此类硅酸盐矿物组成，机制砂的主要成分是钙长石、透辉石和钙芒硝等矿物质。

由表1可知，石墨尾矿砂与机制砂在化学组成上相似，都含有多种矿物成分，但是其中的个别成分含量差别较大，石墨尾矿砂中SiO含量为62.42%，机制砂SiO含量为42.30%，其次为AlO和FeO。集料的酸碱性通常是按集料化学成分中SiO含量的多少来区分的，SiO含量大于65%的集料为酸性集枓，SiO含量小于52%的集料为碱性集料，SiO含量在52%～65%的集枓为中性集料，因此石墨尾矿砂属于中性集料，机制砂属于碱性集料。在路用集料中SiO的含量越高集料的亲水性与憎油性就表现得越明显，导致集料不易与沥青酸酐结合，从而使沥青与路用集料之间的黏附力大幅度降低，而沥青与集料之间的黏附力在宏观上表现为沥青混合料的水稳定性，所以对于SiO含量较高的集料应重点研究其沥青混合料的水稳性能。

采用扫描电子显微镜观察石墨尾矿砂在50倍与200倍下的微观样貌，并与机制砂进行对比，如图3和图4所示。由图3和图4可知，石墨尾矿砂岩石的致密程度高，表面纹理多，起伏较大，有清晰可见的破碎面，相比于石墨尾矿砂，机制砂岩石表面相对平整光滑，无明显起伏和破碎面，表面缝隙与微孔数量也明显低于石墨尾矿砂。2种集料的微观形貌有明显差异的主要原因与其形成工艺有关，机制砂是石灰岩由机器直接打碎形成，所以岩石表面比较平整，而石墨尾矿砂是石墨矿石经过药剂浮选提纯石墨后形成的工业矿渣，该过程中矿石会经受药剂的多重浸泡和冲刷，因此石墨尾矿砂的表面的缝隙与破碎较多。

按照《公路工程集料试验规程》（JTG E42—2005）对石墨尾矿砂和机制砂的细度模数、砂当量和含泥量等技术指标进行检测，试验结果见表2。此外，为探究石墨尾矿砂在温拌条件下的力学性能，需要对其进行压碎指标试验，按照规范将石墨尾矿砂与机制砂以不同粒径范围分成4份，并放入180 ℃恒温箱加热6 h，然后取出试样快速放入压力机中碾压以防止试样冷却，石墨尾矿砂与机制砂的压碎值试验结果见表2。采用筛分法对所选用的石墨尾矿砂的粒径分布情况进行测定，测定结果见表3。

1.2 沥青及集料

本试验所用沥青为壳牌90#道路沥青，其技术指标见表4；所用粗集料为玄武岩，按照《公路工程集料试验规程》（JTG E42—2005）测试其路用性能，结果见表5；采用当地工厂精制的石灰岩矿粉，技术指标见表6。

2 界面改性剂及集料黏附性能评价

2.1 界面改性剂指标

为改善石墨尾矿砂与沥青的黏附能力，在沥青中分别加入了2种界面改性剂，即XT-1沥青抗剥落剂和KH550硅烷偶联剂，如图6所示，技术指标见表7。

2.2 界面改性原理

提高沥青混合料抗水损伤性的主要途径是提高沥青与骨料之间的附着力，沥青与骨料之间的黏结主要来自物理黏结和化学吸附。从微观力学的角度来看，骨料的表面粗糙度、酸度、碱度和矿物组成会影响界面黏结，从而影响沥青与骨料之间的界面结合力。沥青和骨料之间的力主要是非黏结的，骨料的表面粗糙度增强了范德华力，而酸性和弱碱性矿物的粘附力主要是范德华力，强碱性矿物的黏附力是库仑静电力，所以骨料与沥青之间的黏结力与骨料中的SiO含量呈负相关。目前改善沥青与骨料之间黏附性的常规方法是在沥青中添加界面改性剂。界面改性剂会在沥青和骨料之间形成物理吸附或化学反应，形成牢固的联系，从而提高沥青与骨料之间的附着力，增强沥青路面的抗水损伤能力，抗剥落剂和硅烷偶联剂是目前常用在沥青混合料中的2种界面改性剂。

抗剥落剂具有极性和非极性2种大分子基团，加入到沥青中后，集料与沥青结合时抗剥落剂会在其之间形成定向分子层，极性基团定向于矿料表面，非极性基团朝向外面使矿料表面产生憎水性，从而增强了矿料与沥青的黏结效果。按照机械黏附理论， 矿料与沥青之间黏附性的大小来源于沥青在矿料表面的吸附、渗透和毛细作用， 则沥青在矿料表面的铺展程度对水稳性的抵抗则机械黏附力越大， 越不易受水的影响; 沥青在矿料表面的铺展程度可用接触角和铺展系数来表示， 抗剥落剂作为一种表面活性剂，可以使沥青在矿料表面的接触角变小， 沥青在矿料表面的铺展程度改善，可使沥青混合料的水稳性提高。

硅烷偶联剂是一种有机硅化合物，其分子具有有機官能基和烷氧基2种不同化学性质的基团，有机官能基可以与沥青发生缠绕交联，在拌和的过程中另一端的烷氧基解成硅羟基与集料发生化学键连接，增强了沥青与集料之间的黏附性能。基于分子动力学的研究表明，KH550型硅烷偶联剂与沥青相互作用后，可在聚集体表面形成致密的过渡区，过渡区有助于增强沥青与骨料之间的相容性并改善力的传递。KH550型硅烷偶联剂分子在骨料表面的长度较短，使其改性的骨料面过渡区厚度薄，增大了沥青分子的穿透空间，促使其与更多的骨料接触，同时在集料表面的硅烷偶联剂减轻了羟基对水的吸引力并减少了氢键的形成，增大了骨料的疏水性，促进了沥青和骨料之间更好地黏合。

2.3 界面改性剂试验结果

将2种界面改性剂分别按照不同的掺量加入到90号基质沥青中，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）采用针入度仪、延度仪、软化点试验仪以及毛细血管黏度计分别测试沥青的针入度、软化点、延度和135℃运动黏度，试验结果见表8，由试验结果可知抗剥落剂和硅烷偶联剂对沥青性能的影响主要有以下几个方面。

1）通过软化点的变化可以清晰地看出界面改性剂对沥青高温性能的影响规律。随着抗剥落剂和硅烷偶联剂的加入，沥青的软化点呈逐渐减小的趋势，说明界面改性剂的加入均削弱了沥青的高温性能。这是因为抗剥落剂与硅烷偶联剂分子量较小，在沥青中加入抗剥落剂与硅烷偶联剂后使沥青中的轻质组分含量增多，使其中的芳香芬与胶质含量相对减少，分子运动所需要的能量降低，因此使沥青在高温条件下更容易软化。相较于抗剥落剂，当硅烷偶联剂的掺量超过0.4%时，沥青的软化点下降趋势明显增强，说明过量的硅烷偶联剂对沥青的稀释作用更加明显。当量软化点随着抗剥落剂掺量的提高先降低后升高，当抗剥落剂的掺量超过0.6%时，沥青的当量软化点开始上升。随着硅烷偶联剂掺量的提升沥青的当量软化点先升高后降低，当硅烷偶联剂的掺量超过0.4%时，沥青的当量软化点开始下降。

2）当量脆点指标可以直观地反映沥青的低温性质。由试验结果可知，当量脆点随抗剥落剂掺量的增加先升高后降低，随硅烷偶联剂掺量的增加先降低后升高，这说明抗剥落剂使沥青的低温抗裂性质先削弱后增强，而硅烷偶联剂使沥青的低温抗裂性质先增强后削弱。这是因为低掺量的抗剥落剂与沥青中的含氧、含氮基团发生反应形成氢键以及范德华力，但由于氢键和范德华力在低温条件下不稳定，使沥青在低温时容易开裂。因为抗剥落剂大分子官能团之间的分子间作用力较强，使抗剥落剂具有很强的稳定性，因此当抗剥落剂过量时，大量的大分子官能团游离在沥青中可以起到抵消低温时沥青开裂的效果，使沥青的低温性能有所提升。硅烷偶联剂基团与沥青发生缠绕，从而增强了沥青的低温韧性，不易发生开裂，当掺量大于0.6%时，由于沥青中加合物都已形成，使得多余的硅烷偶联剂呈游离态存在于沥青之中，导致沥青的低温抗裂性能开始削弱。

3）抗剥落剂降低了沥青的运动黏度，其形成原因与软化点相似，抗剥落剂使沥青中的轻质组分相对增多，分子间的相互作用力减小，提高了沥青的高温流动性，有利于施工和易性；硅烷偶联剂增加了沥青的动力黏度，这是因为硅烷偶联剂与沥青的反应更明显，硅烷偶联剂分子一端的有机官能团水解产生的硅羟基与沥青的有机官能团发生缠绕交联，提高了分子间作用力并稠化了沥青，从而提高沥青与集料黏附性的潜力。

4）沥青的针入度指数PI反映了沥青的温度敏感性。使用抗剥落剂后，沥青的针入度指数PI先降低后升高，说明抗剥落剂的加入使沥青的温度敏感性先提高后降低，当抗剥落剂掺量小于0.6%时沥青对外界温度变化的敏感性增强，当抗剥落剂掺量大于0.6%后，沥青中游离着过量的抗剥落剂分子使沥青的温度敏感性开始降低；相反，使用硅烷偶联剂后，沥青的针入度指数先升高后降低，掺量大于0.4%时针入度指数开始下降，说明加入硅烷偶联剂后，沥青的温度敏感性先降低后升高。

从以上分析可知，2种界面改性剂在沥青中的掺入量不宜过多，所以在本研究范围内，确定抗剥落剂的最佳添加质量分数为0.6%，硅烷偶联剂的最佳添加质量分数为0.4%。

2.4 细集料与沥青的黏附性评价

集料与沥青的黏附性大小决定了沥青混合料的性能强弱，在沥青混合料设计中需要对集料与沥青的黏附等级进行评价，由此可以直观地反映出不同集料与沥青的黏附差异，以及集料的抗水剥落能力。目前评价沥青与集料黏附等级的常用方法为水煮法和水浸法，但这2种方法只适用于沥青与粗集料之间的黏附等级评价，尚未有规范提及关于细集料与沥青的黏附等级评价方法。周卫峰利用沥青-甲苯溶液水洗脱法评价了细集料与沥青的黏附性，为试验提供了思路，本研究采用此方法并在此基础上用沸点更低的三氯乙烯替代甲苯制作沥青-三氯乙烯溶液，然后分别评价石墨尾矿砂和机制砂与沥青的黏附性能，具体试验流程如下。

1）取洗净、烘干的细集料（0.075～2.36 mm）60 g，用纱布包好后放入质量浓度为3%的沥青-三氯乙烯溶液中封口浸泡8 h，使集料充分吸附沥青。

2）取出纱布将集料放置空气中5 h使三氯乙烯自然挥发，然后放入100 ℃的烘箱中2 h，完全烘干三氯乙烯。

3）打开纱布，将集料搅拌均匀。用四分法取20 g±0.2 g集料，记作m，将集料置于滤纸上，折叠好滤纸放入抽提器中，用100 mL的三氯乙烯抽提1 h，取下锥形瓶放置空气中12 h使三氯乙烯自然挥发，再放入100 ℃的烘箱中2 h完全蒸干三氯乙烯后称取瓶中的吸附沥青量，记作m。

4）将纱布中的剩余集料装入吸附柱中，恒温水槽的水温设定为60 ℃。分次加入200 mL温度为60 ℃的蒸馏水使沥青脱附。最后待水面刚进入集料时，立刻再加入20 mL温度为60 ℃的蒸馏水，同时拔出吸附柱下端的棉花塞，用小烧杯回收集料并放走上端的蒸馏水。

5）将收集的集料烘干，搅拌均匀，用四分法取20 g±0.2 g集料，记作m，之后步骤同（3），烘干三氯乙烯后称取瓶中的吸附沥青量，记作m。

6）计算剥落率。

每克集料吸附沥青量A=m/（m- m）

每克集料剩余沥青量B=m/（m- m）

剥落率C=（A-B） /A

试验结果见表9。

试验结果表明，石墨尾矿砂与沥青的黏附性要低于机制砂与沥青的黏附性，石墨尾矿砂的剥落率为82.23%，而机制砂的剥落率为59.93%，这是因为石墨尾矿中的SiO增加了集料的亲水性，使集料不易与沥青结合。当加入0.6%的抗剥落剂后，石墨尾矿砂的剥落率下降至70.42%，抗水剥落性能提高了11.81%;加入0.4%的硅烷偶联剂后，石墨尾矿砂的剥落率下降至67.56%，抗水剥落性能提高了14.67%，因此界面改性剂可以有效提升石墨尾矿砂与沥青的黏附效果，增加沥青混合料的抗水害性能。

3 试验方法

3.1 沥青混合料设计

试验采用马歇尔体积法，设计沥青混合料类型为 AC-16，命名为GT-AM，采用石墨尾矿砂等比例替代机制砂，体积分数分别为机制砂的0%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%。為确保沥青混合料的路用特性不受级配方式不同的因素干扰，保持整个试件内各档集料的体积占比一定，试件的空隙率变化不大，将不同体积掺量的石墨尾矿砂沥青混合料设计为同一级配，结果见表10。测试出不同类型沥青混合料的最佳沥青用量，再通过马歇尔试验分别测得其空隙率VV、矿料间隙率VAM、沥青饱和度VFA、稳定度MS、流值FL等指标，试验结果见表11。

3.2 水稳定试验设计

沥青混合料的水稳定性采用浸水条件下沥青混合料物理力学性能的变化来表征，本研究采用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验探究不同掺量的石墨尾矿砂对沥青混合料水稳定性能的影响。试验设计了3组马歇尔试件，其中一组添加0.6%的抗剥落剂，标记为S1，另一组添加0.4%的硅烷偶联剂，标记为S2，对照组采用未掺加界面改性剂的石墨尾矿砂沥青混合料，标记为S0。

4 水稳定性试验

4.1 浸水马歇尔试验

浸水马歇尔试验以残留稳定度（RS），即以浸水48 h稳定度与浸水0.5 h稳定度的比值作为评价指标，该试验主要是检验沥青混合料受到水侵蚀后的抗剥落能力。不同石墨尾矿砂掺量的沥青混合料其马歇尔稳定度及残留稳定度如图7—图10所示。

由图10可知，3组沥青混合残留稳定度（RS）均随着石墨尾矿砂掺量的不断提高而逐渐降低，说明掺入石墨尾矿砂后，沥青混合料在面对长期水损害时其抗剥落能力逐渐下降。马歇尔稳定度随着石墨尾矿砂掺量的增加均呈现出先升高后降低的规律，说明低掺量的石墨尾矿砂可能使沥青混合料的耐久性略有提高，其原因是石墨尾矿砂的压碎值小于机制砂，说明石墨尾矿砂的抗压强度大于机制砂，且石墨尾矿砂纹理较多，表面起伏较大，使石墨尾矿砂受力时的接触点较多，因此当掺量较低时石墨尾矿砂可与沥青充分结合，增大了沥青混合料的整体抗压强度。但石墨尾矿砂的SiO含量较高，随着其掺量的继续提高导致试件整体内的SiO含量不断升高，进而大幅度降低集料与沥青之间的黏附力，在水的长期侵蚀下，沥青易从集料表面剥落，最后导致沥青混合料的强度降低，所以残留稳定度呈现出不断降低的趋势。

分析不同组的沥青混合料，发现界面改性剂可以提升石墨尾礦砂沥青混合料的长期水侵蚀下的抗剥落能力。对于对照组S0，石墨尾矿砂的最大掺量为30%，此时RS为80.6%，当掺量为40%时RS为79.3%，低于规范不小于80%的要求。加入抗剥落剂及硅烷偶联剂后，石墨尾矿的最大掺量相较于对照组分别提高了10%和20%，S1组的最大掺量为40%，此时RS为81.2%，S2组的最大掺量为50%，此时RS为81.0%，说明抗剥落剂和硅烷偶联剂可以有效改善石墨尾矿砂与沥青之间黏附性，且改善效果硅烷偶联剂大于抗剥落剂。

4.2 冻融劈裂试验

冻融劈裂试验是在试验室规定条件下，通过冻融循环作用模拟低温环境下水对沥青混合料侵蚀和破坏，测定沥青混合料试件在受到水冻融损害前后的劈裂抗拉强度和劈裂抗裂强度比（TSR），沥青混合料受冻融循环后其强度保留越大，水稳定性越好，试验结果如图11—图14所示。

由图11—图14可知，3种沥青混合料在经历冻融循环后其劈裂强度及TSR均随着石墨尾矿砂掺量的增加降低，说明沥青混合料的水稳定性随着石墨尾矿砂掺量的提高而逐渐变差；添加抗剥落剂和硅烷偶联剂的混合料在经过冻融循环后其劈裂强度相较于未添加界面改性剂的对照组沥青混合料都有不同程度提升，其中添加硅烷偶联剂的沥青混合料的提升幅度最大，一方面是因为添加硅烷偶联剂后，烷氧基水解成硅羟基，与集料发生化学键连接，另一方面，相较于抗剥落剂硅烷偶联剂可以增大沥青动力黏度，也因此提高了沥青和石料之间的黏附性。规范要求，基质沥青混合料的TSR不应低于75%，添加硅烷偶联剂后，石墨尾矿砂的最大掺量为60%，此时TSR为75.3%，添加抗剥落剂剂后，石墨尾矿砂的最大掺量为50%，此时TSR为75.4%，而未掺加任何界面改性剂的对照组，石墨尾矿砂的最大掺量为40%，此时TSR为75.1%。

通过浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验可知，沥青混合料的水稳定性能随着石墨尾矿砂掺量的提高而逐渐下降，因此石墨尾矿砂对机制砂的替代量不宜过高。就本试验而言，在未使用界面改性剂的情况下，石墨尾矿砂的最大替代量为30%，使用抗剥落剂时，石墨尾矿砂的最大替代量为40%，使用硅烷偶联剂时，石墨尾矿砂的最大替代量为50%。

5 结论

1）从石墨尾矿砂材料的化学组分、物理性能指标看，可以将其替代机制砂作为沥青混合料的骨料使用。石墨尾矿砂相比机制砂表面具有更多的纹理和缝隙，表面可吸附部分沥青，导致最佳油石比随着石墨尾矿砂掺量的增加而增大。

2）沥青混合料的马歇尔稳定度随着石墨尾矿砂掺量的增加先升高后降低。石墨尾矿砂的抗压强度大于机制砂，使石墨尾矿砂在低掺量时提高沥青混合料的耐久性。高掺量的石墨尾矿砂使沥青混合料内的SiO提高，导致马歇尔稳定度下降。冻融循环前后其劈裂强度、RS及TSR均随着石墨尾矿砂掺量的增加而不断降低，说明沥青混合料的水稳定性能随着石墨尾矿砂掺量的提高而逐渐下降。

3）石墨尾矿砂与沥青的黏附能力低于机制砂，界面改性剂可有效提升石墨尾矿砂的抗水剥落性能。抗剥落剂与硅烷偶联剂分别使石墨尾矿砂与沥青的抗水剥落能力提高了11.8%和14.6%。界面改性剂使沥青混合料的RS与 TSR 指标均有不同程度提升，添加界面改性剂对石墨尾矿砂沥青混合料水稳定性能有明显提升，就改善效果而言，硅烷偶联剂大于抗剥落剂。

4）保证沥青混合料的水稳定性能符合要求的前提下确定石墨尾矿砂的最大掺量。未使用界面改性剂时，石墨尾矿砂的最大掺量为30%，使用抗剥落剂时，石墨尾矿砂的最大掺量为40%，使用硅烷偶联剂时，石墨尾矿砂的最大掺量为50%。

【参 考 文 献】

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