利用多孔玄武巖集料生產(chǎn)瀝青混合料的探究

1、利用多孔玄武巖集料生產(chǎn)瀝青混合料的探究        多孔集料，都具有吸水率大的特點(diǎn)。集料的吸水率過(guò)大，對(duì)瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和使用，都帶來(lái)不利的影響。因此，世界各國(guó)在有關(guān)瀝青混合料的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范中對(duì)粗集料的吸水率都作了規(guī)定。如日本規(guī)定3%；美國(guó)加州規(guī)定1%、賓州規(guī)定3%；澳大利亞規(guī)定2%，4%也可以用，但要延長(zhǎng)烘干時(shí)間。我國(guó)現(xiàn)行公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范（JTJO32-94）中，對(duì)于高速公路和一級(jí)公路瀝青面層用粗集料的吸水率規(guī)定2%，對(duì)多孔率武巖可放寬至3%，但必須要得到主管部門(mén)的批準(zhǔn)才能使用。 滬寧高速公路

2、江蘇段瀝青上面層需用玄武巖集料62萬(wàn)t，考慮到個(gè)別段的加厚以及損耗，需備料74萬(wàn)t.但據(jù)1995年年底統(tǒng)計(jì)尚有27萬(wàn)t的缺口。若僅依靠金壇市花山等處致密玄武巖的加工，無(wú)論如何也不能保證1996年5月份瀝青上面層鋪筑的需要。而我省盱眙縣各采石場(chǎng)有大量多孔玄武巖碎石的生產(chǎn)，嚴(yán)峻的現(xiàn)實(shí)迫使建設(shè)者不得不考慮多孔玄武巖是否能解燃眉之急的問(wèn)題。于是，省高速公路建設(shè)指揮部邀請(qǐng)國(guó)內(nèi)有關(guān)專(zhuān)家，于1996年1月15日在蘇州召開(kāi)了專(zhuān)門(mén)研討會(huì)，討論多孔玄武巖集料能否使用的問(wèn)題。到會(huì)專(zhuān)家各抒已見(jiàn)，會(huì)議最后決定有條件在蘇州段使用。從通車(chē)二年多來(lái)的使用情況看，以多孔玄武巖為集料的瀝青路面與以致密玄武巖為集料的相比，前者不遜

3、于后者，甚至優(yōu)于后者。1、對(duì)多孔玄武巖集料路用特性的一般看法強(qiáng)度高、堅(jiān)硬、耐壓是玄武巖的一般性質(zhì)，而多孔玄武巖因其構(gòu)造上的特點(diǎn)，用它作為路面材料中的集料，還具有另一些特殊的路面性質(zhì)。1.1多孔玄武巖集料瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性較好因多孔玄武巖集料表面粗糙，集料間的摩阻力大，因而用多孔玄武巖集料生產(chǎn)的瀝青混合料，在配合比設(shè)計(jì)正確的前提下，其高溫穩(wěn)定性應(yīng)該優(yōu)于用致密集料生產(chǎn)的瀝青混合料。如滬寧高速公路瀝青上面層AC-16B型瀝青混合料的馬氏穩(wěn)定度一般為1011kN，而用多孔玄武巖集料做的相同類(lèi)型瀝青混合料的馬氏穩(wěn)定度在1314kN之間。1.2路面的抗滑性能好眾所周知，瀝青路面的抗滑性能，既取決于路面

4、表層集料顆料之間的宏觀紋理，又取決于集料顆粒本身的微觀紋理。多孔玄武巖集料表面的微觀紋理豐富，構(gòu)成了粗糙表面，故用多孔玄武巖集料瀝青混合料鋪筑的瀝青路面，其抗滑性能肯定比用致密集料的為好。1.3水泥混凝土的強(qiáng)度高用多孔玄武巖集料配制的水泥混凝土，其抗壓、抗折強(qiáng)度應(yīng)高于一般致密集料配制的混凝土。因?yàn)榛炷翉?qiáng)度的形成主要靠水泥漿與集料表面的粘結(jié)力。因此，集料表面越粗糙，混凝土的強(qiáng)度就越高。碎石水泥混凝土強(qiáng)度高于礫石混凝土的強(qiáng)度就是一個(gè)有力的證據(jù)。而多孔集料不但表面粗糙，而且因水泥漿能進(jìn)入集料的表面孔中，硬化后像無(wú)數(shù)個(gè)雙向楔子，將集料顆粒連接起來(lái)，共同承擔(dān)外力，因而混凝土表現(xiàn)出具有更高的強(qiáng)度。1.4

5、石屑易被壓碎因有孔隙，故多孔玄武巖石屑易被壓碎。因此在瀝青混合料中，當(dāng)用這種石屑時(shí)，摻量不宜過(guò)大。1.5集料的吸水率大因表面有孔隙，故多孔玄武巖集料的吸水率一般都較大。如對(duì)本省盱眙縣通宇、打石山和古桑三個(gè)采石場(chǎng)所生產(chǎn)的多孔玄武巖試驗(yàn)結(jié)果，其吸水率分別為4.11%、3.6%、3.23%，都超過(guò)了公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范中的限定值。集料的吸水率大，將給瀝青混合料的配合以及設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和使用帶來(lái)一系列問(wèn)題。例如，在進(jìn)行瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)時(shí)，要求用設(shè)計(jì)的配合比所拌制的瀝青混合料在規(guī)定壓實(shí)功下應(yīng)具有規(guī)定的空隙率，此空隙率一般是通過(guò)壓實(shí)試件的實(shí)測(cè)密度和瀝青混合料的理論密度（空隙率為零的密度）得來(lái)的。而在確

6、定理論密度時(shí)，卻未考慮瀝青被集料吸收的問(wèn)題，因此用它計(jì)算得來(lái)的空隙率與壓實(shí)混合料實(shí)有的空隙率相差很大。如用美國(guó)瀝青協(xié)會(huì)的方法計(jì)算，考慮瀝青被集料吸附后計(jì)算的空隙率要比不考慮結(jié)果大1.5%2.0%.對(duì)于多孔集料，這種空隙率計(jì)算結(jié)果的差異可能更大。再如，因集料有較多開(kāi)口孔隙，拌制混合料時(shí)，加熱的瀝青肯定要浸入到孔隙中去從而要多消耗瀝青；因集料孔隙中有水，烘干加熱時(shí)要多消耗燃料。有人還認(rèn)為，集料孔隙中的水，在烘干加熱時(shí)不可能完全驅(qū)盡，留下的水份不但影響混合料的耐久性，施工時(shí)還因水的存在加大了混合料的流動(dòng)性，從而難以壓實(shí)，如果過(guò)多的增加碾壓遍數(shù)，則細(xì)集料要上浮，且越壓越流動(dòng)，使路面平整度惡化。2、集料

7、孔隙中水對(duì)瀝青混合料影響的進(jìn)一步討論在我國(guó)用多孔性集料鋪筑瀝青混凝土路面還是近幾年的事，多孔性集料究竟會(huì)給瀝青路面帶來(lái)什么危害，一時(shí)還難以找到有力的佐證，現(xiàn)僅就集料孔隙中的水對(duì)瀝青混合料的影響作進(jìn)一步討論。1         2.1關(guān)于集料的吸水率集料的吸水率是指將烘干集料浸水，讓集料充分吸水至恒重，所吸入水的質(zhì)量占烘干集料質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)。試驗(yàn)時(shí)，為求得吸入水的質(zhì)量，要求吸水后的集料試樣呈飽和面干狀態(tài)，即試樣孔隙中充滿(mǎn)水，而集料表面卻是干燥的。這種狀態(tài)在試驗(yàn)時(shí)很難實(shí)現(xiàn)，實(shí)際上都呈飽和面濕狀態(tài)。就是說(shuō)，所求得的吸水率實(shí)

8、際上包括了試樣表面上的一層水膜，因此求得的吸水率總是比實(shí)際的吸水率要大。另外，吸水率試驗(yàn)的復(fù)觀性較差。主要原因是，即使是飽和面濕狀態(tài)，一般也不容易掌握好。如某單位對(duì)盱眙通宇采石場(chǎng)多孔玄武巖集料所做兩次吸水率試驗(yàn)結(jié)果分別為4.06%和3.52%，相差0.54%.而另一單位對(duì)同種集料所做吸水率結(jié)果又為4.11%.可見(jiàn)，欲得到準(zhǔn)確、可信的吸水率亦不容易。2.2關(guān)于水的流出多孔性集料經(jīng)加熱（生產(chǎn)時(shí)一般加熱至170180），孔隙中的水將由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，因體積膨脹，大部分水汽將從孔隙中排出，少量水汽仍留在孔隙深處，且孔隙開(kāi)口附近的孔壁被烘干。將加熱的瀝青（一般150170）倒入已加熱的集料后，由于熱瀝青表

9、面張力很小，與干燥的集料潤(rùn)濕性能特好，故熱瀝青將很容易地進(jìn)入集料的孔隙中去。但一般不會(huì)充滿(mǎn)，即整個(gè)孔隙通道內(nèi)部一段為水汽，外部一段為瀝青。隨著瀝青混合料溫度逐漸降低，殘存在孔隙深處的水汽將逐漸由氣態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，且體積減小。由于體積減小，而堵在孔隙淺處的瀝青又阻礙大氣進(jìn)入，于是在孔隙內(nèi)部產(chǎn)生了一個(gè)負(fù)壓。在此負(fù)壓作用下，已進(jìn)入隙內(nèi)的瀝青不但不會(huì)外流，相反還會(huì)向內(nèi)流動(dòng)。隨著混合料溫度的繼續(xù)下降，瀝青逐漸變稠，最后凝固，將孔隙堵死。由此看來(lái)，由多孔性集料生產(chǎn)的瀝青混合料，集料孔隙中的瀝青一般不會(huì)輕易流出，殘存在內(nèi)部的水也不易出來(lái)。水對(duì)石料的潤(rùn)濕能力大于瀝青對(duì)石料的潤(rùn)濕能力。因此，表面涂有瀝青的石料在水

10、的長(zhǎng)期浸泡下，石料表面的瀝青膜能被水剝離下來(lái)。加熱集料的孔隙吸收瀝青待冷卻后，孔隙深處的水汽將冷凝成為液態(tài)水，時(shí)間長(zhǎng)久，理所當(dāng)然地要?jiǎng)冸x粘附在孔壁周?chē)臑r青；但因水量很少，未及孔隙口時(shí)，液態(tài)水可能已全部變?yōu)楦街诳妆诘谋∧に?，再無(wú)力繼續(xù)向外浸潤(rùn)。此時(shí)，剝離瀝青的過(guò)程也就停止。所以殘留的孔隙水一般不會(huì)殃及孔隙外粘附在集料表面的瀝青膜，亦即瀝青混合料的粘聚力不會(huì)因之降低。因此，瀝青混合料的強(qiáng)度也不會(huì)受到什么影響。所做多孔玄武巖集料的瀝青混凝土的馬氏穩(wěn)定度達(dá)1314kN，即有力地說(shuō)明了這一問(wèn)題。2.3孔隙內(nèi)殘留水冰凍的影響孔隙內(nèi)殘留水如果仍為液態(tài)時(shí)，在負(fù)溫下要結(jié)冰。結(jié)冰時(shí)因發(fā)生體積膨脹，故包圍著冰塊的集料孔壁及吸入孔隙內(nèi)部的瀝青要承受這一膨脹壓力。但因?yàn)闉r青比石料軟，隨著瀝青的受壓變形，大部分膨脹力可能被瀝青所吸收，集料受力情況將有所緩和，因而集料可免遭破壞?；谝陨戏治觯梢哉J(rèn)為，瀝青混合料使用多孔玄武巖集料，不致于會(huì)產(chǎn)生災(zāi)難性的后果。3、幾點(diǎn)建議多孔玄武巖集料畢竟不同于一般的致密玄武巖集料，由于經(jīng)驗(yàn)不足，使用時(shí)有必要采取一些穩(wěn)妥的技術(shù)措施。為此，提出如下幾點(diǎn)建議：（1）堵住水源。多孔玄武巖集料對(duì)瀝青混合料的不利影響，主