姚立陽(yáng),高文英

(河南城建學(xué)院 土木與交通工程學(xué)院,河南 平頂山 467036)

0 引言

世界各國(guó)已鋪裝和未鋪裝的道路總里程總計(jì)已超過(guò)3 600萬(wàn)km[1]，截至2019年，中國(guó)的高速公路里程達(dá)14.26萬(wàn)km，作為一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，仍滿足不了經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的需求。在道路建設(shè)和養(yǎng)護(hù)領(lǐng)域，瀝青混合料是最主要的一種道路材料。填料作為瀝青混合料的重要組成部分，含量雖然相對(duì)較少，但對(duì)瀝青混合料的性能影響十分顯著[2-6]。目前，在瀝青混合料中普遍使用的填料是天然的石灰石礦粉，然而，石灰石礦料是一種自然資源，隨著中國(guó)的水泥行業(yè)和建筑業(yè)的發(fā)展，石灰?guī)r正面臨枯竭的危險(xiǎn)[7-8]，而且石灰石填料在加工制備過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵引起空氣污染，再加上近幾年中國(guó)政府對(duì)環(huán)保的要求越來(lái)越高，導(dǎo)致很多的礦山開(kāi)采被禁止和礦料加工企業(yè)被關(guān)停，致使石灰石填料的價(jià)格一升再升，因此，急需有更多更好的填料出現(xiàn)來(lái)替代傳統(tǒng)的石灰石填料。

目前，利用固體廢棄物的回收再利用來(lái)制備瀝青混合料填料研究正逐漸成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。一些研究人員已經(jīng)成功地發(fā)現(xiàn)了幾種廢棄材料可以取代瀝青混合料中傳統(tǒng)的石灰石礦粉做填料，如鋼渣、回收紅磚粉、脫硫灰、煤廢粉、粉煤灰和廢石灰等[9-14]。雖然這些材料的成功研制，可以解燃眉之急，但是仍然滿足不了中國(guó)快速發(fā)展的交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的需要，亟待有更多更好的替代材料出現(xiàn)。

赤泥是氧化鋁工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的一種工業(yè)廢渣，拜耳法赤泥是堿法生產(chǎn)氧化鋁時(shí)所排放的固體廢渣，在我國(guó)超過(guò)90%的鋁業(yè)公司使用拜耳法工藝生產(chǎn)氧化鋁，一般每生產(chǎn)1 t氧化鋁要排放0.9～1.5 t的赤泥[15]。全世界每年產(chǎn)生赤泥超過(guò)1.2億t[16]，我國(guó)氧化鋁和赤泥的產(chǎn)量均居世界第一[17]。因此，對(duì)拜耳法赤泥如何進(jìn)行資源化再生利用也就成為亟待解決的問(wèn)題。目前，我國(guó)處理這些赤泥主要采用堆積存儲(chǔ)的方式，這樣不僅占用了大量的土地，而且還對(duì)周圍環(huán)境和地下水資源等帶來(lái)了環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)和安全隱患，因此，亟待有更多更有效的方法來(lái)處治這些赤泥。近年來(lái)，世界各地的研究人員對(duì)赤泥的處理和利用進(jìn)行了大量研究，這些研究主要集中在利用赤泥制備建筑材料、回收有價(jià)值元素、凈化氣體、進(jìn)行水處理和改善土壤等方面。由于建筑材料領(lǐng)域可以快速高效的消耗大量赤泥，所以得到人們的廣泛關(guān)注，然而，拜耳法赤泥本身的高堿性導(dǎo)致了其在建材領(lǐng)域應(yīng)用的瓶頸，致使赤泥的處理成本急劇升高。若廢棄物赤泥能在瀝青路面中得到應(yīng)用，將開(kāi)辟赤泥利用的新途徑。

赤泥作為一種建筑材料在建筑工程領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用，然而在道路工程領(lǐng)域的應(yīng)用研究卻很少有報(bào)道[18-19]，特別是針對(duì)拜耳法赤泥在瀝青混合料中的應(yīng)用研究報(bào)道則更少。雖然赤泥本身具有高堿性、浸出毒性和一定放射性，但是已經(jīng)被證實(shí)在道路工程領(lǐng)域應(yīng)用對(duì)環(huán)境和人體都是安全的[20]。本文主要研究利用拜耳法赤泥替代或部分替代傳統(tǒng)的石灰石礦粉做填料時(shí)對(duì)瀝青混合料路用性能的影響。為此，本文采用馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)、靜載單軸蠕變恢復(fù)試驗(yàn)、低溫劈裂試驗(yàn)、浸水馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)等來(lái)研究拜耳法赤泥瀝青混合料的路用性能，期望得到拜耳法赤泥做填料時(shí)對(duì)瀝青混合料路用性能的影響規(guī)律。

1 材料與試驗(yàn)方法

1.1 材料

1.1.1瀝青

本文選用山東省華瑞瀝青公司提供的70#基瀝青。根據(jù)試驗(yàn)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)[21]，瀝青的針入度 (25 ℃， 100 g， 5 s)為69(0.1 mm)； 瀝青的延度(15 ℃， 5 cm/min)為163 cm；瀝青的軟化點(diǎn)為46.7 ℃。

1.1.2集料

本文選用破碎玄武巖集料來(lái)制備瀝青混合料，混合料類型為DAC-13型，級(jí)配曲線如圖1所示；其中填料的質(zhì)量占集料總質(zhì)量的4%。

圖1 級(jí)配曲線Figure 1 Aggregate gradation curves

拜耳法赤泥來(lái)源于位于河南省焦作市的中國(guó)鋁業(yè)股份有限公司中州分公司，中州分公司是中國(guó)鋁業(yè)股份有限公司下屬的六大氧化鋁生產(chǎn)基地之一，年產(chǎn)赤泥約200萬(wàn)t。將取回的赤泥在烘箱中烘干，磨細(xì)后利用篩子進(jìn)行篩分，得到本文所需要的赤泥填料如圖2所示。天然石灰石礦粉來(lái)自河南省寶豐縣。石灰石礦粉和拜耳法赤泥的基本性質(zhì)如表1所示。通過(guò)X射線熒光光譜儀(XRF)得到兩者的化學(xué)成分如表2所示，從表2可以看到，石灰石礦粉的主要成分為CaO，達(dá)到46.90%；CaO是一種堿性氧化物，但拜耳法赤泥中CaO的含量相對(duì)較少，兩者混合后做填料，可以彌補(bǔ)拜耳法赤泥中CaO不足的缺點(diǎn)，從而改善集料與瀝青之間粘附性能。

圖2 拜耳法赤泥Figure 2 Bayer red mud

表1 赤泥與礦粉基本性質(zhì)Table 1 Basic performances of listoneme and bayer red mud填料不同孔徑(mm)的通過(guò)百分率 /%0.60.30.075表觀密度/(g·cm-3)礦粉100.097.991.82.79拜耳法赤泥100.098.691.32.82

表2 赤泥與礦粉化學(xué)組成Table 2 Chemical composition of listoneme and bayer red mud成分礦粉/%拜耳法赤泥/%CaO46.908.76SiO217.9636.01Fe2O30.519.76Al2O30.4621.36TiO20.0352.64Na2O0.0813.21MgO3.640.86K2O0.10.77其他0.362.03燒失量29.9314.67

1.2 瀝青混合料的設(shè)計(jì)和制備

本文以石灰石礦粉做填料的瀝青混合料作為基準(zhǔn)混合料，采用馬歇爾方法來(lái)確定瀝青混合料的最佳瀝青用量，得到基準(zhǔn)瀝青混合料DAC-13的最佳瀝青用量為5.1%。針對(duì)基準(zhǔn)瀝青混合料，利用拜耳法赤泥部分或全部替代石灰石礦粉做填料時(shí)，赤泥替代石灰石礦粉的質(zhì)量百分率分別為0%，25%，50%、75%和100%，因此，可得到本文所使用的5種填料，針對(duì)這5種不用類型的填料，本文所采用的各種瀝青混合料類型如表3所示。根據(jù)試驗(yàn)分析，該表中所有瀝青混合料類型的最佳瀝青用量的變化范圍小于0.15%，因此，為了更好地研究填料類型對(duì)瀝青混合料性能的影響，對(duì)所有類型的瀝青混合料選擇了等瀝青用量的方法進(jìn)行性能研究。

表3 混合料類型Table 3 Studied mixture compositions序號(hào)填料組成混合料類型1 0%赤泥+100%石灰石礦粉赤泥 0 2 25%赤泥+75%石灰石礦粉赤泥25 3 50%赤泥+50%石灰石礦粉赤泥50 4 75%赤泥+25%石灰石礦粉赤泥75 5 100%赤泥+0%石灰石礦粉赤泥100

于是根據(jù)上述集料級(jí)配和最佳瀝青用量來(lái)制備所需要的各種瀝青混合料試件。本文涉及到的瀝青混合料試驗(yàn)方法主要有4種，即馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)、瀝青混合料低溫劈裂試驗(yàn)、浸水馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)和瀝青混合料單軸蠕變恢復(fù)試驗(yàn)，涉及到的瀝青混合料試件的規(guī)格主要有兩種，即馬歇爾穩(wěn)定度試件(Φ101.6 mm×63.5 mm)和蠕變恢復(fù)試驗(yàn)試件(Φ100 mm×100 mm)，前3種試驗(yàn)方法使用的試件都是標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾穩(wěn)定度試件，最后一種試驗(yàn)方法用到的是蠕變恢復(fù)試驗(yàn)試件，馬歇爾穩(wěn)定度試件采用擊實(shí)法成型，蠕變恢復(fù)試驗(yàn)試件采用靜壓法成型。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)

通過(guò)瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)可以直接得到試件破壞時(shí)承受的最大外力即馬歇爾穩(wěn)定度(MS)和垂直方向的變形即流值(FL)兩個(gè)技術(shù)指標(biāo)，通過(guò)式(1)可以得到指標(biāo)馬歇爾模數(shù)(T)：

(1)

式中：MS為馬歇爾穩(wěn)定度，kN；FL為馬歇爾試件的流值，mm。

1.3.2瀝青混合料劈裂試驗(yàn)

瀝青混合料劈裂試驗(yàn)是用于評(píng)價(jià)瀝青混合料低溫抗裂性能的。所用試件為馬歇爾試件，試驗(yàn)溫度-10 ℃，試驗(yàn)前試件在空氣浴中保溫6 h，試驗(yàn)時(shí)加載速率為1 mm/min，通過(guò)測(cè)量試件在最大破壞荷載時(shí)產(chǎn)生的垂直方向總變形，通過(guò)式(2)可以得到試件的破壞拉伸應(yīng)變?chǔ)臫：

(2)

式中：XT為試件在最大破壞荷載時(shí)的垂直方向總變形，mm；μ為泊松比，當(dāng)試驗(yàn)溫度低于10 ℃時(shí)，μ取值0.25。

1.3.3水穩(wěn)定性試驗(yàn)

浸水馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)可以評(píng)估瀝青混合料的水穩(wěn)定性，以檢驗(yàn)瀝青混合料浸水損害時(shí)抵抗剝落的能力。試驗(yàn)時(shí)，試件分為兩組，一組按照上述標(biāo)準(zhǔn)的馬歇爾試驗(yàn)方法，測(cè)定其馬歇爾穩(wěn)定度(MS)，另一組試件在60 ℃水浴中保溫48 h后再在馬歇爾穩(wěn)定度儀上測(cè)其穩(wěn)定度即浸水馬歇爾穩(wěn)定度(IMS)，通過(guò)式(3)可以得到試驗(yàn)指標(biāo)浸水馬歇爾穩(wěn)定度比(IMSR)如下：

(3)

式中：IMS為浸水馬歇爾穩(wěn)定度，即試件在60 ℃水浴中保溫48 h后測(cè)得的穩(wěn)定度，kN；MS為馬歇爾穩(wěn)定度，即試件在60 ℃水浴中保溫30 min后測(cè)得的穩(wěn)定度，kN。

1.3.4瀝青混合料單軸蠕變恢復(fù)試驗(yàn)

蠕變恢復(fù)試驗(yàn)?zāi)軌驕y(cè)定瀝青混合料的黏彈性能，可以從黏彈性材料角度對(duì)瀝青混合料的抗高溫變形能力進(jìn)行分析。本研究采用微機(jī)控制的電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行單軸蠕變恢復(fù)試驗(yàn)；試驗(yàn)溫度選取40 ℃和60 ℃，試驗(yàn)前，試件在要求溫度下利用空氣浴保溫24 h。采用加載方式為：先以2 mm/min的加載速度施加預(yù)壓力80 N，保載60 s；然后以700 N/s的加載速度加載到所需力1 500 N，保載1 800 s；再以700 N/s的加載速度卸載到0 N，保載1 800 s。

2 結(jié)果與討論

2.1 馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果

馬歇爾穩(wěn)定度反映了瀝青混合料在高溫條件下的破壞強(qiáng)度，也可以反映瀝青混合料在高溫下抵抗推移和車轍的能力。添加5種不同類型填料的瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。從圖3可以看到，赤泥100瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度最大，達(dá)到15.54 kN，赤泥50瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度最小，只有11.09 kN；赤泥0瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度為12.20 kN。結(jié)果表明了赤泥100瀝青混合料即拜耳法赤泥瀝青混合料的高溫抗推移和車轍能力最強(qiáng)，赤泥50瀝青混合料最弱；還可看到拜耳法赤泥瀝青混合料和赤泥75瀝青混合料的抗推移變形和車轍的能力明顯均強(qiáng)于傳統(tǒng)的石灰石礦粉做填料的瀝青混合料；并且5種瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度值均滿足規(guī)范《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)的要求，即不能小于8 kN。

圖3 馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果Figure 3 Results of marshall stability test

流值是馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)時(shí)試件在發(fā)生破壞時(shí)豎直方向的變形，反映了瀝青混合料在高溫時(shí)的塑性和柔韌性，并且流值與內(nèi)摩擦力呈線性反比關(guān)系[22-24]。高溫時(shí)，瀝青混合料的流值不能過(guò)大，否則瀝青混合料易于出現(xiàn)過(guò)大的塑性變形，導(dǎo)致高溫抗車轍能力降低。添加5種不同類型填料的瀝青混合料流值試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。從圖4可以看到，赤泥100瀝青混合料的流值最小，為4.41 mm，赤泥50瀝青混合料的流值最大，達(dá)到5.55 mm；赤泥0瀝青混合料的流值為5.06 mm。結(jié)果表明了赤泥100瀝青混合料即拜耳法赤泥瀝青混合料在高溫時(shí)塑性變形最小，赤泥50瀝青混合料高溫時(shí)的塑性變形最大，說(shuō)明拜耳法赤泥瀝青混合料在發(fā)生變形時(shí)內(nèi)摩擦力最大，抗車轍能力最強(qiáng)，而赤泥50瀝青混合料的內(nèi)摩擦力最小，抗車轍能力最弱；還可看到赤泥100瀝青混合料和赤泥75瀝青混合料的塑性變形均明顯小于赤泥0瀝青混合料即傳統(tǒng)的石灰石礦粉做填料的瀝青混合料，說(shuō)明前兩者的高溫抗車轍能力均強(qiáng)于傳統(tǒng)的石灰石礦粉瀝青混合料。

圖4 流值試驗(yàn)結(jié)果Figure 4 Test results of flow values

馬歇爾模數(shù)是馬歇爾穩(wěn)定度與流值的比值，是評(píng)價(jià)瀝青混合料車轍性能的標(biāo)準(zhǔn)，認(rèn)為馬歇爾模數(shù)較高的混合料具有較高的抗永久變形能力[25-26]。馬歇爾模數(shù)越大說(shuō)明瀝青混合料在受到外力時(shí)的變形越小，或者說(shuō)在發(fā)生同樣變形時(shí)可以抵抗較大的外力。添加5種不同類型填料的瀝青混合料馬歇爾模數(shù)試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。從圖5可看到，赤泥100瀝青混合料的馬歇爾模數(shù)最大，為3.62 kN/mm，赤泥25瀝青混合料的馬歇爾模數(shù)最小，為1.73 kN/mm；赤泥0瀝青混合料的馬歇爾模數(shù)為2.12 kN/mm。結(jié)果表明了赤泥100瀝青混合料即拜耳法赤泥瀝青混合料的高溫抗變形能力最強(qiáng)，赤泥25瀝青混合料最弱；還可看到赤泥100瀝青混合料和赤泥75瀝青混合料的抗變形能力明顯強(qiáng)于赤泥0即傳統(tǒng)的石灰石礦粉做填料的瀝青混合料。

圖5 馬歇爾模數(shù)試驗(yàn)結(jié)果Figure 5 Test results of marshall modulus

2.2 瀝青混合料劈裂試驗(yàn)結(jié)果

低溫性能是瀝青混合料路用性能的重要方面之一。隨著溫度的降低，瀝青混合料的硬脆性增加，導(dǎo)致瀝青路面低溫時(shí)變形能力降低和脆裂的趨勢(shì)增加。劈裂試驗(yàn)得到的破壞拉伸應(yīng)變是反映瀝青混合料在低溫破壞時(shí)柔韌性的重要指標(biāo)，破壞拉伸應(yīng)變?cè)酱?，瀝青混合料的柔韌性越好，低溫變形能力越強(qiáng)，抗裂性也越好。添加5種不同類型填料的瀝青混合料破壞拉伸應(yīng)變?cè)囼?yàn)結(jié)果如圖6所示。從圖6可看到，破壞拉伸應(yīng)變最大的是赤泥100瀝青混合料，為8.350 μm，其次是赤泥75瀝青混合料，為7.745 μm，最小的是赤泥50瀝青混合料，為1.612 μm，赤泥0瀝青混合料即傳統(tǒng)的石灰石礦粉瀝青混合料的破壞拉伸應(yīng)變?yōu)?.581 μm。結(jié)果表明，赤泥100和赤泥75瀝青混合料的低溫抗裂性能最好，均好于傳統(tǒng)的石灰石礦粉做填料的瀝青混合料。

德國(guó)位于歐洲西部，是一個(gè)由16個(gè)州組成的聯(lián)邦共和國(guó)，國(guó)土面積3.57×105km2，人口8.076 75×107人。德國(guó)是高度發(fā)達(dá)的工業(yè)國(guó)家，全球八大工業(yè)國(guó)之一。農(nóng)業(yè)也非常發(fā)達(dá)，機(jī)械化程度較高。20世紀(jì)70年代德國(guó)環(huán)境問(wèn)題最為突出，認(rèn)識(shí)到簡(jiǎn)單的垃圾末端處理并不能從根本上解決問(wèn)題，資源回收和再利用有極其重要的意義，便開(kāi)始試圖解決垃圾減量和再利用問(wèn)題。

圖6 低溫劈裂試驗(yàn)結(jié)果Figure 6 Results of split test at low temperature

2.3 瀝青混合料水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果

當(dāng)瀝青混合料受到水分侵害時(shí)，瀝青與集料之間的粘附力會(huì)降低，瀝青混合料的抗剝落能力隨之降低，從而導(dǎo)致水穩(wěn)定性降低。浸水馬歇爾試驗(yàn)得到的浸水馬歇爾穩(wěn)定度比可以反映瀝青混合料的水敏感性，浸水馬歇爾穩(wěn)定度比越大表明瀝青混合料的水敏感性越低，這樣的瀝青混合料受水作用后損失的穩(wěn)定度就越少，水穩(wěn)定性就越好。添加5種不同類型填料的瀝青混合料浸水馬歇爾穩(wěn)定度比試驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。從圖7可以看到，赤泥50瀝青混合料的浸水馬歇爾穩(wěn)定度比最大，為88.5%，赤泥100瀝青混合料的浸水馬歇爾穩(wěn)定度比最小，為53.3%，赤泥0瀝青混合料即傳統(tǒng)的石灰石礦粉做填料的瀝青混合料浸水馬歇爾穩(wěn)定度比為81.7%。根據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)的要求，只有赤泥100即拜耳法赤泥瀝青混合料的浸水馬歇爾穩(wěn)定度比不滿足規(guī)范要求(不小于75%)。結(jié)果表明，單純利用拜耳法赤泥做填料的瀝青混合料水穩(wěn)定性最低，赤泥50瀝青混合料的水穩(wěn)定性最高，其次是赤泥25瀝青混合料，這說(shuō)明了拜耳法赤泥與石灰石礦粉共同做填料可以實(shí)現(xiàn)降低瀝青混合料水敏感性和提高水穩(wěn)定性的作用，這樣的效果甚至優(yōu)于傳統(tǒng)的石灰石礦粉填料；這可能是由于石灰石礦粉中較多的堿性氧化物CaO彌補(bǔ)了拜耳法赤泥中CaO的不足，從而提高了弱酸性瀝青與集料之間的粘結(jié)性能，進(jìn)而提高了瀝青混合料的抗剝落能力和水穩(wěn)定性。

圖7 水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果Figure 7 Results of water stability test

2.4 瀝青混合料單軸蠕變恢復(fù)試驗(yàn)結(jié)果

瀝青混合料是一種典型的粘彈性材料，粘彈性能反映瀝青路面的變形和抗車轍性能。填料是瀝青混合料的重要組成部分之一，可以影響瀝青混合料的粘彈性能。蠕變恢復(fù)試驗(yàn)?zāi)軌蚍从碁r青混合料的黏彈性能，從而可以從黏彈性角度分析瀝青混合料的抗高溫變形能力。本文選取兩個(gè)測(cè)試溫度40 ℃和60 ℃，通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，瀝青路面40 ℃對(duì)應(yīng)于氣溫27 ℃左右，屬于通常認(rèn)為的常溫范圍或中溫范圍；瀝青路面60 ℃對(duì)應(yīng)于氣溫40 ℃左右，即通常認(rèn)為的高溫范圍；因此，本文通過(guò)這兩個(gè)溫度下瀝青混合料粘彈性的測(cè)定來(lái)反映不同填料類型對(duì)瀝青混合料中溫和高溫性能的影響。

40 ℃時(shí)，添加5種不同類型填料的瀝青混合料蠕變恢復(fù)試驗(yàn)結(jié)果如圖8所示。從圖8可以看到，5種類型填料的瀝青混合料蠕變恢復(fù)曲線分為兩個(gè)階段，即加載階段(蠕變階段)和卸載階段(恢復(fù)階段)；加載階段應(yīng)變隨時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸增大，加載末期應(yīng)變達(dá)到最大值，此時(shí)的應(yīng)變稱為累積應(yīng)變，累積應(yīng)變反映了瀝青混合料的抗變形能力，累積應(yīng)變?cè)叫”砻鳛r青混合料的抗變形能力越強(qiáng)；卸載階段應(yīng)變隨時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸較小，逐步趨于穩(wěn)定，最終保留下來(lái)沒(méi)有恢復(fù)的應(yīng)變稱為殘余應(yīng)變，殘余應(yīng)變反映瀝青混合料產(chǎn)生車轍深度的大小，殘余應(yīng)變?cè)酱?，瀝青混合料的抗車轍能力越低，車轍深度將越深。從加載階段看，赤泥100瀝青混合料的累積應(yīng)變最小，其次是赤泥50瀝青混合料，第三是赤泥75瀝青混合料，說(shuō)明在40 ℃時(shí)赤泥100即拜耳法赤泥瀝青混合料的抗變形能力最強(qiáng)，并且這3種瀝青混合料的抗變形能力均大于傳統(tǒng)的石灰石礦粉瀝青混合料。從恢復(fù)階段看，赤泥100瀝青混合料的殘余應(yīng)變最小，其次是赤泥50瀝青混合料，第三是赤泥75瀝青混合料，說(shuō)明在40 ℃時(shí)赤泥100瀝青混合料即拜耳法赤泥瀝青混合料的抗車轍能力最強(qiáng)，車轍深度最小，并且這3種瀝青混合料的抗車轍能力均大于傳統(tǒng)的石灰石礦粉瀝青混合料。

圖8 40 ℃時(shí)蠕變恢復(fù)試驗(yàn)結(jié)果Figure 8 Results of creep recovery test at 40 ℃

60 ℃時(shí)，添加5種不同類型填料的瀝青混合料蠕變恢復(fù)試驗(yàn)結(jié)果如圖9所示。從圖9可看到，加載階段，赤泥100瀝青混合料和赤泥25瀝青混合料蠕變曲線的累積應(yīng)變十分接近，且均比較小，赤泥75瀝青混合料和赤泥50瀝青混合料蠕變曲線的累積應(yīng)變接近，明顯大于前兩者，并且這4種瀝青混合料的累積應(yīng)變均小于赤泥0瀝青混合料即傳統(tǒng)的石灰石礦粉瀝青混合料的累積應(yīng)變；說(shuō)明了赤泥100瀝青混合料和赤泥25瀝青混合料的抗變形能力較強(qiáng)，其次是赤泥75瀝青混合料和赤泥50瀝青混合料，而赤泥0瀝青混合料即傳統(tǒng)的石灰石礦粉瀝青混合料的抗變形能力最弱。從卸載階段看，各瀝青混合料的殘余應(yīng)變基本表現(xiàn)出了與累積應(yīng)變類似的規(guī)律，即赤泥100瀝青混合料和赤泥25瀝青混合料殘余應(yīng)變十分接近，均比較小，赤泥75瀝青混合料和赤泥50瀝青混合料殘余應(yīng)變接近，明顯大于前兩者，并且這4種瀝青混合料的殘余應(yīng)變均明顯小于赤泥0瀝青混合料即傳統(tǒng)的石灰石礦粉瀝青混合料的殘余應(yīng)變；說(shuō)明了赤泥100瀝青混合料和赤泥25瀝青混合料的抗車轍能力較強(qiáng)，其次是赤泥75瀝青混合料和赤泥50瀝青混合料，而赤泥0瀝青混合料即傳統(tǒng)的石灰石礦粉瀝青混合料的抗車轍能力最弱。

圖9 60 ℃時(shí)蠕變恢復(fù)試驗(yàn)結(jié)果Figure 9 Results of creep recovery test at 60 ℃

3 結(jié)論

本文通過(guò)馬歇爾試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)、低溫劈裂試驗(yàn)和蠕變恢復(fù)試驗(yàn)，從低溫、中溫、高溫和水敏感性等方面分析了拜耳法赤泥部分或全部替代傳統(tǒng)的石灰石礦粉做填料對(duì)瀝青混合料路用性能的影響，得到主要結(jié)論如下：

a.從化學(xué)成分看，在拜耳法赤泥中堿性氧化物主要有CaO和Na2O，兩者之和約12%，而在石灰石礦粉中僅CaO含量達(dá)到46.9%，在瀝青混合料中堿性氧化物對(duì)于提高弱酸性瀝青與集料之間的粘附力是有積極作用的，這一點(diǎn)是拜耳法赤泥無(wú)法與石灰石礦粉比擬的。

b.從瀝青混合料的水穩(wěn)定性看，單純利用拜耳法赤泥做填料的瀝青混合料水穩(wěn)定性最低，滿足不了相關(guān)規(guī)范對(duì)瀝青混合料水穩(wěn)定性的要求；赤泥50瀝青混合料的水穩(wěn)定性最高，由于石灰石礦粉中較多的堿性氧化物CaO彌補(bǔ)了拜耳法赤泥中CaO的不足，從而提高了瀝青與集料之間的粘結(jié)性能，進(jìn)而改善了瀝青混合料的水穩(wěn)定性，其效果甚至優(yōu)于傳統(tǒng)的石灰石礦粉填料。

c.從高溫穩(wěn)定性看，赤泥100瀝青混合料在抗變形能力、抗推移能力、抗車轍以及低塑性要求等方面都最有優(yōu)勢(shì)，其次是赤泥75瀝青混合料；并且兩者的高溫性能都明顯好于赤泥0瀝青混合料即傳統(tǒng)的石灰石礦粉瀝青混合料。

d.從常溫時(shí)的抗變形能力及抗車轍能力看，赤泥100瀝青混合料優(yōu)勢(shì)最明顯，其次是赤泥50瀝青混合料，第三是赤泥75瀝青混合料，并且三者的性能均好于赤泥0瀝青混合料即傳統(tǒng)的石灰石礦粉瀝青混合料。

e.從低溫抗裂性能看，赤泥100瀝青混合料的低溫抗裂性能最好，其次是赤泥75瀝青混合料，兩者的低溫性能均好于傳統(tǒng)的石灰石礦粉做填料的瀝青混合料。