□北京建工集团坦桑分公司  叶林海

 

摘要：姆万扎省位于坦桑尼亚西北部，海拔1000-1400m，终年温暖，日照充足，有岛山和石山散布其间。姆万扎机场坐落在维多利亚湖边，其跑道与停机坪均为沥青混凝土道面。为增加沥青混凝土在热带地区的动稳定性，当地监理要求添加水泥以增加粉胶比。在铺设过程中，北京建工集团坦桑分公司实验人员因地制宜，利用沥青拌合站中筛分后的废料石粉充当填充剂与胶凝剂代替水泥，在不改变施工质量的前提下，降低了成本，同时实现了填料的资源化利用。

 

1.引言

坦桑尼亚所在的东非属于热带，姆万扎省同样具有热带地区的环境共性，旱季炎热，雨季潮湿多水。因此进行机场沥青混凝土施工，需要特别注意高温对其动稳定性和水稳定性的影响。

   在国内机场沥青混凝土中会用到石粉等细集料作为填充剂或胶凝剂，其中石粉的一部分作用是增加沥青混凝土道面在高温条件下的动稳定性和水稳定性。在《民用机场沥青混凝土道面设计规范》中提到，“细集料可以采用石屑、机制砂和天然砂。细集料应清洁、干燥，石质坚硬、耐久、无杂质。”但国内机场可用的石粉、石屑中普遍含有土等杂质。根据《民用机场沥青混凝土道面设计规范》中对于填料的描述：“填料应采用石灰石、白云石等碱性石料加工磨成的石粉。为提高沥青混合料的水稳定性，可使用消石灰粉、水泥代替部分填料。”

根据水泥和石粉的物理性质对比，其相似之处很多，包括粒径以及在混合料中所起的作用。姆万扎机场的监理之所以要求使用水泥作为填料，也是因为他们认为水泥中杂质较少，适合作为填料。但是他们忽略了一点，那就是当地石材资源广泛，石粉纯净、杂质少，且本项目所使用的沥青拌合站在粗骨料干燥过程中便可产生大量的粒径在0.075mm以下石粉。相对于水泥而言，利用石粉可以降低成本，而且资源广泛。

因此，在姆万扎这类石材纯净、杂质少的地区，用石粉代替水泥可以实现对工程成本的控制以及对沥青拌合站废料（石粉）的资源化利用。

2.沥青混凝土施工中水泥与石粉的区别和共同点

2.1水泥与石粉的区别

    石粉是石头的粉末的通称。根据矿物成分划分，石头的种类很多，并不一定是碳酸钙。碳酸钙是石灰石，只是石粉中的一种。石粉中还有滑石粉，可用来制作腻子；石英粉，可用来制作玻璃。还有很多矿物成分的岩石，都可以磨成粉末，用作不同的工艺及用途。

    水泥是粉状水硬性无机胶凝混合活性材料，加水搅拌后成浆体后，能在空气中硬化或者在水中更好的硬化，并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起。早期石灰与火山灰的混合物与现代的石灰火山灰水泥很相似，用它胶结碎石制成的混凝土，硬化后不但强度较高，而且还能抵抗淡水或含盐水的侵蚀。长期以来，它作为一种重要的胶凝材料，广泛应用于土木建筑、水利、国防等工程。

    目前使用较为广泛的水泥为硅酸盐水泥。硅酸盐水泥中掺有活性混合材料，内含有活性的氧化硅和氧化铝，当与石灰混拌后，遇水能生成具有水硬性的胶凝材料，可使气硬性石灰具有明显的水硬性。活性混合材料与水泥的水化物起化学反应，使水泥的抗水性和抗腐蚀性大大增强。

    而石粉遇水则不会发生化学反应，像混凝土中的粗骨料一样只会起物理作用。在混凝土中，水泥充当了胶凝材料，将其中的砂石胶结起来。

2.2 沥青混凝土与普通混凝土的区别

由上述可知，普通混凝土中，水泥充当胶凝剂，和水发生化学反应，使普通混凝土中的砂石胶结，从而大大增加普通混凝土的强度。

    而对于沥青混凝土而言，其中不含有水分，且充当胶凝剂的材料为沥青本身。在沥青混凝土中添加的水泥不会与沥青本身发生任何化学反应。所以水泥在沥青混凝土中的作用完全是物理作用，其化学作用未发挥出来。其作用与石粉的作用一样，就是与沥青液体混合填充骨料缝隙，增加沥青混凝土的强度。

2.3 对比分析

从以上对比可以看出，水泥是有活性的，可以与水发生反应生成胶凝物质，增强混凝土强度；而石粉没有水泥一样的活性，只起到填充缝隙和增加强度的物理作用。

但对于沥青混凝土材料而言，二者都只起到物理作用。因为水泥不会与沥青发生反应，水泥的活性并没有体现出来，所以此时二者的作用是相同的。从属性来看，在沥青混凝土中可以用石粉代替水泥。

从国内规范和国外规范对比看来，沥青混合料的颗粒级配和填料的含量会对沥青混凝土的强度和稳定性造成影响。因此在国内规范规定的沥青混凝土中，填料的含量给出了允许范围为4%-6%，这与国外的规范规定的允许范围3%-6%上限相同，下限相差1%，而国内的规范规定范围相对较小。同时规范规定的马歇尔稳定度国内的规范规定为大于等于9kN，国外的规定为大于等于8kN，相差1kN,国内的规定相对来说更严格一些。

下面就用现场试验数据，讨论填料含量对沥青混凝土稳定性产生的影响。

3.石粉及其含量对沥青混凝土道面稳定性的影响

3.1 沥青混凝土填料的作用

填料指的是在沥青混合料中填充微小空隙的材料，通常指小于0.075mm的材料。沥青混凝土填料主要由石粉组成，但现在随着水泥品种的增加、水泥生产的便利，以及一些不合格石粉中含有大量杂质，通常使用水泥代替石粉。填料的主要作用有两个，一是填充沥青混凝土骨料之间的空隙；二是与沥青形成胶浆，提高混合料自身的强度和稳定性。但当石粉中杂质较少且价格较低时，应优先选择石粉。下面从两方面论证该观点。

3.2 沥青混凝土混合料填料相关实验

沥青混合料中与填料有关的实验为级配筛分实验和马歇尔稳定度实验。其中级配筛分试验是用来得出沥青混凝土混合料中填料所占比例，从而判断该沥青混凝土样品是否合格，然后再进行马歇尔稳定度实验，从中得出沥青混凝土的马歇尔稳定度和残余稳定度，从而判断其混合料是否合格。

筛分实验是将沥青混合料进行沥青抽提实验后所剩的骨料，进行一定顺序的筛分，从而得出各种粒径的骨料在沥青混合料中所占比例。通过该比例绘制的图表与实验室中规范规定的允许值的图表做对比，判断该混合料是否合格。对于填料，实验室规范规定的允许值为3%-6%。

马歇尔试验是验证沥青混合料最佳石油比的实验，通过在规定温度和湿度下的试件抗压强度测试得出，反应了试件的水稳定性和动稳定性。得出的试件马歇尔稳定度与实验室中的规范规定进行对比，判断该混合料试件是否合格，从而判断现场施工混合料的稳定性是否符合规范规定。该项指标的实验室规范规定允许值为8kN。对于残余稳定度，从其实验步骤可知，该实验得出的是试件的水稳定性，实验室规范规定值为小于等于25kN。

3.2 实验结果对比

以下两表格为2014年12月29日的实验数据，其中显示了当日的级配筛分实验和马歇尔稳定度实验的结果：            

 

 

从上面两个表格可以看出，该样品中石粉含量平均值为6%，马歇尔稳定度平均值为17.74kN，残余稳定度平均值为21.07kN。

为了使对比结果明显，抽取2015年1月7日的实验结果作为参照，以下两表格为当天的级配筛分实验和马歇尔稳定度实验的结果：

 

从上面两个表格可以看出，该样品中石粉含量平均值为4.7%，马歇尔稳定度平均值为20.7kN，残余稳定度平均值为13.49kN。

综合看来，当石粉含量分别为6%和4.7%时，沥青混凝土样品的马歇尔稳定度为17.74kN和20.7kN。此结果与更为严格的国内设计规范规定的允许值相对比后可以明显看出，当用石粉充当填料时，沥青混凝土样品的马歇尔稳定度会与填料的含量成反比。当填料含量达到规范规定上限时，其样品的马歇尔强度值为17.74kN，与规范规定的8kN亦或是国内规范规定的9kN相比，可以看出该样品仍然合格。

3.3 结果分析

从以上两组数据不难看出，当沥青混凝土混合料中石粉含量较高时，其马歇尔稳定度稍有下降，但均高于实验室规范规定；同时两组试件的残余稳定度差距很大，可见当进行沥青混凝土施工时，石粉含量的适度增加，可使道面的静稳定性有不明显下降，但道面的水稳定性却显著提高。

从施工现场取样后的实验结果综合看来，石粉的替换完全符合规范规定，而且优于规范规定很多，其现场取样实验结果如下表所示：

      

其中，填料含量允许值为3%-6%，马歇尔稳定度允许值为≥8kN，残余稳定度允许值为≤25kN，所以根据表格数据可知，沥青混凝土现场施工时，用石粉作为填料完全符合施工规范规定。现场监理和业主对此种方法给与了肯定。

4.水泥与石粉的采购成本对比

由实验室得出，一吨沥青混凝土中的填料为45kg。以当地水泥和石粉价格进行比对，水泥价格为每吨26万坦先令，所以每吨沥青混凝土中水泥填料价格为11700坦先令。

姆万扎机场项目的沥青混凝土总量为60412.1吨，如果用石粉代替水泥，一共可以节省7.1亿坦先令，相当于210万元人民币。

从2014年12月的试验段，到2015年初的跑道沥青施工，姆万扎机场项目共完成沥青混凝土量为23794.4吨，已节省资金2.8亿坦先令，相当于85万元人民币。通过该方法，还可以节省130万元人民币。对于整个项目来说数量不小，而对于整个地区的沥青施工项目来说，节省的数额将更加巨大。

5.总结

由以上论述和实践可知，在保证石粉产品中杂质含量小于规范规定的允许含量的情况下，可对填料进行资源化利用，即用沥青拌合站作为废料的石粉代替沥青混凝土中的水泥，从而达到既保证了在热带地区沥青混凝土施工中道面的动稳定性和水稳定性，又可以有效的降低采购成本的双重效果。

同时，该方法充分削减了沥青拌合站的废料堆积量，减小了废料运输排放的施工成本，而且保护了环境，做到了对社会资源的合理、充分利用。

参考文献

《民用机场沥青混凝土道面设计规范》

《JTG E20-2011公路工程沥青及沥青混合料试验规程》