集料特性對瀝青混合料抗剪性能的影響研究

許 萌 ，李志超 ，陳 杰

(1.山東交通學院交通土建工程學院，山東濟南 250357；2.山東公路技師學院，山東濟南 250014)

集料特性對瀝青混合料抗剪性能的影響研究

許 萌1，李志超2，陳 杰1

(1.山東交通學院交通土建工程學院，山東濟南 250357；2.山東公路技師學院，山東濟南 250014)

從集料特性入手，通過單軸貫入試驗和三軸壓縮試驗，研究分析不同集料類型和特性對AC-13瀝青混合料抗剪性能的影響規(guī)律。研究表明，玄武巖瀝青混合料的抗剪性能優(yōu)于石灰?guī)r，同時，減小集料的針片狀顆粒含量、壓碎值、磨耗值，提高其棱角性，能夠增大瀝青混合料的粘聚力和內磨擦角，從而提高瀝青混合料的抗剪性能。

瀝青混合料；抗剪性能；單軸貫入試驗；三軸壓縮試驗

近年來，我國道路建設飛速發(fā)展，交通量激增，人們對道路的行車安全性、舒適性及行車速度等要求越來越高，多軸次、重軸載、高輪壓在交通軸載組成中的比例越來越大，道路路面的車轍現(xiàn)象也越來越普遍。路面車轍主要是瀝青層內過大剪應力導致的剪切變形[1]。因此在瀝青混合料路面設計和瀝青混合料組成設計過程中，需要對瀝青混合料抗剪強度給予足夠的重視。瀝青層中產生的剪切應力，主要由荷載、外界環(huán)境和路面結構引起，與材料本身無關；而瀝青混合料抗剪強度則是材料的本身屬性。瀝青混合料是瀝青結合料和集料膠結在一起組成的路面材料，其強度和穩(wěn)定性是由瀝青的膠結作用和集料的骨架作用共同提供的，瀝青和集料各自的特性以及它們的組合特性(比如級配)決定了瀝青混合料的路用性能。

本文從影響抗剪強度的幾個主要因素入手，進行試驗研究，通過單軸貫入試驗，結合三軸壓縮試驗，對瀝青混合料抗剪特性進行評價，研究分析在相同瀝青結合料情況下，不同集料類型和特性對AC-13 瀝青混合料抗剪強度的影響規(guī)律[2-6]。

1 集料的性質

為了比較不同集料對瀝青混合料抗剪性能的影響，本文根據(jù)實際條件，選擇了3 種不同來源和產地的集料，其中2 種為石灰?guī)r石料，1 種為玄武巖。在試驗室內對這3 種集料性質進行試驗[7]。試驗結果如表1所示。

表1 集料物理力學指標

2 不同集料瀝青混合料的抗剪性能

圖1 AC-13 級配曲線

為了更加直觀的比較不同集料組成的瀝青混合料抗剪性能的差異[8-10]，對3 種集料均采用AC-13 級配(見圖1)[11-13]。

制備瀝青混合料試件(空隙率控制在4.0%左右)，瀝青均采用殼牌70#(技術指標見表2)，每種集料成型4 個試件：2 個做單軸貫入試驗，2 個做三軸壓縮試驗。試驗結果見表3 、4。

由表3 可知，玄武巖瀝青混合料的平均最大抗剪強度為3.340 MPa，遠大于石灰?guī)r瀝青混合料。來源地不同的石灰?guī)r瀝青混合料平均最大抗剪強度相差0.370 MPa，對抗剪強度的影響不大。因此，在考慮瀝青混合料的抗剪強度時集料類型的選擇不容忽視[14]。

表2 瀝青的技術指標

表3不同集料瀝青混合料單軸貫入試驗結果

集料類型 最大抗剪強度/MPa 試驗1試驗2平均石灰?guī)r12．0981．9632．030石灰?guī)r22．3942．4082．400玄武巖3．1663．5173．340

表4不同瀝青混合料三軸壓縮試驗結果

集料類型C/MPaφ/(°)τ/MPa石灰?guī)r10．19640．7730．902石灰?guī)r20．21840．5490．937玄武巖0．27141．8321．151

注：C為粘聚力；φ為內摩擦角；τ為抗剪強度。

由表4 可知：1)2 種不同產地的石灰?guī)r瀝青混合料的抗剪強度相差不大；但玄武巖瀝青混合料的抗剪強度明顯比石灰?guī)r瀝青混合料高得多。2)2 種不同產地的石灰?guī)r瀝青混合料的內摩擦角有一定的差別，但是差別不大；玄武巖瀝青混合料的內摩擦角明顯比石灰?guī)r瀝青混合料大，玄武巖瀝青混合料的內摩擦角優(yōu)于石灰?guī)r瀝青混合料。3)不同來源的2種石灰?guī)r瀝青混合料相差不大；玄武巖瀝青混合料的粘聚力明顯比石灰?guī)r瀝青混合料大得多，說明玄武巖瀝青混合料的粘聚力優(yōu)于石灰?guī)r瀝青混合料。

將不同集料的針片狀顆粒的質量分數(shù)、壓碎值、磨耗值、棱角性分別與它組成的混合料的抗剪參數(shù)(c、φ、τ)繪成曲線，如圖2～4 所示[15]。

由圖2可以看出，隨著3種集料(石灰?guī)r1、石灰?guī)r2、玄武巖)針片狀顆粒的質量分數(shù)的遞減，C呈增大趨勢；壓碎值和磨耗值的減小，也使得C呈增大趨勢；而隨著棱角性的增大，C增大。由此，玄武巖瀝青混合料具有最大粘聚力。

由圖3可以看出，3種集料(石灰?guī)r1、石灰?guī)r2、玄武巖)針片狀顆粒的質量分數(shù)、壓碎值和磨耗值呈遞減趨勢，但2種石灰?guī)r瀝青混合料內摩擦角相差不大，而玄武巖瀝青混合料內摩擦角要大得多；同時3種集料的棱角性責呈遞增趨勢，但其對2種石灰?guī)r瀝青混合料內摩擦角影響不大，而對玄武巖瀝青混合料內摩擦角的影響則要大得多。

圖2 不同集料性質對C 的影響

圖3 不同集料性質對φ 的影響

圖4 不同集料性質對τ 的影響

由圖4可以看出，隨著3種集料(石灰?guī)r1、石灰?guī)r2、玄武巖)針片狀顆粒的質量分數(shù)、壓碎值、磨耗值的遞減，τ呈增大趨勢；而隨著3種集料棱角性的增大，τ也增大。由此，玄武巖瀝青混合料具有最大抗剪強度。

3 結論

1)玄武巖瀝青混合料的最大抗剪強度大于石灰?guī)r。這是因為玄武巖的壓碎值、磨耗值、棱角性等各項物理力學指標均優(yōu)于石灰?guī)r，靜壓后能相互嵌擠鎖結而具有較大的內摩擦角；而石灰?guī)r在靜壓過程中容易壓碎，集料本身的級配在成型過程中可能已經發(fā)生了變化；且石灰?guī)r表面相對玄武巖較光滑，玄武巖的表面粗糙度優(yōu)于石灰?guī)r，壓實后的嵌鎖作用強，故玄武巖瀝青混合料最大抗剪強度比較大。2)隨著集料針片狀顆粒的質量分數(shù)的減少，C大致呈增加的趨勢，也就是說，集料針片狀顆粒的質量分數(shù)對混合料的抗剪性能有一定的影響，針片狀顆粒的質量分數(shù)的減小在一定程度上對增加瀝青混合料的粘聚力和抗剪強度有利。3)對于同一種集料，壓碎值的減小可以增加瀝青混合料的粘聚力和抗剪強度，但也會降低內摩擦角。4)隨著磨耗值的減少，抗剪強度大致呈增大趨勢；但對于同一種集料，磨耗值的減少會或增大瀝青混合料的內摩擦角。5)棱角性越強，粘聚力和抗剪強度越大，內摩擦角也越大，瀝青混合料抗剪性能越好。

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TheEffectofAggregatePropertyonShearPerformanceofAsphaltMixture

XUMeng1,LIZhi-chao2,CHENJie1

(1.SchoolofTransportationandCivilEngineering，ShandongJiaotongUniversity，Jinan250357,China;2.ShangdongTechnicianInstitute,Jinan250014,China)

Beginning with the aggregate characteristics, this article analyzes the effect of different types and characteristics of aggregate on the shear performance of AC-13 asphalt mixture through the uniaxial penetration test and triaxial compression test. The research shows that the shear properties of basalt asphalt mixture is better than those of limestone and meanwhile the basalt asphalt mixture reduces the acicular content, crushing value as well as abrasion value, and also increases the angularity. Furthermore, the basalt asphalt mixture can improve the cohesion and internal friction angle of asphalt mixture and the shear performance of asphalt mixture as well.

asphalt mixture;aggregate characteristics;uniaxial penetration test;triaxial compression test

郎偉鋒)

2014-05-12

許 萌(1988—)，女，濟南人，山東交通學院碩士研究生，主要研究方向為港航路橋與隧道工程.

10.3969/j.issn.1672-0032.2014.03.013

U414

A

1672-0032(2014)03-0062-04