細集料砂當量對瀝青混合料路用性能的影響研究

陸 宇 杜 騁 金光來 李一鶴

(1.江蘇省交通工程建設(shè)局，江蘇 南京 210029； 2.江蘇中路工程技術(shù)研究院有限公司，江蘇 南京 210000)

隨著交通事業(yè)的不斷發(fā)展，公路的建設(shè)規(guī)模逐漸擴大，特別是高等級公路建設(shè)里程的不斷增加，對集料的需求量也越來越大。與此同時，集料供應緊張，使得集料買賣市場呈現(xiàn)出以“賣方主導”的現(xiàn)象，從而出現(xiàn)賣方加工質(zhì)量的控制力度下降、可用宕口有限、部分劣質(zhì)集料進入市場等問題，最終導致集料指標出現(xiàn)波動難以控制。在瀝青混合料的多元混合物體系中，集料占比高達80%以上，當集料指標波動時，混合料性能將受到較大影響，因此集料指標波動已經(jīng)成為影響路面建設(shè)質(zhì)量重要隱患之一。賈洛通過分別采用玄武巖等六種不同巖性的集料制備六種AC-13型瀝青混合料，進行大量試驗研究發(fā)現(xiàn)，不同巖性的集料對應瀝青混合料的不同性能并不具有一致的影響，針對瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能，玄武巖表現(xiàn)最優(yōu)；針對瀝青混合料的低溫抗裂性能，輝長巖則表現(xiàn)最優(yōu)；針對瀝青混合料的抗水損害性能，石灰?guī)r則表現(xiàn)最優(yōu)。

M.Shane Buchanan等對顆粒的針片狀與混合料性能之間的相關(guān)性進行了研究，發(fā)現(xiàn)針片狀含量多的混合料比針片狀含量少的混合料的路用性能差。吳忠輝研究發(fā)現(xiàn)，粗、細集料的粉塵含量對瀝青混合料的抗剪強度均有一定影響。趙薇研究發(fā)現(xiàn)，集料含泥量對瀝青混合料的水穩(wěn)定性和高溫穩(wěn)定性都有明顯影響。秦仁杰等研究發(fā)現(xiàn)，隨著細集料含泥量的增加，瀝青混合料的浸水馬歇爾穩(wěn)定度、殘留馬歇爾穩(wěn)定度、凍融劈裂強度逐漸下降。

為了進一步研究集料指標對瀝青混合料性能影響，文章選用四種砂當量的細集料進行試件3制備，并進行高溫、低溫、水穩(wěn)定性的研究。

1 原材料及配合比設(shè)計

本文所用石灰?guī)r集料產(chǎn)地為安徽來安，礦粉產(chǎn)地為安徽宣城，SBS改性瀝青產(chǎn)地為江蘇南京。

1.1 瀝青

采用SBS改性石油瀝青，其技術(shù)指標檢測結(jié)果見表1。

1.2 集料

采用集料均為玄武巖石料，粗集料粒徑為13.2 mm～19 mm，9.5 mm～13.2 mm，4.75 mm～9.5 mm，細集料粒徑為2.36 mm～4.75 mm，0.075 mm～2.36 mm，填料采用石灰?guī)r堿性集料磨細得到的礦粉，相應技術(shù)指標按照JTG F40—2004公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范進行檢測，檢測結(jié)果見表2。

表1 SBS改性石油瀝青技術(shù)指標檢測結(jié)果及要求

表2 集料密度指標檢測結(jié)果及要求

1.3 配合比設(shè)計

本文采用江蘇省中面層典型級配Sup-20對瀝青混合料水穩(wěn)定性進行研究，首先選用3.9%，4.4%，4.9%，5.4%四個油石比成型馬歇爾試件，通過試驗分析確定最佳油石比為4.4%，礦料合成級配組成見表3。

表3 Sup-20礦料級配

2 試驗方案

為了研究細集料指標波動對混合料路用性能影響，選擇四種砂當量(70%，60%，55%，50%)成型試件，分別進行浸水馬歇爾試驗、動穩(wěn)定度試驗、小梁彎曲試驗對混合料的水穩(wěn)定性、高溫性能、低溫性能進行分析評價。

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 水穩(wěn)性能

為了分析砂當量對瀝青混合料水穩(wěn)性能的影響，分別測試了70%，60%，55%，50%四種砂當量的Sup-20型瀝青混合料的浸水馬歇爾穩(wěn)定度測試結(jié)果如表4所示。

由表4可知:

1)砂當量的減小對瀝青混合料的抗水損害性能造成不利影響，砂當量越小，混合料的劈裂強度比、殘留穩(wěn)定度越小。

表4 細集料砂當量對混合料水穩(wěn)定性影響

2)隨集料砂當量的減小，瀝青混合料的劈裂強度比、殘留穩(wěn)定度逐漸衰減；當砂當量低于55%后，瀝青混合料的劈裂強度比、殘留穩(wěn)定度衰減幅度增大。

3)與70%的砂當量相比，當砂當量減小到60%時，瀝青混合料的劈裂強度比、殘留穩(wěn)定度分別衰減2.28%，2.49%；當砂當量繼續(xù)減小到55%時，瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度已不能滿足規(guī)范要求；當砂當量繼續(xù)減小到50%時，瀝青混合料的劈裂強度比、殘留穩(wěn)定度分別衰減5.29%，8.14%，且瀝青混合料的劈裂強度比、殘留穩(wěn)定度均不能滿足規(guī)范要求。

4)這是由于集料的砂當量越小，其含泥量就越高，而泥土、灰塵等雜質(zhì)裹覆在集料表面后，瀝青較難與集料之間形成粘結(jié)。含泥量越高，泥土、灰塵等雜質(zhì)就會在集料表面裹覆得越厚，從而使得瀝青膜與集料之間越難形成粘結(jié)力。

還有就是裹覆在集料表面的粘土顆粒容易吸水，這就為水的滲透提供了通道，且吸水后易膨脹，使瀝青容易從集料上剝落。有研究表明，高塑性指數(shù)的泥土在水和溫度的作用下，可能使瀝青乳化，從而導致瀝青的剝落，過量的泥土還使得瀝青變硬、變脆，路面容易過早疲勞破壞。因此含泥量的增多導致瀝青混合料的水穩(wěn)定性降低。

3.2 高溫性能

為了分析砂當量對瀝青混合料高溫性能的影響，課題組分別測試了70%，60%，55%三種砂當量的Sup-20型瀝青混合料的動穩(wěn)定度，測試結(jié)果見表5。

表5 細集料砂當量對混合料高溫性能影響

由表5可知：

1)砂當量的降低對瀝青混合料的高溫性能造成非常明顯的不利影響，隨砂當量的降低，瀝青混合料的動穩(wěn)定度逐漸衰減。尤其是砂當量低于55%后，隨砂當量的降低，動穩(wěn)定度衰減幅度變大。

2)與70%的砂當量相比，當砂當量降低到60%時，瀝青混合料的動穩(wěn)定度衰減6.35%；與60%的砂當量相比，砂當量降低到55%時，瀝青混合料的動穩(wěn)定度增加8.43%，但45 min時的車轍深度增加15.73%，60 min時的車轍深度增加14.60%；當砂當量降低到55%后，瀝青混合料的動穩(wěn)定度衰減21.37%。

3)這主要是由于過多泥土的存在，使得瀝青與集料表面發(fā)生化學反應的能力下降，導致瀝青膠漿粘結(jié)強度下降，從而導致瀝青混合料高溫抗變形能力降低。

3.3 低溫性能

分別成型了70%，60%，55%三種砂當量的Sup-20型瀝青混合料小梁試件，在溫度-10 ℃，速率50 mm/min的條件下進行低溫彎曲試驗來檢驗瀝青混合料的低溫性能。試驗結(jié)果見表6。

表6 細集料砂當量對混合料低溫性能影響

由表6可知：

1)隨砂當量的降低，瀝青混合料的低溫性能呈先增加后衰減的趨勢；當砂當量低于60%時，砂當量每下降5%，瀝青混合料的低溫性能亦衰減5.40%。

2)這是由于在負溫環(huán)境下，填充于瀝青混合料縫隙中的水結(jié)冰后體積增大，對瀝青膜產(chǎn)生壓力，產(chǎn)生的凍脹力也將影響瀝青混合料中骨料的嵌擠力；同時在低溫環(huán)境下瀝青會變脆，塑性變形能力減弱，從而影響混合料的低溫性能。

4 結(jié)論

通過對不同砂當量的集料制備的混合料的路用性能測試得出以下結(jié)論：1)砂當量的降低對瀝青混合料的高溫性能造成非常明顯的不利影響，隨砂當量的降低，瀝青混合料的動穩(wěn)定度逐漸衰減。尤其是砂當量低于55%后，隨砂當量的降低，動穩(wěn)定度衰減幅度變大。2)砂當量的減小對瀝青混合料的抗水損害性能造成不利影響，砂當量越小，混合料的劈裂強度比、殘留穩(wěn)定度越小。隨集料砂當量的減小，瀝青混合料的劈裂強度比、殘留穩(wěn)定度逐漸衰減；當砂當量低于55%后，瀝青混合料的劈裂強度比、殘留穩(wěn)定度衰減幅度增大。3)隨砂當量的降低，瀝青混合料的低溫性能呈先增加后衰減的趨勢；當砂當量低于60%時，砂當量每下降5%，瀝青混合料的低溫性能亦衰減5.40%。