抗滑表層機(jī)制砂瀝青混合料AC-13的組成及性能分析

陸賢芬 覃婷 覃金壽

文章采用馬歇爾法，確定了瀝青混合料AC-13的最佳油石比，并評(píng)價(jià)分析了石灰?guī)r機(jī)制砂、輝綠巖機(jī)制砂及其規(guī)格對(duì)抗滑表層瀝青混合料AC-13的組成及性能的影響。結(jié)果表明：石灰?guī)r機(jī)制砂瀝青混合料AC-13的2.36 mm、0.6 mm、0.075 mm的通過(guò)率分別為23.1%、13.7%、6.7%時(shí)，最佳油石比為4.6%;輝綠巖機(jī)制砂瀝青混合料AC-13的2.36 mm、0.6 mm、0.075 mm的通過(guò)率分別為27.7%、14.9%、7.0%時(shí)，最佳油石比為4.9%;相對(duì)輝綠巖機(jī)制砂瀝青混合料AC-13，石灰?guī)r機(jī)制砂瀝青混合料AC-13的動(dòng)穩(wěn)定度、凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比、粘聚力分別提高了13.3%、21.2%、3.4%;相同輝綠巖粗集料條件下，石灰?guī)r機(jī)制砂瀝青混合料AC-13的抗剪強(qiáng)度、抗滑性能相對(duì)更優(yōu)。

機(jī)制砂;瀝青混合料;路用性能;抗剪強(qiáng)度;抗滑性能

U416.02A060194

0 引言

廣西高速公路AC類瀝青路面抗滑表層高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性能優(yōu)良，但抗滑性能衰減較快。

抗滑表層瀝青路面用粗集料多為廣西田東、大化、龍勝等地產(chǎn)的輝綠巖碎石，細(xì)集料則多為石灰?guī)r石屑，而瀝青混合料的組成設(shè)計(jì)最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)在于細(xì)集料、填料、油石比的用量設(shè)計(jì)。細(xì)集料在瀝青混合料中起到填充作用，影響瀝青混合料的膠（砂）漿性能，也影響瀝青混合料的密實(shí)性與高溫穩(wěn)定性[1-9]。細(xì)集料中含砂的成分相對(duì)越多，瀝青混合料越容易密實(shí)。為了探索不同巖性機(jī)制砂對(duì)抗滑表面層瀝青混合料AC-13組成設(shè)計(jì)及性能的影響，本文選擇圓錐式破碎機(jī)加工的輝綠巖普通機(jī)制砂、白色石灰?guī)r普通機(jī)制砂作為細(xì)集料，粗集料選用同一種巖性和規(guī)格的輝綠巖，其試驗(yàn)結(jié)果可為廣西高速公路表面層瀝青混合料選材設(shè)計(jì)提供參考。

1 原材料

1.1 原材料

1.1.1 基質(zhì)瀝青

考慮到改性瀝青可能掩蓋不同巖性機(jī)制砂對(duì)瀝青混合料的組成及性能影響，本文選用殼牌70#A級(jí)道路石油瀝青，其測(cè)試結(jié)果如下頁(yè)表1所示。

1.1.2 礦料

碎石1#（10～15 mm）、碎石2#（5～10 mm）為大化巖灘產(chǎn)的輝綠巖粗集料，細(xì)集料有上林洋渡石灰?guī)r普通機(jī)制砂3#（0～3 mm），大化巖灘輝綠巖普通機(jī)制砂4#（0～3 mm），集料密度測(cè)試結(jié)果如表2所示，篩分結(jié)果如表3所示。

填料采用廣西某石場(chǎng)提供的石灰?guī)r礦粉5#，其測(cè)試結(jié)果如表4所示。

1.2 抗滑表層普通機(jī)制砂瀝青混合料AC-13的配合比設(shè)計(jì)

1.2.1 級(jí)配設(shè)計(jì)

通過(guò)比對(duì)選擇，兩種不同巖性普通機(jī)制砂瀝青混合料AC-13的礦料設(shè)計(jì)如表5所示，其中，石灰?guī)r普通機(jī)制砂抗滑表層瀝青混合料的礦料組成設(shè)計(jì)為碎石1#（10～15 mm）：碎石2#（5～10 mm）：石灰?guī)r普通機(jī)制砂3#（0～3 mm）：礦粉5#=38∶34∶25∶3;輝綠巖機(jī)制砂抗滑表層瀝青混合料的礦料組成設(shè)計(jì)為碎石1#（10～15 mm）：碎石2#（5～10 mm）：輝綠巖普通機(jī)制砂4#（0～3 mm）：礦粉5#=33∶34∶30∶3。

1.2.2 最佳油石比的確定

采用馬歇爾試驗(yàn)進(jìn)行瀝青混合料最佳油石比確定，結(jié)合相關(guān)實(shí)體工程，將油石比4.8%作為中值，以0.5%進(jìn)行等間隔變化，即制備5組，油石比分別為3.8%、4.3%、4.8%、5.3%、5.8%，石灰?guī)r普通機(jī)制砂抗滑表面層瀝青混合料AC-13的馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

從表6可以看出，隨著油石比的增加，石灰?guī)r普通機(jī)制砂瀝青混合料AC-13的空隙率逐漸降低，飽和度逐漸增大。根據(jù)表6數(shù)據(jù)，采用插值法擬合，得到目標(biāo)空隙率4.2%對(duì)應(yīng)的油石比OAC1為4.6%;各指標(biāo)符合瀝青混合料技術(shù)要求的油石比范圍OACmin～OACmax的平均值OAC2為4.65%，石灰?guī)r普通機(jī)制砂抗滑表層瀝青混合料AC-13的最佳油石比為4.6%。同理，按照上述方法，確定輝綠巖普通機(jī)制砂抗滑表層瀝青混合料AC-13的最佳油石比為4.9%。

按最佳油石比，兩種不同巖性普通機(jī)制砂抗滑表層瀝青混合料AC-13的馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果如表7所示。

從表7可以看出，石灰?guī)r普通機(jī)制砂、輝綠巖普通機(jī)制砂瀝青混合料AC-13最佳油石比分別為4.6%、4.9%時(shí)，AC-13的空隙率、飽和度、間隙率、穩(wěn)定度以及流值技術(shù)指標(biāo)均滿足技術(shù)要求。

2 不同巖性普通機(jī)制砂抗滑表面層瀝青混合料AC-13的性能檢驗(yàn)

2.1 高溫穩(wěn)定性檢驗(yàn)

采用輪輾成型機(jī)分別成型兩種不同巖性普通瀝青混合料AC-13的塊狀試件，輪輾成型后，在室溫冷卻放置12 h，放在60 ℃恒溫室保溫5 h，在0.7 MPa輪壓作用下進(jìn)行車轍試驗(yàn)，以評(píng)定其抗永久變形能力，車轍試驗(yàn)結(jié)果如表8所示。

從表8可以看出，石灰?guī)r普通機(jī)制砂瀝青混合料AC-13的動(dòng)穩(wěn)定度較輝綠巖普通機(jī)制砂瀝青混合料AC-13的提高了13.3%。4.6%的油石比下，石灰?guī)r普通機(jī)制砂瀝青混合料AC-13的空隙率為4.2%，石灰?guī)r普通機(jī)制砂細(xì)集料用量為25%，相對(duì)而言，與輝綠巖普通機(jī)制砂瀝青混合料AC-13相比，4.9%的油石比下，當(dāng)輝綠巖普通機(jī)制砂用量為30%時(shí)，石灰?guī)r普通機(jī)制砂瀝青混合料AC-13粗集料的用量應(yīng)相應(yīng)增加，動(dòng)穩(wěn)定度也有所提高。

2.2 水穩(wěn)定性檢驗(yàn)

2.2.1 浸水馬歇爾試驗(yàn)

分別設(shè)計(jì)兩種不同巖性普通機(jī)制砂瀝青混合料AC-13標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件，一組試件于60 ℃恒溫水槽中保溫0.5 h，一組試件于60 ℃恒溫水槽中保溫48 h，其余步驟與馬歇爾試驗(yàn)一致，浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果如表9所示。

從表9可以看出，石灰?guī)r普通機(jī)制砂瀝青混合料AC-13、輝綠巖普通機(jī)制砂瀝青混合料AC-13浸水馬歇爾穩(wěn)定度都>10 kN，相對(duì)輝綠巖普通機(jī)制砂瀝青混合料AC-13，石灰?guī)r普通機(jī)制砂瀝青混合料AC-13的浸水殘留穩(wěn)定度提高了9.6%。

2.2.2 凍融劈裂試驗(yàn)

在最佳油石比下，分別成型擊實(shí)次數(shù)為50次的兩種不同巖性普通機(jī)制砂瀝青混合料AC-13馬歇爾試件，其凍融劈裂試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果如表10所示。

從表10可以看出，4.6%油石比下石灰?guī)r普通機(jī)制砂瀝青混合料AC-13凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比較4.9%油石比下輝綠巖普通機(jī)制砂AC-13瀝青混合料提高了21.2%，石灰?guī)r機(jī)制砂屬于堿性材料，輝綠巖機(jī)制砂屬中性材料，堿性的石灰?guī)r機(jī)制砂細(xì)集料形成瀝青膠漿的黏度相對(duì)更大，瀝青混合料的水穩(wěn)性能相對(duì)更優(yōu)。

2.3 普通機(jī)制砂瀝青混合料 AC-13的抗剪強(qiáng)度

瀝青混合料是一種較復(fù)雜的多相體系，根據(jù)傳統(tǒng)強(qiáng)度理論，內(nèi)摩擦角φ和粘聚力c提供瀝青混合料的強(qiáng)度，可以用庫(kù)侖內(nèi)摩擦理論來(lái)解釋。本文通過(guò)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度可以換算得到普通機(jī)制砂瀝青混合料內(nèi)摩擦角φ和粘聚力c。為了保證成型方式和試件尺寸都采用同一種標(biāo)準(zhǔn)，其中無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度采用標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件，分別按照規(guī)范規(guī)定方法進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表11所示。

從表11可以看出，4.6%油石比下石灰?guī)r普通機(jī)制砂瀝青混合料AC-13的抗壓強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度、粘聚力、內(nèi)摩擦角較4.9%油石比下輝綠巖普通機(jī)制砂瀝青混合料的大，其中，粘聚力相對(duì)增大3.4%，內(nèi)摩擦角相對(duì)增大1.52°，說(shuō)明石灰?guī)r普通機(jī)制砂AC-13瀝青混合料抗剪強(qiáng)度相對(duì)更高。

2.4 普通機(jī)制砂瀝青混合料AC-13的抗滑性能

為了測(cè)試不同巖性普通機(jī)制砂抗滑表層瀝青混合料AC-13抗滑能力，按照規(guī)范規(guī)定方法測(cè)其構(gòu)造深度，首先根據(jù)輪輾法按最佳油石比制作瀝青混合料試塊，采用鋪砂法測(cè)試塊表面構(gòu)造深度，其測(cè)試結(jié)果如表12所示。

從表12可以看出，石灰?guī)r普通機(jī)制砂瀝青混合料AC-13的構(gòu)造深度相對(duì)較輝綠巖普通機(jī)制砂瀝青混合料AC-13提高了24%。同一種規(guī)格粗集料，輝綠巖普通機(jī)制砂瀝青混合料AC-13的輝綠巖粗集料碎石用量為67%，石灰?guī)r普通機(jī)制砂瀝青混合料AC-13輝綠巖粗集料碎石用量為72%，后者用量相對(duì)較多，可形成更大的構(gòu)造深度，能提高表面層瀝青路面的抗滑性能。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）抗滑表層瀝青混合料AC-13組成設(shè)計(jì)宜采用石灰?guī)r機(jī)制砂作細(xì)集料。

（2）抗滑表層石灰?guī)r機(jī)制砂瀝青混合料AC-13的9.5 mm、4.75 mm、2.36 mm、0.6 mm、0.075 mm的通過(guò)率宜分別為68%、34%、24%、14%、6.5%。

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