細集料巖性對瀝青路面水穩定性影響的試驗研究

沈晨衛

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市　200092）

細集料巖性對瀝青路面水穩定性影響的試驗研究

沈晨衛

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市200092）

在城市道路廣泛應用的瀝青路面，其水穩定性不僅影響著道路的壽命，同時制約著城市道路的排水效能，因此水穩定性是控制瀝青路面材料設計的主要因素。作為瀝青混合料的重要組分，細集料巖性及組成影響著混合料的細觀結構與內部損傷，進而對其水穩定性有重要影響。針對瀝青混凝土，采用凍融劈裂試驗，以殘留強度比為指標，對比評價了細集料巖性對其水穩定性的影響，結果表明石灰巖機制砂因有良好的顆粒性狀、與瀝青容易發生良好的交互作用，可很好地保障瀝青混合料的水穩定性，而玄武巖機制砂的水穩定性較差，不宜在密級配瀝青混凝土中應用。

細集料；巖性；瀝青路面；水穩定性

0　引言

作為瀝青混合料的重要組分，細集料不僅決定著其體積指標，而且更深層次地影響著瀝青混合料的細觀結構及演化。隨著高速、重載交通的發展，瀝青路面的水損害成為城市公路的主要破壞模式之一，而且是我國高速公路發展過程中早期損害的最重要形式。這其中，細集料對水穩定性的影響顯然不容忽視。

細集料的加工工藝決定了自身的物理、力學性質。石屑，不僅由于含有較多的雜質，容易導致混合料水穩定性不足，而且由于石屑中片狀顆粒較多，在重載作用下容易被壓碎，從而導致混合料內部出現微裂紋等損傷，路面容易發生水損害。天然砂，雖然由于自身棱角性不足而被認為易于碾壓，但因為同瀝青黏附性很差等因素，也容易發生水損害。而機制砂，雖然顆粒形狀、物理特性、表面特性與力學特性都優于前兩種材料，但由于棱角性過大，可能發生碾壓不足現象，從而空隙率過大，則也可能發生水損害。

進而細集料的巖性不同，其微觀結構與表面特性各異，因此與瀝青、瀝青膠漿的交互作用機理差異顯著，對瀝青路面的水穩定性同樣可能產生重要影響。

因此，針對城市道路常用的路面材料AC型瀝青混凝土，研究瀝青混合料的水穩定性能，從而指導細集料的比選與混合料設計。

1　瀝青混合料水穩定性的評價方法

瀝青混合料在浸水條件下，由于瀝青與礦料的黏附力降低，導致損壞，最終表現為瀝青混合料的力學強度的衰減與喪失。因此，其水穩定性普遍采用浸水條件下瀝青混合料物理力學指標降低的程度來表征。

借鑒國內外經驗，根據國內技術水平和習慣，“八五”國家科技攻關專題選擇了以下七種試驗方法進行了對比和篩選：（1）浸水馬歇爾試驗，（2）真空飽水馬歇爾試驗，（3）浸水劈裂試驗，（4）真空飽水劈裂試驗，（5）凍融劈裂試驗（試件雙面擊實各75次），（6）凍融劈裂試驗（試件雙面擊實各50次），（7）浸水車轍試驗。研究表明、國內外使用較多且應用便捷、數據統計性好的浸水馬歇爾試驗及雙面擊實50次的凍融劈裂試驗是水穩定性的標準試驗方法。

其中，浸水馬歇爾試驗方法將試件分為兩組，一組在60℃水溫中保養0.5 h后測其馬歇爾穩定度S1；另一組在60℃水溫中恒溫保養48 h后測其馬歇爾穩定度S2。然后，計算殘留穩定度S0=S2/S1× 100。

而凍融劈裂試驗方法的試件成型方法有兩種，雙面擊實各50次或75次。每種試件分為兩組，一組在25℃水溫中浸泡2 h后測其劈裂強度R1；另一組在0.09 MPa浸水抽真空15 min，再放到-18℃冰箱中放置16 h，而后放到60℃水溫中恒溫24 h，再放到25℃水中浸泡2 h后測其劈裂強度R2。然后，計算其殘留強度比R0=R2/R1×100。

工程實踐和研究表明，浸水馬歇爾試驗與路面的實際有較大差異，所用殘留穩定度指標不能反映瀝青混合料水穩定性的真實狀況。與之相對應，凍融劈裂試驗采用真空飽水、加速凍融和高溫融解的條件，將瀝青路面所承受的水力耦合效能綜合反映，從而在較短時間內快速模擬路面在水侵蝕下的損傷狀況，不僅可直觀反映北方地區的路面服役條件，也適用于南方潮濕地區。因此，該項目選擇雙面擊實各50次的凍融劈裂試驗來評價不同瀝青混合料的水穩定性。

2　成型方式及細集料類型對瀝青混合料水穩定性的影響

目前瀝青混合料室內成型方式包括旋轉壓實與擊實法，兩者在試樣成型中施加的壓實功不同，會使得混合料的性能各異。特別是，成型方式會影響細集料在混合料中的組成結構。因此，應通過室內試驗確定適宜的成型方式。

采用擊實法時AC-13的馬歇爾試驗結果與體積指標見表1所列?，F綜合確定最佳瀝青用量為4.3%。

表1　擊實法AC-13瀝青混合料馬歇爾試驗結果一覽表

采用旋轉壓實法時AC-13的馬歇爾試驗結果與體積指標見表2所列?，F綜合確定最佳瀝青用量為4.1%。

表2　旋轉壓實AC-13瀝青混合料馬歇爾試驗結果一覽表

為保證瀝青混合料有較好的變形能力和水密實能力，采用擊實法成型試件，從而為瀝青混合料提供較多的結構瀝青，降低其空隙率。

3　機制砂與石屑巖性對瀝青混合料水穩定性的影響

室內采用擊實試驗的成型方式，分別利用玄武巖機制砂、石灰巖機制砂、石屑和天然砂，制備瀝青混合料試件，測定4類混合料的凍融殘留強度比，試驗結果見表3所列。

表3　四種細集料AC-13凍融劈裂試驗對比一覽表

試驗結果表明采用玄武巖機制砂，瀝青混合料的水穩定性最差。

集料性質對瀝青混合料水穩定性影響主要包括：

（1）集料對水的吸附能力。親水性集料對水的吸附能力比瀝青大，憎水性集料恰好相反。通常親水性集料呈酸性，憎水性集料呈堿性。

（2）集料表面的潔凈程度。泥土粉塵將成為瀝青粘附的隔離劑，如果遇水，水分浸潤泥土，更容易造成剝落。

因此顆粒規整、潔凈、破碎面豐富的石灰巖機制砂，摻加到混合料，其水穩定性應該是最好的。加之石灰巖質的細集料，表面有較為豐富的堿性物質，同瀝青容易發生豐富的交互作用，從而提高瀝青混合料的界面強度，保證瀝青混合料具有很好的水穩定性。

為便于工程應用，進一步采用機制砂和天然砂按一定比例摻配，完成相應瀝青混合料的凍融劈裂試驗，測定結果見表4所列。

表4　機制砂與天然砂等量摻配的瀝青混合料凍融劈裂試驗結果一覽表

試驗結果表明，摻入天然砂后可改善瀝青混合料的壓實性質，因此可提高瀝青混合料的密實程度，改善混合料的水穩定性；但玄武巖機制砂的瀝青混合料仍然難以達到標準要求，其推廣應用要十分慎重。

4　結語

細集料作為瀝青混合料的重要組成部分，其巖性、加工工藝都影響著瀝青混合料的成型效果、密實程度、界面強度，進而制約瀝青混合料的水穩定性。為綜合提高瀝青混合料的高溫抗剪、中溫疲勞等路用性能，推廣機制砂細集料具有很好的工程實踐意義。但更應注意細集料巖性的選擇，其中石灰巖機制砂因兼具顆粒性狀好、表面構造豐富、與瀝青交互作用強烈，適宜于作為混合料的細集料推廣應用，而玄武巖機制砂則應慎重使用。

TU502、U416.217

A

1009-7716（2016）06-0286-02

2016-03-28

沈晨衛（1983-），男，江蘇南通人，工程師，從事城市道路交通設計工作。