破碎礫石瀝青混合料物理指標與油石比的關系研究

李健

摘要：文章采用S型級配曲線設計方法設計了三種不同級配的AC-16破碎礫石瀝青混合料C型、F-1型、F-2型，并采用五個油石比（4%、4.5%、5%、5.5%、6.0%），分別成型標準馬歇爾試件，通過回歸分析的方法，對三種不同級配破碎礫石瀝青混合料的物理指標與油石比之間的關系進行了研究。結果表明：破碎礫石瀝青混合料各物理指標與油石比的關系非常密切，存在顯著的相關性;同時通過對各物理指標對油石比變化的敏感性分析給出了工程推薦級配，并總結了采用推薦級配時各物理指標與油石比的回歸關系式及相關系數。

關鍵詞：破碎礫石;瀝青混合料;物理指標;油石比;試驗研究

中圖分類號：U414 文獻標識碼：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.08.002

文章編號：1673-4874（2019）08-0005-04

0引言

近年來，隨著我國公路網規模的逐漸擴大，公路基礎設施建設中中性石料的使用量越來越多，造成了山石的大量開采，山體穩定性受到嚴重影響，致使山體崩塌、泥石流等自然災害頻發，且中性石料儲量日益減少。為適應我國公路建設發展的需要，同時做到人與環境的協調發展，今后的公路建設中不得不越來越多地使用破碎礫石作為瀝青混合料的粗集料。而在我國某些偏遠山區，由于其特殊的環境、地理及氣候條件，礫石資源非常豐富嘲。

國內外道路工作者一般僅對破碎礫石在瀝青面層的應用或其加工工藝進行研究，何連明等對破碎礫石的加工工藝及路用性能進行了探討，陳錦對破碎礫石在瀝青面層中的應用進行了研究，都未針對破碎礫石瀝青混合料的物理指標與油石比的關系進行詳細的分析研究。

所以，研究破碎礫石瀝青混合料物理指標與油石比的關系，并提出工程推薦級配，不但對工程實踐有著重要的指導意義，還將對降低工程造價、促進環境保護及減少自然災害有著重要的現實意義。

1試驗材料

1.1瀝青

試驗采用SK-90#基質瀝青，主要技術指標見下頁表1。

1.2集料與填料

試驗采用的粗集料為取自四川的破碎礫石，相關檢測數據見表2、表3，細集料為機制砂，填料為石灰巖礦粉。

由表2、表3可知，破碎礫石SiO2含量約為95.67%，屬于酸性石料;所含主要礦物成分為石英，屬石英粉砂巖。

試驗采用粗集料、細集料的主要技術指標見表4、表5。

試驗采用的礦粉為石灰巖磨制而成，主要技術指標見表6。

2混合料試驗

試驗采用規范推薦的S型級配曲線設計方法，設計了三種不同級配的AC-16破碎礫石瀝青混合料C型、F-1型、F-2型，采用五個油石比4%、4.5%、5%、5.5%、6.0%分別成型標準馬歇爾試件，對破碎礫石瀝青混合料各物理指標與其油石比的關系進行了線1生回歸分析。

三種級配的混合料級配組成見表7。

2.1毛體積相對密度與油石比的關系研究

壓實瀝青混合料的實測毛體積相對密度（Tf）是瀝青混合料配合比設計及瀝青路面質量控制的一個非常重要的指標，直接影響著瀝青混合料的空隙率（W）、礦料間隙率（VM_A）、瀝青飽和度（VFA）以及路面現場的壓實度等嘲。

破碎礫石瀝青混合料毛體積相對密度與油石比之間的回歸關系見圖2。

由圖2可知，破碎礫石瀝青混合料毛體積相對密度與油石比兩個因素之間具有顯著的相關性，其相關系數>0.90，關系十分密切。當油石比在4.0～6.0范圍內變化時，油石比越大，毛體積相對密度也越大，基本呈直線變化;油石比一定時，級配越細，毛體積相對密度越大;采用級配“AC-16F2型”時，由其回歸關系式可知，油石比每增加1%，毛體積相對密度增加0.03%。

另外，較細級配的回歸直線的斜率小于較粗級配的回歸直線的斜率，表明較細級配的破碎礫石瀝青混合料其毛體積相對密度對油石比變化的敏感性較低。

2.2體積指標與油石比的關系研究

瀝青混合料的體積指標是路面配合比設計必須考慮的重要影響因素，主要包括空隙率（VV）、礦料間隙率（VMA）、瀝青飽和度（VFA）和有效瀝青含量（Phe）。

2.2.1空隙率與油石比的關系研究

國內外研究表明，瀝青混凝土路面的強度、耐久性、高溫穩定性和透水性在較大程度上受空隙率的影響，空隙率偏大或偏小與瀝青路面使用性能的好壞有直接關系，而瀝青用量或油石比又直接影響空隙率。

破碎礫石瀝青混合料空隙率與油石比之間的回歸關系見圖3。

圖3表明，破碎礫石瀝青混合料空隙率與油石比兩個因素之間存在顯著的相關性，其相關系數>0.91，關系十分密切。當油石比在4.0%～6.0%范圍內變化時，油石比越大，空隙率越小，基本呈直線變化;油石比一定時，級配越細，空隙率越小;采用級配“AC-16F2型”時，由其回歸關系式可知，油石比每增加1%，空隙率減小2.36%。

另外，較細級配的回歸直線的斜率絕對值小于較粗級配的回歸直線的斜率絕對值，表明較細級配的破碎礫石瀝青混合料其空隙率對油石比變化的敏感性較低。引起這一變化規律的原因可能是較細級配的混合料其比表面積較大。

2.2.2礦料間隙率與油石比的關系研究

瀝青混合料礦料間隙率的計算因子包括試件的毛體積相對密度、礦料的合成毛體積相對密度和各種礦料占瀝青混合料總質量的百分數。

破碎礫石瀝青混合料礦料間隙率與油石比之間的回歸關系見下頁圖4。

圖4表明，破碎礫石瀝青混合料礦料間隙率與油石比兩個因素之間具有顯著的相關性，其相關系數約>0.8，關系十分密切。當油石比處于4.0%～5.0%范圍內時，油石比越大礦料間隙率越小，且遞減速率越來越慢;當油石比在5.0%～6.0%范圍內變化時，油石比越大，礦料間隙率越大。導致這一變化規律的原因可能是隨著瀝青用量的不斷增大，瀝青慢慢撐開了礦料的骨架。油石比一定時，級配越細，礦料間隙率越小。

另外，較細級配的回歸曲線二次冪的系數小于較粗級配的回歸曲線二次冪的系數，表明較細級配的破碎礫石瀝青混合料其礦料間隙率對油石比變化的敏感性較低。

2.2.3瀝青飽和度與油石比的關系研究

瀝青飽和度是指壓實瀝青混合料中瀝青的體積占除礦料骨架之外的空隙部分的體積的百分數。表征了瀝青混合料中瀝青的含量高低，若飽和度過高將會導致混合料產生離析等現象。

破碎礫石瀝青混合料瀝青飽和度與油石比的回歸關系見圖5。

圖5表明，破碎礫石瀝青混合料瀝青飽和度與油石比兩個因素之間具有顯著的相關性，其相關系數>0.9，關系十分密切。當油石比在4.0%～6.0%范圍內變化時，油石比越大，瀝青飽和度越大，基本呈直線變化;油石比一定時，級配越細，瀝青飽和度越大;采用級配“AC-16F2型”時，由其回歸關系式可知，油石比每增加1%，瀝青飽和度增加13.9%。

2.2.4有效瀝青含量與油石比的關系研究

在瀝青混合料中真正參與形成強度的瀝青用量稱為有效瀝青含量。礦料孔隙吸收的瀝青結合料在瀝青混合料強度的形成過程中未發揮作用，若配合比計算時未充分考慮這一影響因素，將間接影響混合料的各項路用性能。

破碎礫石瀝青混合料有效瀝青含量與油石比的回歸關系見圖6。

圖6表明，破碎礫石瀝青混合料有效瀝青含量與油石比兩個因素之間具有顯著的相關性，當油石比在4.0%～6.0%范圍內變化時，油石比越大，其有效瀝青含量也越大，基本呈直線變化，其回歸直線的相關系數為1。不同級配混合料的有效瀝青含量與油石比的回歸關系曲線接近重疊，可以得出破碎礫石瀝青混合料級配的粗細對有效瀝青含量的高低影響不大。

2.3吸水率與油石比的關系研究

試件吸收水分的體積除以瀝青混合料的毛體積即為瀝青混合料試件的吸水率，以百分數表示。破碎礫石瀝青混合料吸水率與油石比的回歸關系見圖7。

由圖7可知，破碎礫石瀝青混合料吸水率與油石比兩個因素之間具有顯著的相關性，關系十分密切。油石比在4.0%～6.0%范圍內變化時，油石比越大，吸水率越小，基本呈直線變化;油石比一定時，級配越細，吸水率越小;采用級配“AC-16F2型”時，由其回歸關系式可知，油石比每增加1%，吸水率減小0.18%。

另外，較細級配的回歸直線的斜率絕對值小于較粗級配的回歸直線的斜率絕對值，表明較細級配的破碎礫石瀝青混合料其吸水率對油石比變化的敏感性較低。

以上研究表明，較細級配的破碎礫石瀝青混合料其毛體積相對密度（yf）、礦料間隙率（VMA）、空隙率（vv）、吸水率（Sa）等對油石比變化的敏感性較低，因此將級配“AC-16F2”作為工程推薦級配，其物理指標與油石比的關系詳見表8。

3結語

（1）破碎礫石瀝青混合料毛體積相對密度（yf）、瀝青飽和度（VFA）、有效瀝青含量（Pbe）、空隙率（VV）、吸水率（sa）和礦料間隙率（VMA）等物理指標與油石比之間存在顯著的相關性，關系十分密切。油石比在4.0～6.0范圍內變化時，油石比越大，毛體積相對密度（yf）、瀝青飽和度（VFA）、有效瀝青含量（Pbe）越大，空隙率（w）、吸水率（Sa）越小，基本呈直線變化;礦料間隙率（VMA）先減小后增大，基本呈拋物線變化。

（2）鑒于較細級配的破碎礫石瀝青混合料其毛體積相對密度（yf）、空隙率（VV）、礦料間隙率（VMA）、吸水率（Sa）等對油石比變化的敏感性較低這一規律，將級配“AC-16F2”作為工程推薦級配。

（3）本文僅對AC-16型破碎礫石瀝青混合料進行了研究，還可對SMA、OGFC等類型的瀝青混合料進一步研究。