破碎卵石在瀝青混凝土面層中的應用研究

祁志華，丁志全

（1.中國港灣工程有限責任公司，北京100027；2.中交第四航務工程勘察設計院有限公司，廣州510230）

1 引言

隨著“一帶一路”倡議的推進，很多中國建筑企業走出國門，來到國外建筑市場。但其中很多國家石料資源相當匱乏，在瀝青混凝土面層施工中，不得不選用天然河卵石作為石料資源使用。河道卵石質地堅硬，具有強度高、耐腐蝕等特點，是一種理想的綠色建筑材料。但大部分破碎卵石呈酸性，破碎后存在光滑面，與瀝青黏附性較差，因此，將破碎卵石應用于瀝青混凝土路面還需進一步研究。

2 原材料選擇

2.1 瀝青

本實驗瀝青采用的是由馬來西亞維京瀝青私人有限公司生產的C320 瀝青，檢測方法及試驗指標根據澳標MRTS17《瀝青》中所規定方法進行。

2.2 集料

試驗用的河卵石首先過篩，選用粒徑＞10cm 的卵石進行破碎，以保證破碎面，后經過水洗，人工挑選出明顯屬于風化的巖石后采用顎破-反擊破的方式進行破碎后過篩，形成0mm～3mm，3mm～7mm，7mm～10mm，10mm～14mm 這4 種粒徑的骨料，檢測方法及試驗指標根據澳標MRTS101《瀝青集料》中所規定方法進行。

2.3 水泥

考慮到采用水泥代替部分石粉后能使混合料的填料部分與瀝青發生更強的物理化學反應，提高集料和瀝青的黏附性，提高瀝青混合料的抗水損害能力，本工程采用的是由PNG 太和水泥有限公司生產的P.O 42.5 水泥，相關檢測方法及試驗指標根據澳標MRTS101《瀝青集料》中所規定方法進行。

2.4 抗剝落劑

為進一步提高瀝青與骨料的黏附性，本試驗還采用了海路私人有限公司生產的胺類抗剝落劑。

3 抗剝落劑對瀝青相關性能的研究

3.1 抗剝落劑對瀝青與骨料黏附性的影響

根據澳洲標準AS 1141.50《抗黏結劑覆蓋集料剝離性能》中提到的試驗方法對骨料進行抗剝落試驗，規范要求抗剝落值＜10 為合格。設置抗剝落劑摻量（占瀝青含量）變量分別為不摻加、1%、2%、3%、4%，并對老化前后骨料與瀝青的黏附性進行研究。

由試驗結果可知，加入抗剝落劑能明顯改善瀝青與骨料的黏附性，且當抗剝落劑摻量＜1%時，隨著摻量增加而抗剝落效果越來越好，但摻量＞1%時，反而對抗剝落性產生副作用。

3.2 抗剝落劑對瀝青基本性能的影響

通過針入度、動力黏度、閃點等常規試驗對比分析，研究了抗剝落劑對瀝青的基本路用性能的影響。不同抗剝落劑摻量下，對瀝青老化前后的基本性能指標進行試驗。結果顯示，抗剝落劑的加入對瀝青的針入度、動力黏度、閃點等基本物理性能影響不大，對老化后的相關性能指標影響也不大。這可能是由于抗剝落劑的摻量相對較少，故其對瀝青的基本物理性能影響不明顯[1]。綜上所述，本工程定抗剝落劑摻量為1%。

4 試驗方案及瀝青混合料配合比設計

4.1 試驗方案

針對破碎卵石與瀝青黏附性差及破碎卵石瀝青混合料的水穩定性能差的情況，為了改善破碎卵石與瀝青的黏附性，堿化骨料，提高瀝青混合料的路用性能，采用摻加抗剝落劑，用水泥替代部分礦粉的措施來改善破碎卵石瀝青混合料的路用性能。根據不同粒徑的篩分結果最后定為（0mm～3mm+水泥）∶3mm～7mm∶7mm～10mm∶10mm～14mm=44∶16∶15∶25。通過調整0mm～3mm 和水泥之間的摻配比例，制定了7 種試驗方案。若水泥摻量（占所有骨料百分比）＞7%將不滿足骨料級配要求，因此最多設置7 組變量。7 種試驗方案的具體措施見表1。

表1 不同試驗方案下各種材料摻配比例

4.2 礦料的級配設計及確定試驗方案

本工程采用AC14 熱拌瀝青混凝土，級配要求滿足澳標規范MRTS30《瀝青路面》，通過試算法設計思想，根據各種粒徑集料篩分通過率結果及各種試驗方案合成級配通過率可知，方案Ⅳ、方案Ⅴ最接近中值，級配最為合理，根據當地瀝青混凝土路面的施工經驗，所有方案的瀝青含量初步定為4.9%，根據澳標規范MRTS30《瀝青路面》中提到的試驗方法研究7種方案的瀝青混合料基本性能，具體分析見表2。

表2 各種試驗方案的瀝青混凝土性能指標

從瀝青混合料性能試驗指標表明，方案Ⅳ、方案Ⅴ是最佳方案，但從成本角度考慮，水泥摻量增多成本必然增加，故舍棄方案Ⅴ，最終確定方案為方案Ⅳ，水泥∶0mm～3mm∶3mm～7mm∶7mm～10mm∶10mm～14mm=3∶41∶16∶15∶25。

4.3 最佳瀝青用量的確定

根據方案Ⅳ所確定的各類骨料及水泥摻加比例混合料作為骨料，選取不同瀝青含量作為變量，根據規范要求進行瀝青混合料的馬歇爾試驗及孔隙率等試驗，根據不同瀝青含量下各項試驗指標的數據結果以及瀝青混合料外觀性能及成本各方面考慮，最終選擇瀝青含量為5.05%，并進行其路用性能驗證[2]。

4.4 路用性能試驗

4.4.1 車轍試驗及凍融劈裂試驗

因澳標規范中對車轍試驗未規定要求，因此，根據JTG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》規范中提到的試驗方法進行車轍試驗并進行自檢，檢測其高溫穩定性是否滿足要求。根據昆士蘭標準Q315《瀝青對水的敏感性》進行水穩定性試驗，為了驗證添加水泥確實能改變瀝青混合料的性能，做一組不摻加水泥試驗（但用相同級配的石粉代替）作為對比試驗，試驗結果匯總見表3。

表3 瀝青混合料車轍及凍融劈裂試驗結果

由表3 可知，在添加抗剝落劑的基礎上，添加水泥與不添加水泥都能滿足規范要求，但通過對比可知，添加水泥可以有效地改善破碎卵石瀝青混凝土的高溫穩定性以及抗水損害能力，因此，證明通過添加一定的水泥作為抗剝落劑來改善瀝青與骨料的黏附性是可行的。

4.4.2 殘留穩定度試驗及多次凍融試驗

由于巴新西高地常年雨水充沛，為了更好地研究瀝青混合料的水穩定性，還要對瀝青混合料進行馬歇爾浸水殘留穩定度試驗以及多次凍融試驗。模擬瀝青混合料在60℃高溫水中長時間浸泡的殘留穩定度和多次凍融循環下的劈裂強度比，用于表征抵抗水損害能力衰減情況（見表4）。

表4 殘留穩定度試驗及多次凍融試驗

由表4 可知，添加水泥后對瀝青殘留穩定度提高了8%左右，對劈裂強度比提高了6%～8%，因此，向瀝青混合料中添加部分水泥能進一步提高瀝青與集料的黏附性，增強破碎卵石瀝青混合料的抗水損害能力，進而保證混合料的水穩定性[3]。

5 結語

綜上所述，通過研究不同的抗剝落措施對骨料及瀝青性能的影響得知，破碎卵石強度高，耐磨性好，在滿足破碎面的條件下，原理上可以用于瀝青混凝土路面。并且為保證瀝青混合料的路用性能，建議工程中同時摻加抗剝落劑和水泥用于改善瀝青混合料的性能。