針片狀顆粒含量對瀝青混合料路用性能的影響研究

張孝勝 金光來

摘 要：為了研究針片狀顆粒含量對瀝青混合料路用性能影響，課題組按照《公路工程集料試驗規程》（JTG E42-2005）的要求采用游標卡尺從現有集料的中挑出針片狀顆粒，分別制備了10%、15%、18%三種針片狀顆粒含量集料，成型Sup-20型瀝青混合料試件;采用浸水馬歇爾試驗、車轍試驗、低溫小梁試驗對混合料的路用性能進行研究;結果表明：當針片狀顆粒含量超過15%后，瀝青混合料的水穩定性和抗裂性能明顯降低，殘留穩定度已臨近規范限值，破壞應變衰減10.77%;研究結果對瀝青混合料的路用性能控制有一定指導意義。

關鍵詞：針片狀顆粒含量;瀝青混合料;路用性能

中圖分類號：U414 文獻標識碼：A

0 引言

隨著交通事業的不斷發展，公路的建設規模逐漸擴大，特別是高等級公路建設里程的不斷增加，對集料的需求量也越來越大。近年來，由于優質石料資源的大量消耗，以及國家對環境保護的力度進一步加大，部分未能達到要求的料場都面臨著被關閉的困境。

1 集料問題及質量波動

江蘇省內交通工程建設市場面臨如下問題：（1）省內沒有本地石料可用，需從外省運送集料供工程應用，施工單位集料采購成本增加，工程造價增大。（2）施工企業對路用集料的選擇余地較少，集料采購料場不固定，導致集料質量波動，影響混合料的性能。

目前江蘇省所用的石料加工廠生產的石料針片狀顆粒含量趨向控制范圍臨界值。由于針片狀顆粒過于細長或扁平，在施工期間和交通荷載作用下容易斷裂，使瀝青混合料級配細化、強度降低，從而導致路面出現早期破壞，已經成為影響路面建設質量重要隱患之一。

為了進一步研究針片狀顆粒含量對瀝青混合料性能的影響，文章選用三種針片狀顆粒含量的集料成型混合料試件，進行高溫、低溫、水穩定性的研究。

2 原材料及配合比設計

本文所用石灰巖集料產地為安徽來安，礦粉產地為安徽宣城，SBS改性瀝青產地為江蘇南京。

2.1 瀝青

采用SBS改性石油瀝青，其技術指標檢測結果見表1。

2.2 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，填料采用石灰巖堿性集料磨細得到的礦粉，相應技術指標按照《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40-2004）進行檢測，檢測結果見表2。

2.3 配合比設計

本文采用江蘇省中面層典型級配Sup-20對瀝青混合料性能進行研究，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。

3 試驗方案

為了研究針片狀顆粒含量對混合料路用性能影響，選擇三種針片狀顆粒含量（10%、15%、18%）成型試件，分別進行浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂強度試驗、動穩定度試驗、小梁彎曲試驗，對混合料的水穩定性、高溫性能、低溫性能進行分析評價。

4 試驗結果與分析

4.1 水穩性能

10%、15%、18%三種針片狀顆粒含量的Sup-20型瀝青混合料的浸水馬歇爾穩定度、凍融劈裂強度測試結果如表4。

由上表可知，（1）當針片狀顆粒含量超過15%時，瀝青混合料的水穩定性明顯降低;針片狀含量越大，混合料的劈裂強度比、殘留穩定度越小，瀝青混合料的凍融劈裂強度、浸水馬歇爾穩定度單調遞減，說明瀝青混合料的水穩定性下降。（2）與10%的針片狀含量相比，當針片狀含量增加到15%時，瀝青混合料的劈裂強度比增加1.1%，殘留穩定度減小1.2%;當針片狀含量增加到18%時，瀝青混合料的殘留穩定度已臨近規范限值。（3）這是由于隨著針片狀顆粒含量的增加，混合料空隙率增大，增加了水進入其中的機會，即增加了水對混合料的影響;同時，隨著針片狀顆粒含量增加，集料的破碎率增大，在集料顆粒的破裂面上沒有瀝青裹覆，瀝青與集料的粘結界面直接暴露在外，容易被水逐漸侵蝕而導致瀝青膜剝落，使混合料的水穩定性變差;混合料空隙率的急劇增大必然導致混合料的凍融劈裂試驗強度比明顯降低，所以15%的針片狀顆粒含量也是混合料凍融劈裂試驗強度比降低的拐點。

4.2 高溫性能

10%、15%、18%三種針片狀含量的Sup-20型瀝青混合料動穩定度測試結果如表5。

由上表可知，（1）針片狀含量的增加對瀝青混合料的高溫性能造成不利影響，隨針片狀含量的增加，瀝青混合料的動穩定度逐漸衰減。（2）與10%的針片狀含量相比，當針片狀含量增加到15%時，瀝青混合料的動穩定度衰減23.65%;當針片狀含量增加到18%，瀝青混合料的動穩定度衰減33.02%。（3）這是由于針片狀顆粒細長且薄，其強度較低，在碾壓成型和車轍試驗過程中，針片狀顆粒會產生不同程度的破損，使級配細化，嵌擠能力降低;針片狀顆粒易以平躺狀在混合料中分布，該分布嵌擠效果較差，且集料易沿集料間接觸面滑動，導致混合料抗車轍能力下降。

4.3 低溫性能

10%、15%、18%三種針片狀含量的Sup-20型瀝青混合料低溫彎曲試驗測試結果如表6。

由上表可知，（1）隨針片狀含量的增加，瀝青混合料的低溫性能先提升后衰減，但總體來看，針片狀含量的增加對瀝青混合料的低溫性能不利。（2）與10%的針片狀含量相比，當針片狀含量增加到15%時，瀝青混合料的破壞應變出現小幅提升。這是由于針片狀含量為15%時，瀝青混合料的密度、飽和度較大，空隙率較小，材料在成型過程中形成整體性能較好，因此具有較好的低溫抗裂性能。（3）當針片狀含量超過15%后，瀝青混合料的破壞應變逐漸衰減，當針片狀含量增加到18%時，瀝青混合料的破壞應變衰減10.77%。

5 結論

通過對不同針片狀含量的集料制備的混合料的路用性能測試得出以下結論

（1）針片狀含量的增加對瀝青混合料的水穩性能造成非常明顯的不利影響。針片狀含量越大，混合料的劈裂強度比、殘留穩定度越小。（2）針片狀含量的增加對瀝青混合料的高溫性能造成不利影響，隨針片狀含量的增加，瀝青混合料的動穩定度逐漸衰減。與10%的針片狀含量相比，當針片狀含量增加到18%，瀝青混合料的動穩定度幅度衰減超過30%。（3）隨針片狀含量的增加，瀝青混合料的低溫性能先提升后衰減，但總體來看，針片狀含量的增加對瀝青混合料的低溫性能不利。

參考文獻：

[1]Kandal P S，Parker F，Mallick R B.Aggergate tests for hot mix asphalt： state of the practice[J].Transportation Research Circular，1997.

[2]M.Shane Buchanan.Evaluation of the effect of flat and elongated particles on the performance of hot mix asphalt mixtures.NCAT Report No.2000-03.

[3]謝兆星，李鼎樂，韓森，等.針片狀顆粒含量對瀝青混合料性能的影響[J].建筑材料學報，2007（6）：736-739.

[4]張金柱，尚新鴻.集料針片狀含量對瀝青混合料的影響分析[J].甘肅科技，2007（11）：186-188.