細集料砂當量對瀝青混合料路用性能的影響研究

陸 宇 杜 騁 金光來 李一鶴

(1.江蘇省交通工程建設局，江蘇 南京 210029； 2.江蘇中路工程技術研究院有限公司，江蘇 南京 210000)

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。與此同時，集料供應緊張，使得集料買賣市場呈現出以“賣方主導”的現象，從而出現賣方加工質量的控制力度下降、可用宕口有限、部分劣質集料進入市場等問題，最終導致集料指標出現波動難以控制。在瀝青混合料的多元混合物體系中，集料占比高達80%以上，當集料指標波動時，混合料性能將受到較大影響，因此集料指標波動已經成為影響路面建設質量重要隱患之一。賈洛通過分別采用玄武巖等六種不同巖性的集料制備六種AC-13型瀝青混合料，進行大量試驗研究發現，不同巖性的集料對應瀝青混合料的不同性能并不具有一致的影響，針對瀝青混合料的高溫穩定性能，玄武巖表現最優；針對瀝青混合料的低溫抗裂性能，輝長巖則表現最優；針對瀝青混合料的抗水損害性能，石灰巖則表現最優。

M.Shane Buchanan等對顆粒的針片狀與混合料性能之間的相關性進行了研究，發現針片狀含量多的混合料比針片狀含量少的混合料的路用性能差。吳忠輝研究發現，粗、細集料的粉塵含量對瀝青混合料的抗剪強度均有一定影響。趙薇研究發現，集料含泥量對瀝青混合料的水穩定性和高溫穩定性都有明顯影響。秦仁杰等研究發現，隨著細集料含泥量的增加，瀝青混合料的浸水馬歇爾穩定度、殘留馬歇爾穩定度、凍融劈裂強度逐漸下降。

為了進一步研究集料指標對瀝青混合料性能影響，文章選用四種砂當量的細集料進行試件3制備，并進行高溫、低溫、水穩定性的研究。

1 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。

1.1 瀝青

采用SBS改性石油瀝青，其技術指標檢測結果見表1。

1.2 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JTG F40—2004公路瀝青路面施工技術規范進行檢測，檢測結果見表2。

表1 SBS改性石油瀝青技術指標檢測結果及要求

表2 集料密度指標檢測結果及要求

1.3 配合比設計

本文采用江蘇省中面層典型級配Sup-20對瀝青混合料水穩定性進行研究，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。

表3 Sup-20礦料級配

2 試驗方案

為了研究細集料指標波動對混合料路用性能影響，選擇四種砂當量(70%，60%，55%，50%)成型試件，分別進行浸水馬歇爾試驗、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。

3 試驗結果與分析

3.1 水穩性能

為了分析砂當量對瀝青混合料水穩性能的影響，分別測試了70%，60%，55%，50%四種砂當量的Sup-20型瀝青混合料的浸水馬歇爾穩定度測試結果如表4所示。

由表4可知:

1)砂當量的減小對瀝青混合料的抗水損害性能造成不利影響，砂當量越小，混合料的劈裂強度比、殘留穩定度越小。

表4 細集料砂當量對混合料水穩定性影響

2)隨集料砂當量的減小，瀝青混合料的劈裂強度比、殘留穩定度逐漸衰減；當砂當量低于55%后，瀝青混合料的劈裂強度比、殘留穩定度衰減幅度增大。

3)與70%的砂當量相比，當砂當量減小到60%時，瀝青混合料的劈裂強度比、殘留穩定度分別衰減2.28%，2.49%；當砂當量繼續減小到55%時，瀝青混合料的殘留穩定度已不能滿足規范要求；當砂當量繼續減小到50%時，瀝青混合料的劈裂強度比、殘留穩定度分別衰減5.29%，8.14%，且瀝青混合料的劈裂強度比、殘留穩定度均不能滿足規范要求。

4)這是由于集料的砂當量越小，其含泥量就越高，而泥土、灰塵等雜質裹覆在集料表面后，瀝青較難與集料之間形成粘結。含泥量越高，泥土、灰塵等雜質就會在集料表面裹覆得越厚，從而使得瀝青膜與集料之間越難形成粘結力。

還有就是裹覆在集料表面的粘土顆粒容易吸水，這就為水的滲透提供了通道，且吸水后易膨脹，使瀝青容易從集料上剝落。有研究表明，高塑性指數的泥土在水和溫度的作用下，可能使瀝青乳化，從而導致瀝青的剝落，過量的泥土還使得瀝青變硬、變脆，路面容易過早疲勞破壞。因此含泥量的增多導致瀝青混合料的水穩定性降低。

3.2 高溫性能

為了分析砂當量對瀝青混合料高溫性能的影響，課題組分別測試了70%，60%，55%三種砂當量的Sup-20型瀝青混合料的動穩定度，測試結果見表5。

表5 細集料砂當量對混合料高溫性能影響

由表5可知：

1)砂當量的降低對瀝青混合料的高溫性能造成非常明顯的不利影響，隨砂當量的降低，瀝青混合料的動穩定度逐漸衰減。尤其是砂當量低于55%后，隨砂當量的降低，動穩定度衰減幅度變大。

2)與70%的砂當量相比，當砂當量降低到60%時，瀝青混合料的動穩定度衰減6.35%；與60%的砂當量相比，砂當量降低到55%時，瀝青混合料的動穩定度增加8.43%，但45 min時的車轍深度增加15.73%，60 min時的車轍深度增加14.60%；當砂當量降低到55%后，瀝青混合料的動穩定度衰減21.37%。

3)這主要是由于過多泥土的存在，使得瀝青與集料表面發生化學反應的能力下降，導致瀝青膠漿粘結強度下降，從而導致瀝青混合料高溫抗變形能力降低。

3.3 低溫性能

分別成型了70%，60%，55%三種砂當量的Sup-20型瀝青混合料小梁試件，在溫度-10 ℃，速率50 mm/min的條件下進行低溫彎曲試驗來檢驗瀝青混合料的低溫性能。試驗結果見表6。

表6 細集料砂當量對混合料低溫性能影響

由表6可知：

1)隨砂當量的降低，瀝青混合料的低溫性能呈先增加后衰減的趨勢；當砂當量低于60%時，砂當量每下降5%，瀝青混合料的低溫性能亦衰減5.40%。

2)這是由于在負溫環境下，填充于瀝青混合料縫隙中的水結冰后體積增大，對瀝青膜產生壓力，產生的凍脹力也將影響瀝青混合料中骨料的嵌擠力；同時在低溫環境下瀝青會變脆，塑性變形能力減弱，從而影響混合料的低溫性能。

4 結論

通過對不同砂當量的集料制備的混合料的路用性能測試得出以下結論：1)砂當量的降低對瀝青混合料的高溫性能造成非常明顯的不利影響，隨砂當量的降低，瀝青混合料的動穩定度逐漸衰減。尤其是砂當量低于55%后，隨砂當量的降低，動穩定度衰減幅度變大。2)砂當量的減小對瀝青混合料的抗水損害性能造成不利影響，砂當量越小，混合料的劈裂強度比、殘留穩定度越小。隨集料砂當量的減小，瀝青混合料的劈裂強度比、殘留穩定度逐漸衰減；當砂當量低于55%后，瀝青混合料的劈裂強度比、殘留穩定度衰減幅度增大。3)隨砂當量的降低，瀝青混合料的低溫性能呈先增加后衰減的趨勢；當砂當量低于60%時，砂當量每下降5%，瀝青混合料的低溫性能亦衰減5.40%。