礦料對澆注式瀝青混合料GA10性能的影響研究

莫正華　楊森　劉攀　盛興躍　李璐

作者簡介：

莫正華（1984—），工程師，主要從事鋼橋面特殊路面鋪裝工程施工工作。

摘要：為了研究礦料對澆注式瀝青混合料GA10性能的影響，文章以相同條件下制備的GA10為試驗對象，考察集料種類、天然砂含量及礦粉細度對其流動性、高低溫性能的影響。試驗結果表明：集料種類對GA10性能指標的影響較小，不同集料制備的GA10均具有良好的路用性能，集料工程普適性較強;天然砂有利于提高GA10的流動性，但對混合料的高溫性能不利，不宜采用天然砂;在一定范圍內，隨著礦粉細度的增加，GA10的流動性逐漸下降，但高低溫性能逐漸增強，因此礦粉細度不宜過小，但也不能過大。

關鍵詞：鋼橋面鋪裝;礦料;澆注式瀝青混合料;性能分析

中國分類號：U416.217

0 引言

澆注式瀝青混合料是典型的懸浮密實結構，其粗、細集料分散于澆注式瀝青與礦粉形成的瀝青膠漿中[1]。該混合料具有良好的流動性、不透水性、抗開裂性能和協同變形能力，被廣泛用于鋼橋面鋪裝保護層[2-5]。

目前，工程上使用的集料種類繁多，包括玄武巖、石灰巖、輝綠巖等，其酸堿性、物理力學性質、潔凈度等技術指標不盡相同，但都會在一定程度上影響瀝青混合料的路用性能[6-8]。同時，在相同情況下采用天然砂和機制砂制備瀝青混合料時，混合料的路用性能也表現出明顯的差別[9-10]。由于澆注式瀝青混合料瀝青含量及礦粉用量高，故膠漿性能對混合料性能的影響很大。膠漿性能又主要取決于礦粉性質及細度、瀝青性質及含量等因素[11]。因此，本文從礦料的角度出發，研究集料種類、天然砂含量及礦粉細度對澆注式瀝青混合料路用性能的影響，為實體工程提供借鑒。

1 試驗部分

1.1 試驗原材料

本文采用自主研發的澆注式瀝青，其技術要求及檢測結果如下頁表1所示。

本文采用六種技術指標合格的集料（包括玄武巖、石灰巖、花崗巖、凝灰巖、閃長巖、輝綠巖）以及天然砂、普通石灰巖礦粉進行級配設計。

1.2 級配設計

根據規范中的相應規定，采用0.075 mm通過率為85%的普通石灰巖礦粉進行配合比設計，結果如表2所示。

1.3 試驗方法

按上述級配成型澆注式瀝青混合料GA10試件，油石比均為7.8%，拌和溫度均為230 ℃，拌和時間均為45 min，并分別進行澆注式瀝青混合料GA10的劉埃爾流動性試驗、貫入度試驗和低溫三點彎曲試驗（大梁），系統評價集料種類、天然砂含量和礦粉細度對澆注式瀝青混合料路用性能的影響。

1.3.1 劉埃爾流動性試驗

將拌和好的混合料沿桶的邊沿注入桶內，將支架立于桶的邊沿，預熱的落錘（與混合料溫度之差≤5 ℃）通過支架的導孔垂直置于試樣表面的正中央。放下落錘，記錄落錘上兩個刻度線通過導孔的時間間隔，即為混合料的劉埃爾流動性。

1.3.2 貫入度試驗

貫入度試件尺寸為（70.7±1） mm×（70.7±1） mm×（70.7±1） mm，側面作為測試面裝入試模中，60 ℃水域保溫60 min;初壓后490.5 N加壓60 min，30 min時的讀數為貫入度;60 min時的讀數與30 min時的讀數差為貫入度增量。

1.3.3 低溫三點彎曲試驗

低溫大梁試件尺寸為300 mm×100 mm×50 mm，試驗溫度為-10 ℃，加載速率為50 mm/min，在跨徑中央施以集中荷載，直至試件破壞，記錄最大荷載和跨中撓度，并計算彎拉強度、彎曲應變和勁度模量。

2 結果與討論

2.1 集料種類對GA10性能的影響

集料會對瀝青混合料的路用性能產生一定的影響。本文采用玄武巖、石灰巖、花崗巖、凝灰巖、閃長巖、輝綠巖等制備澆注式瀝青混合料GA10，分別測試GA10的流動性、60 ℃貫入度及-10 ℃低溫彎曲應變，試驗結果如表3～5所示。

由表3～5試驗結果可知，相同條件下，不同集料制備的澆注式瀝青混合料的流動性十分相近。GA10的流動性主要受瀝青結合料、油石比、礦粉比表面積、拌和溫度及級配等因素的影響[12-13]，集料種類對其影響較小。六種GA10的貫入度及低溫彎曲應變相差也較小，其中玄武巖制備的GA10具有較小的貫入度和較大的低溫彎曲應變，說明其高低溫性能更為突出。整體來看，不同集料制備的澆注式瀝青混合料GA10的流動性、高溫性能、低溫性能均能滿足規范要求。

本文所用的澆注式瀝青為自主研發材料，自身具有較為優異的高低溫性能，因而混合料均表現出較為優異的路用性能。同時，針對自主研發的澆注式瀝青，集料普適性較強，若設計要求不高，可以根據實際情況因地制宜地選擇集料，節約運輸成本，降低工程造價。

2.2 天然砂含量對GA10性能的影響

細集料包括機制砂、天然砂、石屑等。本文在玄武巖集料中添加一定量的天然砂（保持級配不變）制備澆注式瀝青混合料GA10，分別測試GA10的流動性、60 ℃貫入度及-10 ℃低溫彎曲應變，試驗結果如表6～8所示。

從表6可知，相同條件下，隨著天然砂含量的增加，澆注式瀝青混合料的流動性逐漸提高，說明天然砂有利于提高GA10的施工和易性。這是因為天然砂較為圓滑，少棱角，流動性更好。但從表7可以看出，隨著天然砂含量的增加，GA10的貫入度及其增量逐漸增加，說明天然砂對澆注式瀝青混合料的高溫性能有負面影響。天然砂比表面積較小，降低了和瀝青膠漿的接觸面積，且與澆注式瀝青的粘附性往往較差，進而減弱了GA10的粘結力和高溫穩定性。同時，從表8還可以看出，隨著天然砂含量的增加，GA10的彎曲應變略有下降，說明天然砂對GA10的低溫性能有一定的負面影響。整體而言，無論采用天然砂還是機制砂，GA10的路用性能均滿足規范要求。但技術指標要求較高的澆注式瀝青混合料鋪裝工程不宜采用天然砂。

2.3 礦粉細度對GA10性能的影響

根據設計要求和工程實踐經驗，礦粉的0.075 mm通過率要達到80%～100%。在進行澆注式瀝青混合料的配合比設計時，礦粉控制點主要是0.075 mm通過率，可以通過其反映礦粉的細度。本文采用不同0.075 mm通過率的礦粉制備澆注式瀝青混合料GA10，分別測試GA10的流動性、60 ℃貫入度及-10 ℃低溫彎曲應變，試驗結果如表9～11所示。

由表9～11可知，礦粉細度對澆注式瀝青混合料的性能有著較為明顯的影響。隨著礦粉細度的增加，GA10的流動性逐漸下降，60 ℃貫入度及其增量逐漸下降，低溫彎曲應變逐漸減小。這是因為礦粉細度增加，比表面積也隨之增加，相同油石比下，結構瀝青也就越多，而自由瀝青則相應減少，骨料之間的摩阻力和阻滯力會增大，從而降低了GA10的流動性[1]。結構瀝青的增加降低了瀝青結合料的溫度敏感性，提高了GA10的內部粘聚力，因此混合料的高溫性能逐漸增強。同時，礦粉細度的增加對混合料的低溫性能有負面影響。考慮到澆注式瀝青混合料的高溫性能，礦粉細度不宜過小，但也不能過大，否則將明顯影響施工和易性。

3 結語

（1）采用自主研發的澆注式瀝青，相同條件下，集料種類對澆注式瀝青混合料GA10的流動性、貫入度、抗彎應變有一定的影響，但不顯著。不同集料制備的澆注式瀝青混合料GA10的流動性及高低溫性能均能滿足規范要求。從工程原材料選取的角度看，不同地區鋼橋面澆注式瀝青鋪裝工程可就近取材，以節約運輸成本，降低工程造價。

（2）相同條件下，摻入天然砂后，澆注式瀝青混合料GA10的流動性逐漸提高，但對混合料的高低溫性能有負面影響。一般情況下，澆注式瀝青混合料不宜采用天然砂。

（3）相同條件下，礦粉細度對澆注式瀝青混合料GA10的路用性能有較為明顯的影響。綜合考慮澆注式瀝青混合料的高溫性能和施工和易性，礦粉細度不宜過小，也不能過大。

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