礦料級(jí)配對(duì)SMA-10瀝青磨耗層性能的影響探討

收稿日期：2023-11-02

作者簡(jiǎn)介：程毅（1988—），男，本科，工程師，研究方向：高速公路養(yǎng)護(hù)施工。

摘要 為有效探究礦料級(jí)配對(duì)SMA-10瀝青磨耗層性能的影響，文章選取2.36 mm篩孔為關(guān)鍵篩孔，按照20%～32%通篩率設(shè)計(jì)13種SMA-10礦料級(jí)配方案，系統(tǒng)分析了2.36～4.75 mm集料摻量變化對(duì)SMA-10瀝青混合料體積指標(biāo)的影響；從中選取5組典型級(jí)配實(shí)施路用性能測(cè)試，結(jié)果顯示：當(dāng)2.36～4.75 mm集料摻量為4%時(shí)，SMA-10瀝青混合料路用性能更加優(yōu)良，相較于2.36～4.75 mm集料摻量為0%時(shí)，其動(dòng)穩(wěn)定度、彎拉應(yīng)變、殘留穩(wěn)定度及凍融劈裂強(qiáng)度比依次提升19.1%、10.0%、15.4%、10.9%，車(chē)轍深度下降5.1%。

關(guān)鍵詞 公路工程項(xiàng)目；礦料級(jí)配；瀝青磨耗層；路用性能

中圖分類(lèi)號(hào) U416.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2024）01-0092-03

0 引言

瀝青磨耗層主要是采用優(yōu)質(zhì)細(xì)粒料及結(jié)合料在道路表面鋪設(shè)的薄層結(jié)構(gòu)，其厚度較薄，僅為薄層罩面的1/3～1/2，能有效增強(qiáng)路面路用性能，保證車(chē)輛運(yùn)行安全，延長(zhǎng)公路使用壽命?，F(xiàn)階段，瀝青磨耗層在公路領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛，常被應(yīng)用于路面翻新、裂縫修復(fù)、路面抗滑層施工中，取得了顯著成效。為有效了解礦料級(jí)配對(duì)磨耗層路用性能的影響[1]，該文設(shè)計(jì)了13種SMA-10礦料級(jí)配方案，對(duì)各種級(jí)配下SMA-l0混合料體積指標(biāo)及路用性能進(jìn)行測(cè)試，得到了最佳礦料級(jí)配。

1 原材料

瀝青選用中石油提供的SBS改性瀝青，相關(guān)技術(shù)指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

粗、細(xì)集料均選用玄武巖，利用專(zhuān)用破碎設(shè)備進(jìn)行碎石化處理，質(zhì)地潔凈、干燥，棱角性良好；集料力學(xué)特性完全符合標(biāo)準(zhǔn)要求。填料選用石灰石磨細(xì)礦粉，質(zhì)地潔凈、干燥，性能優(yōu)良，相關(guān)性能指標(biāo)完全滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求[2]。

2 SMA-10配合比設(shè)計(jì)

SMA-10配合比設(shè)計(jì)時(shí)，取4.75 mm通篩率為28%～

60%，并參考同類(lèi)設(shè)計(jì)案例，選取2.36 mm篩孔為關(guān)鍵篩孔，按照20%～32%通篩率設(shè)計(jì)13種SMA-10礦料級(jí)配方案[3]，如表1所示。以最佳油石比6%，分別制備13種SMA-10級(jí)配的標(biāo)準(zhǔn)試件，測(cè)定各種級(jí)配下SMA-10混合料體積指標(biāo)，詳細(xì)數(shù)據(jù)如表2所示。

由表2可知：

（1）根據(jù)礦料級(jí)配方案1～7制備SMA-10瀝青混合料，相關(guān)性能指標(biāo)完全符合標(biāo)準(zhǔn)要求，按照2%標(biāo)準(zhǔn)逐步降低2.36 mm通篩率，其粗集料及骨架間隙率均顯著增大。

（2）當(dāng)SMA-10瀝青混合料中2.36～4.75 mm集料摻量增大時(shí)，粗集料及骨架間隙率呈現(xiàn)先減后增的變化趨勢(shì)[4]。具體變化關(guān)系如圖1所示。

由于當(dāng)前碎石生產(chǎn)技術(shù)限制，實(shí)際加工過(guò)程中無(wú)法完全清除2.36～4.75 mm石料，且混合料生產(chǎn)過(guò)程中若全部清除該級(jí)配范圍集料[5]，將會(huì)產(chǎn)生離析現(xiàn)象，造成瀝青溢出。對(duì)13種級(jí)配混合料檢測(cè)結(jié)果實(shí)施比較分析，發(fā)現(xiàn)級(jí)配1-9、11、12，增加2.36～4.75 mm集料摻量均能有效提升混合料密實(shí)度，具體體現(xiàn)為：混合料內(nèi)部粗集料、礦料及骨架間隙率下降，毛體積密度降低；減小粒徑2.36 mm集料摻量能顯著提升瀝青飽和度。

3 路用性能試驗(yàn)研究

根據(jù)13種礦料級(jí)配SMA-10各項(xiàng)體積指標(biāo)，并結(jié)合4.75 mm通篩率設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)28%～60%，從中選取較為典型的礦料級(jí)配（01、08、11、09、12）實(shí)施路用性能檢測(cè)，5種級(jí)配方案2.36～4.75 mm集料摻量依次為0、2%、4%、6%、8%[6]。

3.1 抗車(chē)轍性能

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，依次制備級(jí)配01、08、11、09、12的SMA-10混合料試件，并實(shí)施（60 ℃、0.7 MPa）工況下的抗車(chē)轍性能檢測(cè)，檢測(cè)數(shù)據(jù)如表3、圖2所示。

由表3、圖2可知：

（1）5種方案中，級(jí)配11 SMA-l0混合料動(dòng)穩(wěn)定度最大，車(chē)轍深度最小，抗車(chē)轍能力最優(yōu)。

（2）當(dāng)2.36～4.75 mm集料摻量小于4%時(shí)，其動(dòng)穩(wěn)定度顯著增大，車(chē)轍深度減小，且2.36～4.75 mm集料摻量每提高2%，其動(dòng)穩(wěn)定度提高7%，車(chē)轍深度下降2%[7]。

3.2 低溫抗裂性能

按照標(biāo)準(zhǔn)要求，分別制備5種礦料級(jí)配下的SMA-10混合料梁式構(gòu)件，其規(guī)格為300 mm×100 mm×50 mm，并分別實(shí)施低溫抗裂性能測(cè)試[8]，測(cè)試結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知：

（1）5種級(jí)配方案中，級(jí)配11SMA-l0混合料低溫抗裂性能最佳。

（2）當(dāng)SMA-10混合料中2.36～4.75 mm集料摻量小于4%時(shí)，其摻量越大混合料彎拉應(yīng)變?cè)酱螅菏綐?gòu)件脆性減小，抗裂性能增大。

（3）當(dāng)2.36～4.75 mm集料摻量大于4%時(shí)，其摻量越大，混合料彎拉應(yīng)變?cè)叫?，但均不低? 000 με，滿(mǎn)足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.3 抗水損害性能

按照標(biāo)準(zhǔn)要求，分別制備5種礦料級(jí)配下的SMA-10混合料圓柱形試件，并實(shí)施凍融劈裂強(qiáng)度檢測(cè)，得到各種級(jí)配條件下SMA-10混合料抗水損性能[9]，具體如圖4所示。

由圖4可知：

（1）相較于2.36～4.75 mm集料摻量為0%的SMA-10混合料，其他摻量的SMA-10混合料抗水損性能更加優(yōu)良。

（2）當(dāng)2.36～4.75 mm集料摻量為4%（級(jí)配11）時(shí)，其殘留穩(wěn)定度及凍融劈裂強(qiáng)度比最大，抗水損性能最佳。

（3）當(dāng)2.36～4.75 mm集料摻量大于4%時(shí)，其抗水損性能有所降低，但其凍融劈裂強(qiáng)度比仍處于75%以上，抗水損能力優(yōu)良[10]。

4 結(jié)論

綜上所述，該文選取2.36 mm篩孔為關(guān)鍵篩孔，按照20%～32%通篩率設(shè)計(jì)13種SMA-10礦料級(jí)配方案，系統(tǒng)分析了2.36～4.75 mm集料摻量變化對(duì)SMA-10瀝青混合料體積指標(biāo)及路用性能的影響，具體結(jié)論如下：

（1）全部清除2.36～4.75 mm集料后，按照2%標(biāo)準(zhǔn)逐步降低2.36 mm通篩率，級(jí)配1-7條件下的SMA-10瀝青混合料粗集料及骨架間隙率均顯著增大。

（2）由于當(dāng)前碎石生產(chǎn)技術(shù)限制，實(shí)際加工過(guò)程中無(wú)法完全清除2.36～4.75 mm石料，且混合料生產(chǎn)過(guò)程中若全部清除該級(jí)配范圍集料，將會(huì)產(chǎn)生離析現(xiàn)象，造成瀝青溢出。級(jí)配1-9、11、12，增大2.36～4.75 mm集料摻量，SMA-10混合料內(nèi)部粗集料、礦料及骨架間隙率下降，毛體積密度降低。

（3）當(dāng)2.36～4.75 mm集料摻量為4%（級(jí)配11）時(shí)，SMA-10瀝青混合料路用性能更加優(yōu)良，相較于未摻加2.36～4.75 mm集料時(shí)，其動(dòng)穩(wěn)定度、彎拉應(yīng)變、殘留穩(wěn)定度及凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比依次提升19.1%、10%、15.4%、10.9%，車(chē)轍深度下降5.1%。

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