細(xì)集料含泥量對(duì)瀝青混合料水穩(wěn)定性影響研究

秦仁杰, 李騰飛, 羅潤(rùn)洲, 單 楠

(長(zhǎng)沙理工大學(xué) 交通運(yùn)輸工程學(xué)院， 湖南 長(zhǎng)沙 410114)

細(xì)集料含泥量對(duì)瀝青混合料水穩(wěn)定性影響研究

秦仁杰, 李騰飛, 羅潤(rùn)洲, 單 楠

(長(zhǎng)沙理工大學(xué) 交通運(yùn)輸工程學(xué)院， 湖南 長(zhǎng)沙 410114)

集料的潔凈度對(duì)瀝青混合料路用性能的影響很大。含泥量過大會(huì)造成集料的污染，同時(shí)對(duì)瀝青混合料的水穩(wěn)定性產(chǎn)生較大影響。結(jié)合現(xiàn)行規(guī)范水穩(wěn)定性條件評(píng)價(jià)方法對(duì)含泥量不同的細(xì)集料，利用浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)分析了細(xì)集料含泥量對(duì)瀝青混合料水穩(wěn)定性的影響，提出相對(duì)應(yīng)的控制措施。

細(xì)集料； 含泥量； 瀝青混合料； 水穩(wěn)定性

0 前言

瀝青路面具有噪音低、行車舒適、維修簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，隨著我國(guó)公路事業(yè)的快速發(fā)展，瀝青路面越來越受歡迎，但是許多瀝青路面出現(xiàn)不同程度的早期水損害。瀝青混合料的水穩(wěn)定性受到高度關(guān)注，特別是在南方多雨地區(qū)，已成為關(guān)鍵的控制指標(biāo)之一，而混合料的級(jí)配、瀝青種類、集料的性能都是影響瀝青混合料水穩(wěn)定性的因素。從母材的開采到集料的生產(chǎn)，再到混合料的拌合及集料的儲(chǔ)存(碎石加工場(chǎng)和拌合場(chǎng))，每個(gè)過程都會(huì)面臨集料的污染問題，導(dǎo)致集料的含泥量超標(biāo)，成為工程技術(shù)人員亟待解決的問題之一。海南地區(qū)由于碎石加

工工藝的粗放式管理，導(dǎo)致集料尤其是細(xì)集料含泥量超標(biāo)現(xiàn)象嚴(yán)重，無法滿足瀝青路面施工規(guī)范要求。本文依托海南G98高速石梅灣至三亞改建項(xiàng)目對(duì)細(xì)集料含泥量變化對(duì)瀝青混合料的性能指標(biāo)的影響進(jìn)行了分析研究。

1 原材料試驗(yàn)

試驗(yàn)用的瀝青為SBS改性瀝青，采用泰普克AH — 70基質(zhì)瀝青自主加工而成，其技術(shù)指標(biāo)見表1所示。礦粉為定安新竹榮波加工廠礦粉，由石灰?guī)r磨細(xì)制成，其技術(shù)指標(biāo)如表2所示。粗、細(xì)集料采用海南省蓬萊石場(chǎng)的玄武巖材料，其技術(shù)指標(biāo)如表3所示。

表1 瀝青技術(shù)指標(biāo)針入度試驗(yàn)25℃針入度/(0.1mm)針入度指數(shù)軟化點(diǎn)/℃延度(5℃,5cm/min)/cm動(dòng)力黏度135℃/(Pa·s)彈性恢復(fù)25℃/%密度(g·cm-3)薄膜加熱試驗(yàn)質(zhì)量損失/%25℃針入度比/%5℃延度/cm550.1986.029.02.067901.033-0.39780.418

表2 礦粉技術(shù)指標(biāo)表觀相對(duì)密度塑性指數(shù)粒度范圍的通過率/%<0.6mm<0.15mm<0.075mm親水系數(shù)外觀2.7322.710097.989.40.54無團(tuán)粒結(jié)塊

由試驗(yàn)可知瀝青各指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，其中軟化點(diǎn)較高，具有較高的粘度，極適合持續(xù)高溫氣候。礦粉的性能指標(biāo)符合規(guī)范，具有很好親油性。

集料具有抗壓性能高，耐磨性能好的優(yōu)點(diǎn)，有利于路面的長(zhǎng)久使用。

表3 集料的技術(shù)指標(biāo)粒級(jí)/mm表觀相對(duì)密度毛體積相對(duì)密度磨耗值/%壓碎值/%26.5～19 2.9412.842 19～16 2.9512.845 16～13.2 2.9472.837 13.2～9.5 2.9542.836 9.5～4.75 2.9642.8334.75～2.36 2.9662.8251210.62.36～1.18 2.8422.7361.18～0.6 2.8452.758 0.6～0.3 2.8702.744 0.3～0.15 2.8492.7750.15～0.0752.9192.802

2 混合料級(jí)配及試驗(yàn)方法

試驗(yàn)以AC — 20為基礎(chǔ)，目標(biāo)配合比如表4所示，粗集料用水沖洗干凈并放入105 ℃烘箱烘干。細(xì)集料按照《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》注入潔凈的水，分別過1.18 mm及0.075 mm的篩孔，直到清洗干凈為止。將清洗干凈的集料連同0.075 mm以下的泥土一起放入105 ℃烘箱烘干。

根據(jù)馬歇爾混合料設(shè)計(jì)方法，在最佳油石比為4.8%的情況下，將烘干后的泥土分別按照細(xì)集料1%、3%、5%、7%、9%5種試驗(yàn)方案(方案A～方案E)的含量加入到混合料中并拌合均勻，分別對(duì)方案A～方案E制作試件。對(duì)成型試件分別進(jìn)行浸水馬歇爾試驗(yàn)以及凍融劈裂試驗(yàn)，研究不同含泥量條件下瀝青混合料的水穩(wěn)定性。

表4 AC—20的級(jí)配篩孔/mm合成級(jí)配篩孔/mm合成級(jí)配26.5100.02.3630.91996.61.1821.61687.60.615.813.277.30.39.89.561.60.157.64.7538.80.0755.9

3 浸水馬歇爾試驗(yàn)

對(duì)不同含泥量的混合料進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，每個(gè)方案制作2組試件，一組在60 ℃的恒溫條件下浸水30 min，另外一組保持48 h的浸水時(shí)間。殘留穩(wěn)定度的試驗(yàn)結(jié)果見表5和圖1所示。

表5 不同含泥量的浸水馬歇爾試驗(yàn)含泥量浸水0.5h后穩(wěn)定度/kN浸水48h后穩(wěn)定度/kN殘留穩(wěn)定度/%方案A14.1313.0092.0方案B12.2110.9389.5方案C11.309.6785.6方案D10.028.0580.4方案E8.356.3576.1

圖1 浸水馬歇爾試驗(yàn)

《瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》規(guī)定高溫潮濕地區(qū)馬歇爾殘留穩(wěn)定度不小于85%。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出細(xì)集料含泥量為5%(方案C)時(shí)，殘留穩(wěn)定度為85.6%可以滿足要求；含泥量為7%(方案D)，殘留穩(wěn)定度為80.4%，不滿足要求。隨著細(xì)集料含泥量的增加，瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度呈逐漸下降的趨勢(shì)，方案B較方案A下降2.5%，方案C較方案B下降3.9%，方案D較方案C降低5.2%，方案E較方案D下降4.3%，分析其原因是隨著含泥量的增加，比表面積增大，結(jié)構(gòu)瀝青逐漸增多，但是覆著于集料表面的泥土阻礙瀝青與集料的交互作用，致使瀝青混合料抗剪強(qiáng)度逐漸下降。在60 ℃的浸水條件下，混合料中的部分泥土吸收水分，導(dǎo)致瀝青膠漿的強(qiáng)度下降，瀝青混合料水穩(wěn)定性降低。

4 凍融劈裂試驗(yàn)

按照現(xiàn)行規(guī)范方法制作凍融劈裂試件。每個(gè)方案制作2組試件，每組不少于4個(gè)，一組置于室溫下備用，另一組經(jīng)過凍融循環(huán)，分別測(cè)得每組的劈裂強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)比。其試驗(yàn)結(jié)果見表6及圖2。

規(guī)范規(guī)定高溫潮濕地區(qū)瀝青混合料的TSR不得小于80%，由表6及圖2知，隨著含泥量的增加，混合料的劈裂強(qiáng)度逐漸下降，經(jīng)過凍融循環(huán)后，相同含泥量的條件下，強(qiáng)度逐漸降低。隨著細(xì)集料含泥量的增多，瀝青混合料的TSR值相應(yīng)地呈降低的趨勢(shì)，方案B較方案A劈裂試驗(yàn)強(qiáng)度比下降3.9%，方案C較方案B劈裂試驗(yàn)強(qiáng)度下降5.0%，方案D較方案C劈裂試驗(yàn)強(qiáng)度降低6.6%，在含泥量為5%(方案C)時(shí)混合料的劈裂強(qiáng)度已不能滿足規(guī)范要求，在含泥量為3%時(shí)，能適應(yīng)高溫潮濕地區(qū)的氣候條件。分析其原因是隨著細(xì)集料含泥量的增加，瀝青混合料拌合后逐漸變得干澀，瀝青混合料不易壓實(shí)，致使空隙率變大，經(jīng)受多次凍融致使強(qiáng)度降低，其次瀝青膠漿的性能逐漸降低，集料表面裹覆更厚的泥土，阻斷瀝青與集料的接觸，從而強(qiáng)度逐漸下降。

表6 不同含泥量的凍融劈裂試驗(yàn)含泥量正常劈裂強(qiáng)度/MPa凍融后劈裂強(qiáng)度/MPa凍融劈裂試驗(yàn)強(qiáng)度比(TSR)/%方案A0.990.8686.7方案B0.930.7782.8方案C0.860.6777.8方案D0.800.5771.2方案E0.750.5269.3 注:正常劈裂強(qiáng)度是對(duì)室溫條件下的試件進(jìn)行劈裂試驗(yàn)測(cè)得的強(qiáng)度。

圖2 凍融劈裂試驗(yàn)

5 控制措施

1) 在集料母材開采時(shí)，嚴(yán)禁采用受污染嚴(yán)重的材料，即覆蓋層、軟弱層應(yīng)徹底清除。

2) 集料生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)有預(yù)篩裝置，安裝除塵設(shè)備，如有條件應(yīng)清洗集料，降低粉塵的含量。

3) 拌合站要對(duì)路面堆料坪進(jìn)行硬化，不同的集料之間設(shè)置隔板、遮雨棚，避免再次污染集料。

6 結(jié)論

在不同含泥量的條件下，本文研究分析了瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度以及TSR值，得到以下結(jié)論：

1) 隨著細(xì)集料含泥量的增加，瀝青混合料的浸水馬歇爾穩(wěn)定度逐漸降低，殘留馬歇爾穩(wěn)定度逐漸降低。細(xì)集料含泥量為5%(方案C)時(shí)，殘留穩(wěn)定度為85.6%可以滿足要求，含泥量由7%增加到9%時(shí)，相對(duì)應(yīng)的殘留穩(wěn)定度由80.4%降為76.1%，均無法適應(yīng)高溫多雨的氣候條件。

2) 經(jīng)過凍融循環(huán)后，隨著細(xì)集料泥土或粉塵含量的增多，瀝青混合料的劈裂強(qiáng)度逐漸下降，同時(shí)TSR值也呈降低的趨勢(shì)。在含泥量為3%時(shí)，TSR為82.8%，能夠滿足要求。含泥量由5%增加到9%時(shí)，TSR由77.8%降到69.3%，不能滿足要求。

[1] JTG F40 — 2004,公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2] 馬新，鄭傳峰. 瀝青混合料水穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法的試驗(yàn)研究[J].公路，2008(4).

[3] 王樂.高溫潮濕地區(qū)瀝青混合料水穩(wěn)定性研究[D].重慶：重慶交通大學(xué)，2008.

[4] JTG E20-2011，公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程[S].

[5] 趙薇. 集料含泥量對(duì)瀝青混合料路用性能影響的試驗(yàn)分析[J].公路交通科技，2012(1).

[6] 陳璟.細(xì)集料對(duì)瀝青混合料性能的影響研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2007.

[7] 沈金安. 瀝青及瀝青混合料路用性能[M].北京：人民交通出版社，2001.

[8] 高春妹. 集料的潔凈程度對(duì)對(duì)瀝青混合料水穩(wěn)定性能的影響研究[D].長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2007.

[9] 沙慶林. 高速公路瀝青路面早期破壞現(xiàn)象及預(yù)防[ M].北京：人民交通出版社，2001.

[10] 曾俊，肖高霞，羅志剛.瀝青混合料水穩(wěn)定性試驗(yàn)評(píng)價(jià)方法綜述[J].公路交通技術(shù),2011(1).

[11] 潘勤學(xué)，錢國(guó)平，劉宏富，等.瀝青混合料水穩(wěn)定性指標(biāo)控制值適用性分析[J].中外公路,2014(3).

[12] 王輝，高模量瀝青混合料水穩(wěn)定性能研究[J].公路,2013(5).

[13] 周志剛，蔣騰騰，姜旺恒.高溫濕熱地區(qū)瀝青混合料抗水損害性能評(píng)價(jià)[J].長(zhǎng)沙理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2013,10(2):8-14.

2016-09-26

秦仁杰( 1969-) ，男，教授，研究方向: 路基路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工控制。

1008-844X(2017)01-0051-03

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