細(xì)集料指標(biāo)對(duì)AC13瀝青混合料性能的影響分析

康 健

（河北省高速公路廊涿管理處 河北廊坊 065000）

細(xì)集料指標(biāo)對(duì)AC13瀝青混合料性能的影響分析

康 健

（河北省高速公路廊涿管理處 河北廊坊 065000）

通過一系列試驗(yàn)，對(duì)比玄武巖、石灰?guī)r和天然砂三種細(xì)集料對(duì)礦料級(jí)配、瀝青混合料高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性的影響規(guī)律，同時(shí)分析了10 %、16 %和22 %三種天然砂用量的瀝青混合料的性能，最終提出針對(duì)不同等級(jí)公路的天然砂建議用量。

細(xì)骨料 指標(biāo) 級(jí)配 混合料性能

1 概述

細(xì)集料包括天然砂、機(jī)制砂和石屑。由于石屑中土含量多、針片狀比例很大，在目前的高速公路和重載交通的瀝青路面鋪筑中，一般不允許采用；天然砂由于與瀝青的粘附性較差、外形呈渾圓狀，天然砂由于質(zhì)量變化大（大部分為中粗砂），影響集料的整體嵌擠作用，在一些工程上也限制使用或者不允許使用，目前工程上使用量最多的是機(jī)制砂。機(jī)制砂不像石屑那樣有大量不耐沖擊的薄片和棱角，形狀大多接近立方體，機(jī)制砂的應(yīng)用，是提高細(xì)集料棱角性的重要措施。一般采用石灰?guī)r加工機(jī)制砂，但是有的技術(shù)人員認(rèn)為玄武巖強(qiáng)度高、耐磨性好，也采用了玄武巖機(jī)制砂。

2 原材料技術(shù)指標(biāo)要求

（1）原材料指標(biāo)

10-15mm及5-10mm兩檔集料為河北易縣產(chǎn)玄武巖石料，3-5mm集料為河北鹿泉石灰?guī)r石料，機(jī)制砂分為玄武巖機(jī)制砂和石灰?guī)r機(jī)制砂兩種，天然砂為潔凈河沙，填料為石灰?guī)r礦粉。細(xì)集料技術(shù)指標(biāo)見表1和表2。

表1 集料技術(shù)指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果

（2）試驗(yàn)方案

礦料級(jí)配采用調(diào)整的AC13型級(jí)配，采用美國工程兵旋轉(zhuǎn)壓實(shí)剪切試驗(yàn)機(jī)GTM方法進(jìn)行混合料的配比設(shè)計(jì)，混合料的設(shè)計(jì)壓強(qiáng)采用0.7 MPa。為了考察細(xì)集料對(duì)瀝青混合料性能的影響，以細(xì)集料種類和使用比例為變量設(shè)計(jì)5個(gè)試驗(yàn)方案，見表2。

表2 試驗(yàn)方案各種材料比例設(shè)計(jì)詳表

3 瀝青混合料性能試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 天然砂對(duì)瀝青混合料礦料級(jí)配的影響

目前我們的道路工程熱衷于機(jī)制砂，機(jī)制砂對(duì)于提高道路的質(zhì)量確實(shí)有重大的貢獻(xiàn)，但是如果單純采用機(jī)制砂，如果級(jí)配不能調(diào)整到最佳程度也將影響瀝青混合料整體性能。

摻加部分天然砂有助于將級(jí)配調(diào)整到最佳，提高瀝青混和料整體性能，這里從細(xì)集料顆粒組成對(duì)礦料級(jí)配的影響展開分析，機(jī)制砂與天然砂在粒徑上的差別見表3。

表3 機(jī)制砂與天然砂粒度分布對(duì)比表

由表3可知，天然砂和機(jī)制砂在1.18 mm、0.6 mm、0.15 mm、0.075 mm等篩孔的通過率存在比較大的差別，機(jī)制砂的粒度可以通過制砂工藝適當(dāng)調(diào)整，但調(diào)整幅度有限。這是因?yàn)樵谏a(chǎn)機(jī)制砂過程中，如果0.3~1.18 mm各篩孔的通過率達(dá)到比較滿意的要求，則0.075 mm以下的顆粒太多，如果0.075 mm以下的顆粒達(dá)到比較滿意的要求，0.3~1.18 mm各篩孔的通過率則太小。在進(jìn)行瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)時(shí)，如果單純的采用機(jī)制砂，可能在某些篩孔上不易于調(diào)整，或者由于機(jī)制砂的用量太大，造成機(jī)制砂中的小于0.075 mm的顆粒太多，以致新鮮的礦粉不能加進(jìn)去，或者摻加的量很少。下面舉例來說明這個(gè)問題。例如某工地進(jìn)行AC13型的配合比設(shè)計(jì)，各種材料的篩分結(jié)果見表4，各檔集料摻配比例見表5。

表4 集料篩分結(jié)果

表5 集料摻配比例

該工程的合成礦料級(jí)配見表6。

表6 礦料合成級(jí)配

從上面的例子可以看出來，機(jī)制砂用了很大的比例，達(dá)到39 %，盡管這樣，在1.18 mm、0.6 mm、0.3 mm等篩孔的通過率才剛好滿足最低限要求，但是0.075 mm的通過率達(dá)到了級(jí)配要求的上限，如果摻加部分天然砂，因?yàn)樘烊簧?.18 mm、0.6 mm篩孔的通過率比機(jī)制砂要大一些，0.075mm的通過率要比機(jī)制砂小的多，調(diào)整的級(jí)配可能增加了一些1.18 mm、0.6 mm的通過率，并且減小了一些0.075 mm的通過率，調(diào)整出的級(jí)配也更合理一些。

從上面的例子來看，單純的采用機(jī)制砂的話，由于機(jī)制砂含有一部分0.075 mm以下的粉料，致使新鮮的礦粉不能夠最大限度的摻加進(jìn)來，眾所周知，機(jī)制砂里面的礦粉含有的土量比較大，勢必影響瀝青混合料的質(zhì)量。另外，單純采用機(jī)制砂，造成在混合料中某一料倉的摻加量較大，實(shí)際施工過程中容易造成等料或者溢料現(xiàn)象。

3.2 高溫穩(wěn)定性的影響分析

采用不同的細(xì)集料進(jìn)行車轍試驗(yàn)結(jié)果見圖1。由圖1知：

圖1 不同細(xì)集料種類瀝青混合料車轍試驗(yàn)結(jié)果

（1）當(dāng)細(xì)集料摻加天然砂時(shí)，隨著天然砂用量的增加瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性有不同程度的下降，但從試驗(yàn)結(jié)果看，天然砂用量控制在15 %以下時(shí)，對(duì)瀝青混合料的影響不大。當(dāng)天然砂用量超過15 %時(shí)，瀝青混合料的抗車轍能力下降非常快。采用玄武巖的石屑對(duì)瀝青混合料的高溫性能基本相當(dāng)。

（2）機(jī)制砂在高溫情況下受到外力的擾動(dòng)后，在內(nèi)部礦料顆粒排列發(fā)生變化的同時(shí)，豐富的棱角使顆粒的排列嵌擠作用更加加強(qiáng)，由于天然砂的棱角性差，加之與瀝青的結(jié)合能力也較低，因此在高溫的情況下，在受到車輪的擠壓下，無法提供礦料顆粒間足夠的抗剪切變形能力，因此在天然砂超過一定數(shù)量時(shí)，動(dòng)穩(wěn)定度降低。

（3）細(xì)集料采用玄武巖機(jī)制砂與石灰?guī)r機(jī)制砂的瀝青混合料高溫穩(wěn)定性沒有明顯的差別。

3.3 細(xì)集料種類對(duì)瀝青混合料水穩(wěn)性影響

水穩(wěn)性試驗(yàn)采用簡化的Lottman試驗(yàn)方法。試驗(yàn)結(jié)果見表7。

表7 不同的細(xì)集料AC13瀝青混合料水穩(wěn)性試驗(yàn)結(jié)果

由表8知：

（1）細(xì)集料采用石灰?guī)r機(jī)制砂的瀝青混合料水穩(wěn)性最好。

（2）瀝青混合料的水穩(wěn)性隨著天然砂的用量增加，瀝青混合料水穩(wěn)性下降，當(dāng)天然砂的用量超過15 %，瀝青混合料的水穩(wěn)性急劇下降。

（3）細(xì)集料采用玄武巖的機(jī)制砂對(duì)瀝青混合料的水穩(wěn)性不利。

4 結(jié)論

（1）與玄武巖機(jī)制砂相比，無論從瀝青混合料的高溫抗車轍能力，還是其水穩(wěn)性來看，細(xì)集料采用石灰?guī)r機(jī)制砂都是最好的選擇。

（2）從天然砂不同摻量對(duì)瀝青混合料的影響看，天然砂的用量控制在 15 %以內(nèi)對(duì)瀝青混合料的高溫性能和水穩(wěn)性沒有多大影響，現(xiàn)行規(guī)范要求天然砂的用量不超過總量的20 %，經(jīng)驗(yàn)證，對(duì)于高速公路、一級(jí)公路和重要干線公路的瀝青混合料，鑒于天然砂由于顆粒接近于圓形，磨阻力小，故不宜多用，建議天然砂的含量不宜超過總量的15 %。

（3）在實(shí)際工程中也不應(yīng)該過分的排斥天然砂，摻加少量的天然砂有利于瀝青混合料的和易性，而且摻加部分天然砂更利于級(jí)配的調(diào)整，調(diào)一個(gè)好的級(jí)配對(duì)瀝青混合料的影響比摻加少量的天然砂對(duì)混合料的影響更有利。

[1]沙慶林.空隙率對(duì)混合料的重大影響[J].國外公路,2001.4

[2]曹林濤.瀝青混合料高溫抗變形能力影響[D].同濟(jì)大學(xué),2012

[3]張宏超.瀝青混合料水穩(wěn)性全程評(píng)價(jià)方法研究[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào),2004(5)

Influence Analysis of the Fine Aggregate Indicators on the Performance of the AC13 Asphalt Mixture

KANG Jian
(Lang-zhuo Administration Office of Hebei Expressway Langfang Hebei 065000 China)

A series of experiments were conducted to compare the influence rules of the three fine aggregates of basalt, limestone and natural sands to the aggregate gradation, asphalt mixture’s high-temperature stability and water stability. The performance of three kinds of asphalt mixture with natural sand amounts of 10%, 16% and 22 % was analyzed and the natural sand dosages for different grades of highways are finally proposed.

fine aggregate indicator graduation mixture performance

中國分類號(hào)：TU535A

1673-1816(2016)02-0077-04

2015-10-12

康?。?979-），男，漢，河北平山人，碩士，工程師，研究方向高速公路的管理與養(yǎng)護(hù)。