針片狀顆粒含量對(duì)瀝青混合料路用性能的影響研究

張孝勝 金光來

摘 要：為了研究針片狀顆粒含量對(duì)瀝青混合料路用性能影響，課題組按照《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E42-2005）的要求采用游標(biāo)卡尺從現(xiàn)有集料的中挑出針片狀顆粒，分別制備了10%、15%、18%三種針片狀顆粒含量集料，成型Sup-20型瀝青混合料試件;采用浸水馬歇爾試驗(yàn)、車轍試驗(yàn)、低溫小梁試驗(yàn)對(duì)混合料的路用性能進(jìn)行研究;結(jié)果表明：當(dāng)針片狀顆粒含量超過15%后，瀝青混合料的水穩(wěn)定性和抗裂性能明顯降低，殘留穩(wěn)定度已臨近規(guī)范限值，破壞應(yīng)變衰減10.77%;研究結(jié)果對(duì)瀝青混合料的路用性能控制有一定指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：針片狀顆粒含量;瀝青混合料;路用性能

中圖分類號(hào)：U414 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

隨著交通事業(yè)的不斷發(fā)展，公路的建設(shè)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，特別是高等級(jí)公路建設(shè)里程的不斷增加，對(duì)集料的需求量也越來越大。近年來，由于優(yōu)質(zhì)石料資源的大量消耗，以及國家對(duì)環(huán)境保護(hù)的力度進(jìn)一步加大，部分未能達(dá)到要求的料場都面臨著被關(guān)閉的困境。

1 集料問題及質(zhì)量波動(dòng)

江蘇省內(nèi)交通工程建設(shè)市場面臨如下問題：（1）省內(nèi)沒有本地石料可用，需從外省運(yùn)送集料供工程應(yīng)用，施工單位集料采購成本增加，工程造價(jià)增大。（2）施工企業(yè)對(duì)路用集料的選擇余地較少，集料采購料場不固定，導(dǎo)致集料質(zhì)量波動(dòng)，影響混合料的性能。

目前江蘇省所用的石料加工廠生產(chǎn)的石料針片狀顆粒含量趨向控制范圍臨界值。由于針片狀顆粒過于細(xì)長或扁平，在施工期間和交通荷載作用下容易斷裂，使瀝青混合料級(jí)配細(xì)化、強(qiáng)度降低，從而導(dǎo)致路面出現(xiàn)早期破壞，已經(jīng)成為影響路面建設(shè)質(zhì)量重要隱患之一。

為了進(jìn)一步研究針片狀顆粒含量對(duì)瀝青混合料性能的影響，文章選用三種針片狀顆粒含量的集料成型混合料試件，進(jìn)行高溫、低溫、水穩(wěn)定性的研究。

2 原材料及配合比設(shè)計(jì)

本文所用石灰?guī)r集料產(chǎn)地為安徽來安，礦粉產(chǎn)地為安徽宣城，SBS改性瀝青產(chǎn)地為江蘇南京。

2.1 瀝青

采用SBS改性石油瀝青，其技術(shù)指標(biāo)檢測結(jié)果見表1。

2.2 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(xì)集料粒徑為2.36 mm～4.75 mm、0.075 mm～2.36 mm，填料采用石灰?guī)r堿性集料磨細(xì)得到的礦粉，相應(yīng)技術(shù)指標(biāo)按照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果見表2。

2.3 配合比設(shè)計(jì)

本文采用江蘇省中面層典型級(jí)配Sup-20對(duì)瀝青混合料性能進(jìn)行研究，首先選用3.9%、4.4%、4.9%、5.4%四個(gè)油石比成型馬歇爾試件，通過試驗(yàn)分析確定最佳油石比為4.4%，礦料合成級(jí)配組成見表3。

3 試驗(yàn)方案

為了研究針片狀顆粒含量對(duì)混合料路用性能影響，選擇三種針片狀顆粒含量（10%、15%、18%）成型試件，分別進(jìn)行浸水馬歇爾試驗(yàn)、凍融劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)、動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)、小梁彎曲試驗(yàn)，對(duì)混合料的水穩(wěn)定性、高溫性能、低溫性能進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。

4 試驗(yàn)結(jié)果與分析

4.1 水穩(wěn)性能

10%、15%、18%三種針片狀顆粒含量的Sup-20型瀝青混合料的浸水馬歇爾穩(wěn)定度、凍融劈裂強(qiáng)度測試結(jié)果如表4。

由上表可知，（1）當(dāng)針片狀顆粒含量超過15%時(shí)，瀝青混合料的水穩(wěn)定性明顯降低;針片狀含量越大，混合料的劈裂強(qiáng)度比、殘留穩(wěn)定度越小，瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度、浸水馬歇爾穩(wěn)定度單調(diào)遞減，說明瀝青混合料的水穩(wěn)定性下降。（2）與10%的針片狀含量相比，當(dāng)針片狀含量增加到15%時(shí)，瀝青混合料的劈裂強(qiáng)度比增加1.1%，殘留穩(wěn)定度減小1.2%;當(dāng)針片狀含量增加到18%時(shí)，瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度已臨近規(guī)范限值。（3）這是由于隨著針片狀顆粒含量的增加，混合料空隙率增大，增加了水進(jìn)入其中的機(jī)會(huì)，即增加了水對(duì)混合料的影響;同時(shí)，隨著針片狀顆粒含量增加，集料的破碎率增大，在集料顆粒的破裂面上沒有瀝青裹覆，瀝青與集料的粘結(jié)界面直接暴露在外，容易被水逐漸侵蝕而導(dǎo)致瀝青膜剝落，使混合料的水穩(wěn)定性變差;混合料空隙率的急劇增大必然導(dǎo)致混合料的凍融劈裂試驗(yàn)強(qiáng)度比明顯降低，所以15%的針片狀顆粒含量也是混合料凍融劈裂試驗(yàn)強(qiáng)度比降低的拐點(diǎn)。

4.2 高溫性能

10%、15%、18%三種針片狀含量的Sup-20型瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度測試結(jié)果如表5。

由上表可知，（1）針片狀含量的增加對(duì)瀝青混合料的高溫性能造成不利影響，隨針片狀含量的增加，瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度逐漸衰減。（2）與10%的針片狀含量相比，當(dāng)針片狀含量增加到15%時(shí)，瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度衰減23.65%;當(dāng)針片狀含量增加到18%，瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度衰減33.02%。（3）這是由于針片狀顆粒細(xì)長且薄，其強(qiáng)度較低，在碾壓成型和車轍試驗(yàn)過程中，針片狀顆粒會(huì)產(chǎn)生不同程度的破損，使級(jí)配細(xì)化，嵌擠能力降低;針片狀顆粒易以平躺狀在混合料中分布，該分布嵌擠效果較差，且集料易沿集料間接觸面滑動(dòng)，導(dǎo)致混合料抗車轍能力下降。

4.3 低溫性能

10%、15%、18%三種針片狀含量的Sup-20型瀝青混合料低溫彎曲試驗(yàn)測試結(jié)果如表6。

由上表可知，（1）隨針片狀含量的增加，瀝青混合料的低溫性能先提升后衰減，但總體來看，針片狀含量的增加對(duì)瀝青混合料的低溫性能不利。（2）與10%的針片狀含量相比，當(dāng)針片狀含量增加到15%時(shí)，瀝青混合料的破壞應(yīng)變出現(xiàn)小幅提升。這是由于針片狀含量為15%時(shí)，瀝青混合料的密度、飽和度較大，空隙率較小，材料在成型過程中形成整體性能較好，因此具有較好的低溫抗裂性能。（3）當(dāng)針片狀含量超過15%后，瀝青混合料的破壞應(yīng)變逐漸衰減，當(dāng)針片狀含量增加到18%時(shí)，瀝青混合料的破壞應(yīng)變衰減10.77%。

5 結(jié)論

通過對(duì)不同針片狀含量的集料制備的混合料的路用性能測試得出以下結(jié)論

（1）針片狀含量的增加對(duì)瀝青混合料的水穩(wěn)性能造成非常明顯的不利影響。針片狀含量越大，混合料的劈裂強(qiáng)度比、殘留穩(wěn)定度越小。（2）針片狀含量的增加對(duì)瀝青混合料的高溫性能造成不利影響，隨針片狀含量的增加，瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度逐漸衰減。與10%的針片狀含量相比，當(dāng)針片狀含量增加到18%，瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度幅度衰減超過30%。（3）隨針片狀含量的增加，瀝青混合料的低溫性能先提升后衰減，但總體來看，針片狀含量的增加對(duì)瀝青混合料的低溫性能不利。

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