花崗巖的瀝青混合料路用性能研究

楊茂軍

摘要：為了研究花崗巖瀝青混合料的水穩(wěn)定性能，文章采用粗、細(xì)花崗巖集料進(jìn)行了混合料配合比設(shè)計(jì)，以添加4‰抗剝落劑、4%抗剝落劑與2%水泥綜合使用兩種方式改善花崗巖粘附性，并采用浸水馬歇爾試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)、浸水漢堡車轍試驗(yàn)對(duì)花崗巖瀝青混合料水穩(wěn)定性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。試驗(yàn)結(jié)果表明：對(duì)于粗細(xì)集料均采用花崗巖時(shí)僅通過(guò)添加抗剝落劑難以滿足混合料的水穩(wěn)定性要求;在此基礎(chǔ)上采用2%水泥替代礦粉后凍融劈裂殘留強(qiáng)度比提升32.3%，顯著提高水穩(wěn)定性，且花崗巖瀝青混合料的高溫車轍變形降低14.8%，有效地改善了其高溫穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：道路工程;瀝青混合料;水穩(wěn)定性;花崗巖;抗剝落劑

中圖分類號(hào)：U416.217 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.08.015

文章編號(hào)：1673-4874（2019）08-0053-03

0引言

花崗巖用于瀝青路面建設(shè)面臨的首要問(wèn)題是水穩(wěn)定性較差。水損害是瀝青路面早期病害最主要的類型之一，也是道路建設(shè)者們普遍關(guān)注的焦點(diǎn)。為提高花崗巖與瀝青的粘附性，行業(yè)學(xué)者通常采用添加抗剝落劑或者采用水泥、消石灰替代部分礦粉的方式。譚繼宗通過(guò)采用石灰?guī)r粗集料+石灰?guī)r細(xì)集料、花崗巖粗集料+石灰?guī)r細(xì)集料兩種礦料組合方式，驗(yàn)證了添加抗剝落劑后花崗巖瀝青混合料可達(dá)到石灰?guī)r瀝青混合料的路用性能指標(biāo)。彭余華等對(duì)粗、細(xì)集料均采用花崗巖時(shí)的瀝青混合料性能進(jìn)行了研究，驗(yàn)證了采用0.2%水泥替代礦粉同時(shí)添加0.4%（瀝青質(zhì)量比）抗剝落劑的措施，可顯著提高花崗巖瀝青混合料的水穩(wěn)定性能及高溫抗變形能力。但此方法只是對(duì)比了添加抗剝落劑與不添加抗剝落劑時(shí)的花崗巖瀝青混合料性能，并未突出水泥替代礦粉的作用。鄭曉光等驗(yàn)證了采用水泥替代礦粉可顯著提高瀝青混合料的水穩(wěn)定性和高溫穩(wěn)定性。艾長(zhǎng)發(fā)等針對(duì)粗、細(xì)集料均采用花崗巖時(shí)，采用添加抗剝落劑、添加消石灰等不同方案的試驗(yàn)對(duì)比，驗(yàn)證了抗剝落劑、消石灰可明顯提高花崗巖瀝青混合料的水穩(wěn)定性的設(shè)想。并與粗集料為花崗巖、細(xì)集料為石灰?guī)r的組合方式進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明采用石灰?guī)r細(xì)集料更有利于改善花崗巖瀝青混合料的水穩(wěn)定性。

國(guó)內(nèi)雖然針對(duì)花崗巖瀝青混合料水穩(wěn)定性有較多研究，但主要是采用花崗巖粗集料和石灰?guī)r細(xì)集料，而粗、細(xì)集料均采用花崗巖的瀝青混合料路用性能研究則較少。本文以AC-20花崗巖瀝青混合料為例，粗、細(xì)集料均采用花崗巖，采用添加抗剝落劑、抗剝落劑+水泥兩種方式進(jìn)行瀝青混合料的水穩(wěn)定性驗(yàn)證，并采用漢堡車轍試驗(yàn)?zāi)M路面在水一溫耦合作用下的動(dòng)水壓力循環(huán)作用狀態(tài)，評(píng)價(jià)不同改善措施對(duì)花崗巖瀝青混合料水穩(wěn)定性能及高溫穩(wěn)定性能的改善作用。

1礦料級(jí)配設(shè)計(jì)

AC-20花崗巖瀝青混合料粗集料為花崗巖碎石，細(xì)集料為花崗巖石屑，填料為石灰?guī)r礦粉，瀝青采用SBS（1-D）改性瀝青。改性瀝青技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

花崗巖瀝青混合料礦料級(jí)配組成如表2所示，其中礦粉摻量為4%。礦料級(jí)配曲線如圖1所示。

花崗巖屬于酸性集料，與瀝青粘附性較差，而且瀝青路面在雨水、荷載反復(fù)作用下會(huì)因?yàn)榧吓c瀝青的粘結(jié)力不足而引起集料的脫落、掉粒，并在交通荷載作用下不斷加劇損壞而形成路面坑槽，嚴(yán)重影響路面的使用性能和使用壽命。大量的試驗(yàn)研究表明，花崗巖瀝青混合料存在水穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)，因此本試驗(yàn)采用添加4%的抗剝落劑以提升花崗巖瀝青混合料的水穩(wěn)定性。

為了確定最佳油石比，采用5個(gè)不同的油石比4.0%、4.5%、5。0%、5.5%和6.0%進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)空隙率4.5%及花崗巖瀝青混合料的體積指標(biāo)綜合確定目標(biāo)空隙率為4.6%。最佳油石比下混合料的體積指標(biāo)如表4所示。

由試驗(yàn)結(jié)果可知各項(xiàng)體積指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。

2路用性能

2.1水穩(wěn)定性能

本試驗(yàn)采用浸水馬歇爾殘留強(qiáng)度比和凍融劈裂殘留強(qiáng)度比對(duì)花崗巖瀝青混合料水穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)，采用兩種方案進(jìn)行對(duì)比。方案1：添加4%的抗剝落劑;方案2：添加4%0的抗剝落劑+2%水泥替代礦粉。試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

由試驗(yàn)結(jié)果可以看出，方案1殘留穩(wěn)定度指標(biāo)剛達(dá)到規(guī)范85%的要求，凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比規(guī)范要求的80%低很多;而方案2殘留穩(wěn)定度指標(biāo)則達(dá)到90。3%，比方案1提高了6%，凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比得到大幅提升，比方案1提高了32.3%。這表明粗、細(xì)集料均采用花崗巖集料時(shí)，僅通過(guò)添加抗剝落劑改善其水穩(wěn)定性并不能發(fā)揮較好的效果，可結(jié)合抗剝落劑再添加水泥進(jìn)一步改善花崗巖瀝青混合料的水穩(wěn)定性。

2.2高溫穩(wěn)定性能

為了研究實(shí)際路面在水一溫度一荷載耦合作用下的使用狀況，采用漢堡車轍試驗(yàn)?zāi)M路面的環(huán)境狀態(tài)，研究在動(dòng)水壓力下花崗巖瀝青混合料的變形特性。試驗(yàn)采用兩種方案，如表6所示，均在50℃水浴恒溫條件下進(jìn)行漢堡車轍試驗(yàn)，兩種方案下花崗巖瀝青混合料的變形特性如圖2所示。

由圖2可以看到，在加載初期，混合料的變形較快，主要發(fā)生壓密變形，隨著加載次數(shù)的增加，試件壓密到一定程度后將不再發(fā)生壓密變形，而會(huì)由于高溫下混合料的粘塑性使混合料發(fā)生蠕變變形。在蠕變階段，混合料的變形量以穩(wěn)定的速率增長(zhǎng)，變形速率越大，高溫性能越差。當(dāng)蠕變量達(dá)到一定程度時(shí)混合料會(huì)出現(xiàn)剪切變形，即剝落拐點(diǎn)，隨著加載次數(shù)的繼續(xù)增加，混合料開始出現(xiàn)剪切變形，直至混合料的剪切破壞。從圖2可以看到，在添加抗剝落劑基礎(chǔ)上再用2%水泥替代礦粉后，車轍變形明顯減小。

為了得到兩種方案下混合料在蠕變階段的蠕變速率，對(duì)四個(gè)試件的蠕變階段進(jìn)行了線性擬合，相關(guān)系數(shù)均達(dá)到0.99。兩種方案下的變形深度和蠕變速率如表7所示。

從表7可以看出，方案1的車轍變形和蠕變速率明顯大于方案2，填料采用水泥時(shí)車轍變形降低14.8%，表明采用水泥替代礦粉時(shí)可以提高花崗巖瀝青混合料的高溫抗變形能力。這主要是因?yàn)樗嗥珘A性，與SBS改性瀝青具有更好的粘附性，且比表面積比礦粉更大，能夠形成更多的結(jié)構(gòu)瀝青，提高瀝青膠漿與花崗巖集料的粘結(jié)性能。因此水泥在一定程度上可以改善花崗巖瀝青混合料的高溫抗變形能力。

3結(jié)語(yǔ)

（1）當(dāng)粗、細(xì)集料均采用花崗巖集料鋪筑瀝青路面時(shí)，僅采用抗剝落劑措施難以完全滿足混合料的水穩(wěn)定性要求，應(yīng)結(jié)合其他措施顯著提高花崗巖瀝青混合料的水穩(wěn)定性能，如添加水泥。

（2）采用2%水泥替代2%礦粉后，凍融劈裂殘留強(qiáng)度比提升32.3%，對(duì)花崗巖瀝青混合料水穩(wěn)定性能有顯著改善作用，但不宜過(guò)多使用，易增加路面的脆性，存在開裂風(fēng)險(xiǎn)。

（3）水泥替代礦粉不僅可以顯著改善花崗巖瀝青混合料的水穩(wěn)定性，還能有效提高高溫穩(wěn)定性能，降低高溫車轍風(fēng)險(xiǎn)。