細(xì)集料巖性對(duì)瀝青混合料抗水損能力影響研究

房萬(wàn)山

(黑龍江省高速公路建設(shè)局，黑龍江 哈爾濱 150036)

0 引 言

近年來(lái)瀝青路面在運(yùn)營(yíng)期間內(nèi)出現(xiàn)了更多的早期病害，對(duì)于一些早期病害如麻面、坑槽、網(wǎng)裂、松散等，學(xué)者們普遍認(rèn)為與水有著間接或者直接的關(guān)系，因而水是道路瀝青路面產(chǎn)生病害的主要形式之一，路面的水損害主要是水侵入瀝青與集料的臨界面使集料松散無(wú)法形成密實(shí)結(jié)構(gòu)，而作為集料重要組成之一的細(xì)集料，其巖性對(duì)瀝青混合料的水穩(wěn)性起到一定的影響作用。我國(guó)目前使用瀝青混合料多為以較好耐久性和路面平整度的密集配瀝青混合料(AC)與具有良好抗車(chē)轍性和耐久性的瀝青瑪蹄脂碎石混合料(SMA)兩種，本文選取AC-13與SMA-13瀝青混合料為研究對(duì)象，對(duì)比分析石屑、天然砂、石灰石機(jī)制砂、玄武巖機(jī)制砂等四種細(xì)集料對(duì)兩類(lèi)瀝青混合料水穩(wěn)定性的影響，進(jìn)而確定合適的細(xì)集料以減輕瀝青路面的水損害破壞程度，為實(shí)際工程提供相應(yīng)理論參考。

1 試驗(yàn)概況

1.1 瀝青性能

瀝青采用70#基質(zhì)瀝青，通過(guò)瀝青針入度試驗(yàn)、延度試驗(yàn)以及軟化點(diǎn)試驗(yàn)測(cè)得瀝青三大指標(biāo)見(jiàn)表1所示。

1.2 粗集料與礦粉

石灰?guī)r(技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2)為粗集料。礦粉為石灰?guī)r研磨粉。所用材料均能滿(mǎn)足規(guī)范的相關(guān)要求。

表1 70#基質(zhì)瀝青三大指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果

表2 粗集料技術(shù)指標(biāo)

1.2 細(xì)集料性質(zhì)

為了了解石屑、天然砂、機(jī)制砂等原材料的顆粒組成情況，對(duì)其進(jìn)行了篩分試驗(yàn)，主要篩孔篩分結(jié)果見(jiàn)表3所示。

表3 細(xì)集料主要篩孔篩分結(jié)果

(2)細(xì)集料密度按照試驗(yàn)規(guī)程T0330進(jìn)行試驗(yàn)，各檔細(xì)集料表觀密度按照規(guī)范T0328進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果分別列于表4和表5。

表4 細(xì)集料原料密度及吸水率

注：γa、γs、γb、wx分別表示細(xì)集料表觀相對(duì)密度、表干相對(duì)密度、毛體積相對(duì)密度、吸水率。

表5 各檔細(xì)集料表觀相對(duì)密度

1.3 瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)

瀝青混合料采用SMA-13與AC-13兩種類(lèi)型，所用級(jí)配見(jiàn)表6所示。

表6 瀝青混合料級(jí)配類(lèi)型

1.4 最佳油石比確定

采用馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)確定兩類(lèi)瀝青混合料的最佳油石比，SMA-13瀝青混合料與AC-13瀝青混合料最佳油石比分別為5.8%、4.3%。

1.5 試驗(yàn)方法

采用凍融劈裂試驗(yàn)評(píng)價(jià)瀝青混合料的水穩(wěn)性能，測(cè)定試驗(yàn)試件在受到水損害前后的劈裂破壞強(qiáng)度比值，以判斷混合料的抗水損能力。試驗(yàn)試件應(yīng)采用馬歇爾擊實(shí)法制成的直徑為101.mm±0.25、高63.5±1.3 mm的圓柱體試樣，雙面擊實(shí)各50次。將試件隨機(jī)分為兩組，第一組試件在常溫下保存?zhèn)溆?，第二組試件真空飽水放入恒溫冰箱保持16 h后放入60 ℃水槽中保溫24 h，最后將兩組試件浸入25 ℃的水箱中保溫2 h，到達(dá)規(guī)定時(shí)間后取出并進(jìn)行劈裂試驗(yàn)。

圖1 凍融劈裂試驗(yàn)

2 水穩(wěn)性能試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 4種SMA-13瀝青混合料水穩(wěn)定性試驗(yàn)

采用擊實(shí)試驗(yàn)成型方式依次制作石屑類(lèi)、天然砂類(lèi)、石灰?guī)r機(jī)制砂類(lèi)、玄武巖機(jī)制砂類(lèi)瀝青混合料試件，分別測(cè)出4種瀝青混合料試件的最大荷載(PT)、劈裂抗拉強(qiáng)度(RT)以及凍融劈裂試驗(yàn)強(qiáng)度比值(TSR)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 摻加4種細(xì)集料下的SMA-13凍融劈裂試驗(yàn)對(duì)比結(jié)果

由表7可知：凍融劈裂強(qiáng)度比越大，混合料水穩(wěn)性能越優(yōu)越。對(duì)比4種SMA-13瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比可以發(fā)現(xiàn)，其TSR值大小排列依次為：玄武巖機(jī)制砂類(lèi)瀝青混合料(91.7)>石灰?guī)r機(jī)制砂類(lèi)瀝青混合料(84.4)>天然砂類(lèi)瀝青混合料(78.7)>石屑類(lèi)瀝青混合料(72.5)。玄武巖機(jī)制砂類(lèi)、石灰?guī)r機(jī)制砂類(lèi)、天然砂類(lèi)等3種瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比均滿(mǎn)足水穩(wěn)定性檢驗(yàn)技術(shù)要求(TSR>75%)，且玄武巖機(jī)制砂類(lèi)瀝青混合料的凍融劈裂比最大，說(shuō)明其瀝青混合料的抗水損害能力最強(qiáng)，混合料水穩(wěn)定性最好。石屑類(lèi)瀝青混合料凍融劈裂強(qiáng)度比最小，且不滿(mǎn)足規(guī)范要求，推薦選用其它三種瀝青混合料。

2.2 4種AC-13瀝青混合料水穩(wěn)定性試驗(yàn)

分別成型摻加4種細(xì)集料的AC-13瀝青混合料試件，計(jì)算并對(duì)比4種瀝青混合料的TSR值，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表8。

表8 摻加4種細(xì)集料下的AC-13凍融劈裂試驗(yàn)對(duì)比結(jié)果

由表8可知：4種AC-13類(lèi)瀝青混合料的TSR值大小排列為石灰?guī)r機(jī)制砂類(lèi)瀝青混合料(75.8)>天然砂類(lèi)瀝青混合料(69.8)>石屑類(lèi)瀝青混合料(58.6)>玄武巖機(jī)制砂類(lèi)瀝青混合料(52.2)，相比于其它三種瀝青混合料，石灰?guī)r機(jī)制砂類(lèi)混合料擁有最大的TSR值且是玄武巖機(jī)制砂TSR值的1.45倍，兩種機(jī)制砂的差別較大，原因在于石灰石機(jī)制砂的特殊巖性性質(zhì)使AC-13密集配集料與基質(zhì)瀝青粘附性增強(qiáng)，從而使其瀝青混合料水穩(wěn)性能提高。石屑與玄武巖機(jī)制砂對(duì)密集配瀝青混合料水穩(wěn)定性改善效果較差，建議使用石灰?guī)r機(jī)制砂細(xì)集料制作AC類(lèi)密集配瀝青混合料。

3 結(jié) 論

本文主要選用石屑、天然砂、石灰?guī)r機(jī)制砂、玄武巖機(jī)制砂等4種不同巖性的細(xì)集料，研究瀝青混合料中細(xì)集料的巖性對(duì)瀝青路面水穩(wěn)性能的影響，通過(guò)凍融劈裂試驗(yàn)破壞強(qiáng)度比值為對(duì)照數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，其試驗(yàn)結(jié)果旨在為瀝青混合料基礎(chǔ)試驗(yàn)研究及實(shí)際工程提供理論指導(dǎo)和參考。得到結(jié)論如下：

(1)對(duì)比四種SMA-13瀝青混合料，使用玄武巖機(jī)制砂對(duì)瀝青混合料水穩(wěn)定性改善效果最好，瀝青混合料最大的凍融劈裂強(qiáng)度比可達(dá)到91.7%。

(2)相比于其它三種AC-13瀝青混合料，摻加石灰?guī)r機(jī)制砂的瀝青混合料具有最高的TSR值，瀝青混合料的抗水損害能力最強(qiáng)，其凍融劈裂強(qiáng)度比可達(dá)到75.8%。

(3)四種細(xì)集料的巖性對(duì)瀝青混合料水穩(wěn)性能的影響與混合料級(jí)配類(lèi)型密切相關(guān)，選擇集料時(shí)要注意與混合料級(jí)配相匹配。