針片狀含量對瀝青混合料性能的影響與控制分析

馬 娟

（江蘇省交通工程集團(tuán)有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212100）

針片狀是指集料中細(xì)長的針狀顆粒與扁平的片狀顆粒，當(dāng)顆粒形狀的諸方向中的最小厚度（或直徑）與最大長度（或?qū)挾龋┑某叽缰刃∮谝?guī)定比例時，屬于針片狀顆粒[1]。針片狀顆粒是一種有害顆粒，由于它過于細(xì)長或扁平，無形中增大了集料的空隙，使集料的堆積密度減小，混合料中如有較多針片狀的存在，會大大削弱集料間的嵌擠作用，導(dǎo)致細(xì)小顆粒無法填充孔隙，在壓實過程中，針片狀顆粒易折斷，形成較多孔隙，使混合料出現(xiàn)碾壓不密實，滲水不合格的現(xiàn)象，降低路面質(zhì)量和耐久性，如果通過加大瀝青用量改善路面滲水情況，不僅增加了成本，還影響路面的耐久性。

現(xiàn)以126 省道南京段改擴(kuò)建工程為背景，選取AC-25C 瀝青混合料進(jìn)行研究，礦粉選安徽產(chǎn)的石灰?guī)r礦粉、瀝青為中國石化“東海牌”70#A 級道路石油瀝青、集料為安徽宣城產(chǎn)的石灰?guī)r，其中各粒級分別為 1#料（16.0-31.5mm）、2#料（9.5-16.0mm）、3#料（9.5-4.75mm）、4#料（2.36-4.75mm）、5#料（0-2.36mm）。

通過試驗采用4.0%的油石比，1#料：2#料：3#料：4#料：5#料：礦粉=27.0:23.0:16.0:8.0:25.0:1.0 的摻配比例進(jìn)行摻配，石灰?guī)r混合料針片狀含量分別選用15%、18%、20%三種，相關(guān)試驗檢測結(jié)果見表一、表二。

表一 針片狀含量對集料及瀝青混合料物理性指標(biāo)的影響

表二 針片狀含量對瀝青混合料穩(wěn)定性指標(biāo)的影響

1 針片狀含量對各項試驗指標(biāo)的影響

根據(jù)試驗結(jié)果可以看出，隨著針片狀含量的增加，集料抵抗壓碎的能力逐漸減弱，壓碎值逐漸增加，而瀝青混合料馬歇爾試件毛體積相對密度先增大后減小，說明混合料在壓實過程中，有針片狀顆粒被壓碎，填充了部分空隙，導(dǎo)致試件毛體積密度有所增加，但隨著針片狀含量繼續(xù)增加，集料間的針狀、扁平狀顆粒越來越多，集料間的間隙越來越大，于是試件毛體積密度開始減小[2]。

礦料間隙率指礦料外的體積占瀝青混合料試件總體積百分率，飽和度指瀝青膠結(jié)料的體積占瀝青混合料的礦料間隙率的百分比，反映的是瀝青混合料的密實程度。根據(jù)表三可以看出，隨著針片狀含量的增加，混合料空隙率逐漸增大，礦料間隙率先減小后增大，飽和度先增大后減小，這可能是因為在壓實的過程中，隨著針片狀含量不斷增加，雖然破碎的針片狀小顆粒填充了集料間的大空隙，集料間的間隙減小，但針片狀含量增加到一定數(shù)量后，集料開始出現(xiàn)堆積現(xiàn)象，其相互搭接作用又增大了集料間堆積的間隙，這說明了當(dāng)壓實功相同時，針片狀含量越大，混合料壓實越困難。

穩(wěn)定度指在規(guī)定條件下測定的瀝青混合料所能承受的最大荷載，流值指瀝青混合料在規(guī)定條件下相應(yīng)于最大荷載時試件的豎向變形，從表四中可以看出，隨著針片狀含量的增加，瀝青混合料能夠承受的最大荷載逐漸減小，豎向變形卻逐漸增大，說明瀝青混合料的穩(wěn)定性隨針片狀含量的增加越來越差。

動穩(wěn)定度指按規(guī)定條件試驗時，混合料試件變形進(jìn)入穩(wěn)定期后，每產(chǎn)生1mm 輪轍變形試驗輪所行走的次數(shù)，反映的是瀝青混合料高溫抗車轍能力，從表四中可以看出，隨著針片狀含量的增加，瀝青混合料抵抗高溫車轍的能力逐漸減小，在高溫中逐漸失去穩(wěn)定。

劈裂強(qiáng)度比指在規(guī)定條件下對瀝青混合料進(jìn)行凍融循環(huán)，測定混合料試件在受到水損害前后劈裂破壞的強(qiáng)度比，用來評價瀝青混合料的水穩(wěn)定性。從表四中可以看出，隨著針片狀含量的增加，劈裂強(qiáng)度比逐漸減小，瀝青混合料抵抗水損害的能力逐漸減小。

2 針片狀產(chǎn)生的原因

2.1石料質(zhì)量

巖石的物理、力學(xué)性能直接影響巖體的工程性質(zhì)，而巖石的物理、力學(xué)性能很大程度上決定于巖石的礦物組成、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造，導(dǎo)致巖石在破碎加工過程中針片狀含量偏多，造成這個問題的主要原因，是因為對巖石物理、力學(xué)性能檢測不全面或是未檢測，選擇了質(zhì)量差的石礦，想要解決該問題，就需要加強(qiáng)對采石場石料的管控，施工前應(yīng)對采石場進(jìn)行考察，確定巖石的物理、力學(xué)性能滿足規(guī)范要求和施工需求，破碎后的集料堅硬、粗糙、無風(fēng)化、無雜質(zhì)，近似立方體[3]。

2.2破碎工藝

沒有選擇合適的破碎工藝，或僅采用單一的破碎工藝，是導(dǎo)致礦料在加工過程中針片狀含量偏大的主要原因。有的采石場為節(jié)約成本、提高產(chǎn)量，使用了層壓破碎設(shè)備，他們的代表機(jī)型就是顎式破碎機(jī)和圓錐式破碎機(jī)，顎式破碎機(jī)是將礦料放在兩顎板間進(jìn)行擠壓、劈裂、沖擊作用而實現(xiàn)礦料破碎。圓錐式破碎機(jī)是通過皮帶輪或聯(lián)軸器、傳動軸和圓錐部在偏心套的迫動下繞一固定軸作旋擺運動，從而使礦料在破碎腔內(nèi)不斷受到?jīng)_擊、擠壓和彎曲作用而實現(xiàn)礦料的破碎。這兩種破碎設(shè)備雖然產(chǎn)量高、工藝簡單、成本低，但都是通過機(jī)械實現(xiàn)對礦料的擠壓，進(jìn)而自行劈裂，極易造成針狀、扁平狀顆粒的出現(xiàn)，所以應(yīng)該避免單一使用。

3 減少針片狀含量的措施

3.1 破碎工藝的確定。目前我國的在碎石加工的過程中，破碎工藝根據(jù)加工方式的不同主要分為三種類型，分別是二級破碎、三級破碎和四級破碎。三種類型的破碎工藝的流程都存在一定程度的不同，但是最后都是對破碎碎石進(jìn)行篩分，具體使用哪種類型的破碎工藝，這需要根據(jù)施工的具體情況確定，所遵循的標(biāo)準(zhǔn)是在保證碎石滿足施工需求的前提下，盡可能的減少碎石生產(chǎn)的成本[4]。常見的碎石加工工藝流程圖如圖一所示。

圖一 常見的碎石加工工藝流程

3.2 破碎機(jī)類型的確定。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，我國目前的礦料破碎機(jī)具有非常多的類型，在公路施工過程中，常用的有顎式、圓錐式、反擊破等，每種類型都具有其最佳的使用范圍，石料加工一般工藝流程存在二級到四級破碎的方式，其中四級破碎最為復(fù)雜，先經(jīng)歷顎式破碎，然后進(jìn)行反擊式、錘式或圓錐式破碎，其次是反擊式或錘式破碎，最后進(jìn)行沖擊式破碎和篩分。二級和三級破碎可在四級的基礎(chǔ)上刪減一到兩個破碎工藝。根據(jù)本公路工程施工對礦料質(zhì)量的需求和施工現(xiàn)場的情況，中下面層的碎石加工工藝采用三級破碎，石料破碎的方式和特點如表三所示。除此之外，為了減少碎石過程中對于環(huán)境造成的污染，需要盡可能的減少碎石時所產(chǎn)生的粉塵，因此需要在碎石機(jī)上加裝除塵設(shè)備，如若條件滿足且有需要，還要對成品進(jìn)行水洗，以達(dá)到提高除塵的效果。

表三 破碎組合方式和特點

3.3 篩子類型的確定。在公路施工過程中，常用的有振動篩、拖篩和滾筒篩等，三種類型的篩分效果可以達(dá)到施工要求，因為該公路項目的現(xiàn)場條件原因，本次施工采用的類型為振動篩。在選定篩子類型后，根據(jù)所需要的產(chǎn)量，合理的調(diào)控篩子的轉(zhuǎn)速和傾角，保證篩分達(dá)到最佳的效果[5]。

3.4 振動篩參數(shù)的確定。在設(shè)置振動篩參數(shù)的時候，考慮到碎石的特性，篩網(wǎng)的孔徑通常比最大粒徑大0.5～3mm，具體的參數(shù)，還需要根據(jù)實際的情況進(jìn)行調(diào)整，保證集料的質(zhì)量。

4 結(jié)束語

根據(jù)上述可知，針片狀含量對集料和瀝青混合料是百害而無一利的，由于針片狀顆粒的增加，導(dǎo)致混合料無法碾壓密實，路面滲水嚴(yán)重，承載能力降低，豎向變形增大，并對高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性都造成不小的影響，另外，針片狀顆粒在外力作用下極易發(fā)生斷裂，由于斷面上沒有瀝青裹覆，因此，路面的整體性以及力學(xué)性能變差，容易出現(xiàn)網(wǎng)裂、坑槽等水損害，所以控制好集料中針片狀含量尤為重要，可以提高瀝青路面質(zhì)量和耐久性。