趙士中

（河北省高速公路石安管理處，河北 石家莊 050031）

0 引言

國內(nèi)外大量研究表明，瀝青混合料級配組成是瀝青路面早期病害的關(guān)鍵影響因素之一。如果級配偏粗（粗集料偏多），很容易使混合料發(fā)生離析，導(dǎo)致局部空隙率過大，在水和交通荷載的共同作用下，瀝青路面極易出現(xiàn)混合料松散和坑槽等病害；如果級配偏細(xì)（細(xì)集料偏多）則會(huì)使混合料高溫性能減弱，瀝青路面容易發(fā)生車轍、擁包和泛油等病害。在礦料級配中，粗集料的作用是形成骨架結(jié)構(gòu)，細(xì)集料的作用是填充粗集料形成的空隙使整個(gè)礦料級配擁有較大的密實(shí)度。但是細(xì)集料除了填充作用外，還具有對粗集料骨架的干涉作用，因而細(xì)集料的含量對瀝青混合料的性能至關(guān)重要。

1 集料級配的選擇

本文所做試驗(yàn)粗集料為5～10mm輝綠巖和10～15mm輝綠巖，細(xì)集料選用0～3mm石灰?guī)r機(jī)制砂，礦粉選用石灰?guī)r磨細(xì)礦粉。集料各項(xiàng)技術(shù)性能按照《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E42—2005）進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表1和表2。瀝青選用SBS改性瀝青，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTJ 052—2000）進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表1 粗集料的技術(shù)指標(biāo)

表2 細(xì)集料的技術(shù)指標(biāo)

表3 SBS改性瀝青的技術(shù)指標(biāo)

2 試驗(yàn)與結(jié)果分析

2.1 級配配比與試驗(yàn)方案

集料級配按照AC—10級配要求進(jìn)行配比，以2.36mm和1.18mm粒徑的集料通過率為控制指標(biāo)，選定AC—1至AC—8這8種級配，級配配比見表4，級配曲線見圖1和圖2。然后分別采用表干法和水中重法測試瀝青混合料試件的空隙率，并進(jìn)一步計(jì)算混合料的VMA和VFA值；采用車轍試驗(yàn)測得動(dòng)穩(wěn)定度來評測細(xì)集料對瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的影響程度；采用瀝青混合料劈裂試驗(yàn)測得瀝青混合料的劈裂強(qiáng)度。

表4 級配方案表

表4 （續(xù)）

圖1 AC—1至AC—4級配曲線

圖2 AC—5至AC—8級配曲線

2.2 細(xì)集料對瀝青混合料體積特性的影響

對2.1中各試驗(yàn)級配進(jìn)行馬歇爾擊實(shí)試驗(yàn)，為減少試驗(yàn)次數(shù)，油石比取固定值。試驗(yàn)擊實(shí)溫度為160℃，雙面各擊實(shí)75次，用真空法測得理論密度，用水中重法測得試件密度，進(jìn)而計(jì)算得出孔隙率（VV）、礦料間隙率（VMA）以及瀝青飽和度（VFA）。試驗(yàn)結(jié)果見表5，不同級配孔隙率對比見圖3。

表5 混合料擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果

表5 （續(xù)）

圖3 不同級配類型孔隙率對比

通過表5和圖3可以清楚地看出：增加2.36mm粒徑細(xì)集料孔隙率會(huì)明顯增大，相對2.36mm粒徑而言，1.18mm粒徑細(xì)集料對孔隙率的影響明顯小很多。試驗(yàn)結(jié)果表明：2.36mm粒徑的細(xì)集料對混合料的體積特性影響較大。

2.3 細(xì)集料對瀝青混合料高溫性能的影響

本文采用我國工程實(shí)踐中普遍使用的車轍試驗(yàn)來評價(jià)分析2.36mm顆粒和1.18mm顆粒對瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的影響程度。瀝青混合料車轍試驗(yàn)是在一定溫度條件下，板狀試件在受一定荷載的試驗(yàn)輪的反復(fù)碾壓下，每產(chǎn)生1mm變形試驗(yàn)輪所需行走次數(shù)，并將之稱為動(dòng)穩(wěn)定度（DS）。

式中：DS為瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度（次/mm）；d45為第45min末的變形量（mm）；d60為第60min末試變形量（mm）；N為試驗(yàn)輪行走速度（次/min）；C1為試驗(yàn)機(jī)型修正系數(shù)，曲柄連桿驅(qū)動(dòng)為1.0，鏈驅(qū)動(dòng)試驗(yàn)輪為1.5；C2為試件系數(shù)，室內(nèi)300mm寬試件為1.0，路面切割150mm寬試件為1.5。

按照固定油石比成型各配合比的車轍試件，根據(jù)《瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTJ 052—2000）進(jìn)行車轍試驗(yàn)，試驗(yàn)溫度為60℃，試驗(yàn)結(jié)果匯總于表6，各級配的動(dòng)穩(wěn)定度對比見圖4。

表6 車轍試驗(yàn)結(jié)果

圖4 各級配的動(dòng)穩(wěn)定度對比

通過圖 4 可以看出 A2＞A1＞A3＞A4，A6＞A7＞A5＞A8，這說明隨著細(xì)集料通過率的變化動(dòng)穩(wěn)定度的變化會(huì)出現(xiàn)一個(gè)峰值，繼而會(huì)連續(xù)變化。相對比而言，粒徑為1.18mm的細(xì)集料對動(dòng)穩(wěn)定度影響大一些，波動(dòng)明顯。

2.4 細(xì)集料對瀝青混合料低溫性能的影響

由于瀝青混合料低溫彎曲試驗(yàn)具有操作簡單、對儀器要求不高的特點(diǎn)，我國《公路工程瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》將其作為評定各級配瀝青混合料低溫抗裂性能的試驗(yàn)。試驗(yàn)按照固定油石比成型各配合比的車轍試件，并將其切割成長為(250±2)mm、寬為(30±0.5)mm、高為(35±2.0)mm 的棱柱體試件，晾干后空氣浴保溫6h。然后可進(jìn)行小梁彎曲試驗(yàn)，試驗(yàn)溫度分別為0℃和-20℃，試驗(yàn)儀器采用萬能材料試驗(yàn)機(jī)，加載速率為50mm/min，測得各級配的彎拉強(qiáng)度見表7，彎拉強(qiáng)度對比見圖5。

從圖5可以清楚地看出：當(dāng)溫度降低時(shí)混合料的彎拉強(qiáng)度明顯降低；隨著粒徑為2.36mm的細(xì)集料通過率的變化，混合料彎拉強(qiáng)度有所變化，但不是十分明顯；隨著粒徑為1.18mm的細(xì)集料通過率的降低，混合料彎拉強(qiáng)度也有降低的趨勢，但在-20℃下變化趨于平緩，說明細(xì)集料較多時(shí)混合料具有更好的低溫性能。

表7 各級配的彎拉強(qiáng)度

圖5 彎拉強(qiáng)度對比

3 結(jié)論

本文針對AC—10瀝青混合料，在基于其骨架形成的基礎(chǔ)上，以2.36mm和1.18mm粒徑的集料通過率為主要控制指標(biāo)設(shè)計(jì)了8種不同級配，分析了兩種粒徑的細(xì)集料對瀝青混合料的體積性能、高溫穩(wěn)定性和低溫穩(wěn)定性的影響情況，得出以下結(jié)論：

（1）混合料的體積特性受2.36mm粒徑集料的影響較大，而且通過率越大，孔隙率越大；

（2）混合料的高溫穩(wěn)定性會(huì)隨著細(xì)集料的變化出現(xiàn)一個(gè)峰值，粒徑為1.18mm的細(xì)集料對高溫穩(wěn)定性影響明顯；

（3）溫度降低時(shí)低溫穩(wěn)定性會(huì)明顯下降，細(xì)集料較多時(shí)混合料具有更好的低溫性能，而且1.18mm粒徑的細(xì)集料在低溫下對混合料低溫性能有所改善。

[1]JTG E20—2011，公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程[S].

[2]JTJ 058—2000，公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程[S].

[3]許志鴻，劉紅，王宇輝，等.細(xì)集料對瀝青混合料性能的影響[D].上海：同濟(jì)大學(xué)，2001.

[4]申愛琴，蔣慶華.瀝青混合料低溫抗裂性能評價(jià)及影響因素[J].長安大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，24（5）：1-6.