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(1.長沙理工大學(xué) 交通運(yùn)輸工程學(xué)院,湖南 長沙 410004; 2.海南省路橋投資建設(shè)有限公司，海南 ?？?570110)

0 引言

瀝青面層是由石料與瀝青拌合、攤鋪、碾壓形成供車輛行駛的結(jié)構(gòu)層，其中路面用石料占據(jù)主要地位。隨著公路事業(yè)的快速發(fā)展，我國公路用集料需求量迅速增大，瀝青面層常用的玄武巖、石灰?guī)r等堿性或中性石料資源緊張，部分地區(qū)石料已出現(xiàn)供不應(yīng)求現(xiàn)象，不得不通過遠(yuǎn)距離運(yùn)輸提供公路用石料，從而增加了造價(jià)，阻礙了公路事業(yè)的發(fā)展?；◢弾r石料在我國分布廣泛，資源儲量較大，為了降低造價(jià)，充分考慮因地制宜的條件，花崗巖集料逐漸成為不二選擇。

瀝青路面的水損害現(xiàn)象是公路早期病害的一種主要現(xiàn)象，沙慶林[1]指出其與瀝青路面的排水不暢、瀝青混合料空隙率過大、壓實(shí)度不足等有重要的相關(guān)性。但是為了保證混合料的水穩(wěn)定性，瀝青與集料的粘附性滿足要求是首要條件。通常堿性石料能夠很好地裹覆瀝青，但是沒有良好的抗磨性?；◢弾r等酸性巖石堅(jiān)硬耐磨，相互之間能發(fā)揮骨架作用，并且花崗巖的抗磨光能力強(qiáng)，其混合料抗滑能力強(qiáng)且能夠長期使用，但其粘附性問題成為制約發(fā)展的關(guān)鍵性因素。目前為止，國外常通過添加消石灰提高混合料性能，但是由于消石灰細(xì)度較高，不利于混合料的拌合，對油石比會產(chǎn)生影響[2]。研究顯示瀝青混合料使用花崗巖粗集料，細(xì)集料部分或全部利用石灰?guī)r或者玄武巖細(xì)集料制備的瀝青混合料各路用性能符合規(guī)范設(shè)計(jì)要求[3]。國內(nèi)有研究表明僅僅通過添加單一液體抗剝落劑，由于抗剝落劑性能的穩(wěn)定性不足，集料粘附性與瀝青混合料水穩(wěn)定性仍不能滿足要求。因此，本文通過幾種方案不同組合研究花崗巖碎石的粘附性，通過瀝青混合料的殘留馬歇爾穩(wěn)定度與殘留凍融劈裂強(qiáng)度分析其改善方案的綜合使用效果。

1 原材料試驗(yàn)

由表1～表5可知，本文采用的原材料各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足規(guī)范的技術(shù)要求，其中相比于礦粉而言，水泥具有較好的細(xì)度。

表1 南辰石場石料技術(shù)指標(biāo)粒級/mm表觀相對密度毛體積相對密度吸水率/%磨耗值/%壓碎值/%粒級/mm表觀相對密度毛體積相對密度吸水率/%磨耗值/%壓碎值/% 16～13．2 2．7042．6530．7113．2～9．5 2．6912．6470．70 9．5～4．75 2．6882．6490．8918．916．84．75～2．36 2．7202．6480．982．36～1．18 2．6822．6430．821．18～0．6 2．6912．6380．73 0．6～0．3 2．6862．6380．66 0．3～0．15 2．6862．6480．5818．916．80．15～0．0752．7002．6610．57篩底2．7212．721/

表2 泰普克70#基質(zhì)瀝青技術(shù)指標(biāo)針入度(25℃，100g，5s)/mm針入度指數(shù)PI延度(15℃，5cm/min)/cm當(dāng)量脆點(diǎn)T1，2軟化點(diǎn)/℃當(dāng)量軟化點(diǎn)T800動力粘度(60℃)/(Pa·s)RTFOT后殘留物質(zhì)量變化/%針入度比(25℃)/%延度(10℃)/cm66-1．0>130-11．84647．4205-0．17129(60～80)(-1．5～+1．0)(≥100)(≥45)(≥160)(≤±0．8)(≥61)(≥6) 注：括號內(nèi)值為技術(shù)要求。

表3 SBS改性瀝青技術(shù)指標(biāo)針入度(25℃，100g，5s)/mm針入度指數(shù)PI延度(5℃，5cm/min)/cm軟化點(diǎn)/℃密度(15℃)/(g·cm-3)彈性恢復(fù)(25℃)/%RTFOT后殘留物質(zhì)量變化/%針入度比(25℃)/%延度(5℃)/cm510．5820．6811．030860．617016．3(40～60)(≥0)(≥20)(≥60)(實(shí)測)(≥75)(≤±1．0)(≥65)(≥15) 注：括號內(nèi)值為技術(shù)要求。

表4 礦粉技術(shù)指標(biāo)類別表觀相對密度/(g·cm-3)粒度范圍/%<0．6mm<0．15mm<0．075mm親水系數(shù)外觀技術(shù)要求≥2．50100．090～10075～100<1無團(tuán)粒結(jié)塊檢驗(yàn)數(shù)據(jù)2．731100．097．989．40．54無團(tuán)粒結(jié)塊

表5水泥技術(shù)指標(biāo)類別表觀相對密度/(g·cm-3)粒度范圍/%<0．6mm<0．15mm<0．075mm外觀技術(shù)要求/100．090～10075～100無團(tuán)粒結(jié)塊檢驗(yàn)數(shù)據(jù)3．009100．0100．098．6無團(tuán)粒結(jié)塊

2 石料的粘附性試驗(yàn)方案

本文根據(jù)國內(nèi)外對粘附性的研究，考慮施工便宜、可操作以及與真實(shí)關(guān)聯(lián)性，采用水浸法對南辰石場花崗巖石料進(jìn)行粘附性試驗(yàn)研究，擬定的試驗(yàn)方案見表6所示。

表6 粘附性試驗(yàn)方案方案內(nèi)容方案1基質(zhì)瀝青方案2SBS方案3SBS+1%礦粉+2%水泥方案4SBS+XT2方案5SBS+XT2+2%水泥方案6SBS+XT2+3%水泥

表7 粘附性試驗(yàn)結(jié)果浸水時(shí)間/h方案1方案2方案3方案4方案5方案6剝落面積/%粘附等級剝落面積/%粘附等級剝落面積/%粘附等級剝落面積/%粘附等級剝落面積/%粘附等級剝落面積/%粘附等級0．520三級6四級1五級3四級1五級0五級130三級6四級1五級3四級1五級0五級1．540二級8四級1五級4四級1五級0五級255二級8四級1五級5四級1五級0五級

由表7與圖3可知隨著浸水時(shí)間的延長，集料的粘附性等級有所降低，其中基質(zhì)瀝青受浸水時(shí)間影響較為明顯，這是由基質(zhì)瀝青性能較差，瀝青軟化點(diǎn)較低，瀝青處于流動狀態(tài)。由表7可知，方案3與方案5雖均可達(dá)到5級技術(shù)要求，但表面仍有露骨現(xiàn)象，不利于混合料的水穩(wěn)定性。由圖2知，方案6改善性能較好，瀝青能夠成功裹覆顆粒表面，形成較厚瀝青膜。因此方案6為最佳方案。

圖1 基質(zhì)瀝青改善方案

圖2 SBS+XT-2+3%水泥改善方案

圖3 集料粘附等級與浸水時(shí)間關(guān)系圖

3 瀝青混合料設(shè)計(jì)與性能研究

3.1 瀝青混合料級配設(shè)計(jì)

表8 AC13混合料級配設(shè)計(jì)類別不同粒徑(mm)的通過率/%1613 29 54 752 361 180 60 30 150 075設(shè)計(jì)級配10097 673 847 332 824 716 711 59 36 1上限100100856850382820158下限100906838241510754中值1009576 5533726 51913 5106

3.2 馬歇爾指標(biāo)研究

表9 馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果方案類型油石比/%相對密度毛體積理論空隙率VV/%礦料間隙率VMA/%飽和度VFA/%方案35 02 3802 4984 714 768 0方案55 02 3852 4994 614 668 5方案65 02 3902 5014 414 469 4(4～6)(≥14)(65～75) 注：括號內(nèi)為技術(shù)要求值。

由表9可知，在該級配下各方案的體積指標(biāo)均滿足要求。

3.3 水穩(wěn)定性性能研究

表10 瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度方案類型浸水0 5h浸水48h穩(wěn)定度/kN流值/(0 1mm)穩(wěn)定度/kN流值/(0 1mm)殘留穩(wěn)定度/%方案310 6033 468 8134 3183 1方案512 0435 6210 3134 6285 6方案612 3234 6411 0936 3490 0(≥8)(15～40)//(≥85) 注：括號內(nèi)值為技術(shù)要求。

表11 瀝青混合料凍融劈裂試驗(yàn)方案類型凍融劈裂前試件強(qiáng)度/MPa凍融劈裂后試件強(qiáng)度/MPaTSR/%方案31 010 7473 3方案51 180 9177 1方案61 281 1386 5(≥80) 注：括號內(nèi)值為技術(shù)要求。

圖4 不同方案的殘留穩(wěn)定度

圖5 不同方案的凍融劈裂殘留強(qiáng)度TSR

由表10以及圖4知，方案3瀝青混合料殘留穩(wěn)定度無法滿足要求，為了保證路面質(zhì)量，規(guī)范提出殘留穩(wěn)定度大于等于85%技術(shù)要求，方案5雖然能夠滿足規(guī)范的技術(shù)要求，但是其殘留穩(wěn)定度為85.6%，僅僅有0.6%余量，方案6殘留穩(wěn)定度為90%，大于規(guī)范10%。因此，方案5運(yùn)用在路面時(shí)容易出現(xiàn)水損害現(xiàn)象，方案6擁有較好的水穩(wěn)定性。由表11以及圖5可知，方案3與方案5凍融劈裂殘留強(qiáng)度無法滿足技術(shù)要求，方案3、方案5的TSR分別與技術(shù)要求相差6.7%，2.9%。相反，方案6大于技術(shù)要求6.5%，能夠滿足規(guī)范要求。

由以上試驗(yàn)結(jié)果可知，從粘附性角度分析，方案3粘附性滿足要求，但是此時(shí)僅僅從整體而言，集料仍然有部分露骨現(xiàn)象。在進(jìn)行大量瀝青混合料拌和時(shí)，由于石料顆粒數(shù)量增多，顆粒之間存在摩擦，致使顆粒表面無法附著充足礦粉與水泥，集料的粘附性受到影響，瀝青混合料的水穩(wěn)定性無法滿足要求。方案5添加液體抗剝落劑，集料粘附性在大量拌和時(shí)得到保證，浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度滿足要求，而凍融劈裂試驗(yàn)由于試驗(yàn)條件苛刻，瀝青混合料的性能已無法滿足要求。針對方案6通過添加液體抗剝落劑，同時(shí)增大水泥用量為3%，保證了拌和時(shí)瀝青集料的粘附性要求。因此，該方案水穩(wěn)定性滿足要求。由以上試驗(yàn)結(jié)果得到，方案5浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度滿足要求，但是凍融劈裂已經(jīng)無法達(dá)到規(guī)范指標(biāo)。因此，可以針對氣溫較高的地區(qū)運(yùn)用。方案3改善效果無法達(dá)到技術(shù)要求。方案6試驗(yàn)結(jié)果較為理想，可以適用于四季分明的地區(qū)。

4 結(jié)論

本文通過對海南省南辰石場花崗巖性能以及其與瀝青粘附性改善措施的系統(tǒng)研究，通過采用浸水馬歇爾試驗(yàn)以及凍融劈裂試驗(yàn)對混合料性能進(jìn)行研究，得到以下主要結(jié)論：

1) 南辰石場的花崗巖石料具有高強(qiáng)、耐磨性能，在利用水浸法對集料的粘附性進(jìn)行研究時(shí)，浸水時(shí)間的延長對基質(zhì)瀝青影響較為顯著，對SBS改性瀝青同樣存在影響，但其影響程度略次之。

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