房萬山

(黑龍江省高速公路建設(shè)局，黑龍江 哈爾濱 150036)

0 引 言

細集料在混合料中占比很大，瀝青混凝土的性能與細集料的性能優(yōu)劣關(guān)聯(lián)很大。因此，從不同種類的細集料出發(fā)，分析比較其對瀝青混凝土性能的影響就顯得尤為重要。天然砂是自然形成的，開采方便；機制砂是由碎石加工而成，成本較高。本文選用常用的AC-16型瀝青混凝土，通過車轍試驗、小梁彎曲試驗、凍融劈裂試驗和擺式摩擦儀試驗，對比以機制砂和天然砂為細集料的混合料的高、低溫性能、水穩(wěn)定性與抗滑性能，進而評價機制砂和天然砂兩者對瀝青混合料路用性能的影響，其試驗結(jié)果旨在為瀝青混合料基礎(chǔ)試驗研究及實際工程提供理論指導和參考。

1 試驗概況

1.1 試驗材料

70#基質(zhì)瀝青(基本指標見表1)為膠結(jié)料。石灰?guī)r(技術(shù)指標見表2)為粗集料。分別以石灰?guī)r機制砂與天然砂(技術(shù)指標見表3)為細集料。礦粉為石灰?guī)r研磨粉。所用材料均能滿足規(guī)范的相關(guān)要求。

表1 70#基質(zhì)瀝青性能指標

表2 粗集料技術(shù)指標

表3 細集料技術(shù)指標

1.2 瀝青混合料配合比設(shè)計

本文選用級配(圖1)符合規(guī)范要求的AC-16型瀝青混凝土。

圖1 級配曲線

1.3 確定最佳瀝青用量

以4.4%、4.7%、5.0%、5.3%、5.6%這5個油石比制作試件，進行馬歇爾穩(wěn)定度實驗(圖2)，根據(jù)規(guī)程測出試件的VV、VMA、VFA體積指標(圖3)及穩(wěn)定度、流值(圖4)。

圖2 馬歇爾穩(wěn)定度試驗

圖3 體積指標測試結(jié)果

圖4 馬歇爾試驗測試結(jié)果

由圖3、圖4可以看出，機制砂與天然砂對體積參數(shù)影響較小，而機制砂混合料的穩(wěn)定度與流值都大于天然砂混合料。根據(jù)關(guān)系圖結(jié)合規(guī)范，確定以機制砂和天然砂為細集料的最佳油石比均為4.7%。

2 路用性能試驗與結(jié)果分析

2.1 高溫穩(wěn)定性

車轍試驗(圖5)通過模擬輪胎反復碾壓路面，使路面出現(xiàn)車轍的過程，來評價混合料的高溫性能，試驗參照規(guī)范T 0719進行，試驗結(jié)果見6。

圖5 車轍試驗

圖6 車轍試驗結(jié)果匯總

由圖6可見，碾壓時間相同時，機制砂混合料的車轍深度均小于天然砂混合料。機制砂混合料的動穩(wěn)定度是天然砂混合料的4.6倍。綜上說明，機制砂混合料的高溫抗車轍性能更優(yōu)。

2.2 低溫抗裂性

低溫彎曲試驗(圖7)參照規(guī)范(T 0715-2011)進行，試驗溫度為-10 ℃±1 ℃，試驗結(jié)果見表4。

表4 低溫彎曲試驗結(jié)果

由上可知，機制砂混合料的抗彎拉強度、最大彎拉應變分別比天然砂大了20.0%、21.1%。對比彎曲勁度模量，以機制砂為細集料的瀝青混合料比天然砂小7.5%。說明在低溫條件下，機制砂混合料有著更高的抗裂強度和更好的變形能力，以機制砂為細集料制備混合料的低溫性能更優(yōu)。

圖7 低溫彎曲試驗

2.3 水穩(wěn)定性

凍融劈裂試驗(圖9)的具體步驟見圖8，凍融組的劈裂強度與對照組劈裂強度的比稱為殘留強度比，是水穩(wěn)定性的評價指標，試驗結(jié)果見圖10。

圖8 凍融劈裂試驗步驟

圖9 劈裂試驗

圖10 凍融劈裂試驗結(jié)果

由圖10可見，機制砂瀝青混合料的未凍融劈裂強度與凍融劈裂強度均比天然砂混合料大，說明后者的抗裂性能差。機制砂瀝青混合料的殘留強度比為78.3%，而天然砂的殘留劈裂強度僅為70.4%，說明機制砂瀝青混合料的水穩(wěn)定性更好。

2.4 抗滑性能

試驗采用BM-III型擺式摩擦儀進行，通過測量橡膠塊擦過車轍試件后上升的角度來衡量橡膠塊摩擦消耗的重力勢能，從而得出混合料試件的摩擦系數(shù)。結(jié)果如表5所示，機制砂混合料的抗滑性能更好，其摩擦系數(shù)是天然砂混合料的1.53倍。

表5 抗滑測試結(jié)果

2.5 結(jié)果分析

道路工程中在選擇集料時往往會選擇堿集料與瀝青拌合，作為路面材料進行攤鋪修筑，瀝青與堿集料粘結(jié)的較好，而天然砂多是酸性氧化物，在拌合成型過程中，瀝青與天然砂的粘附性較差，在浸水和凍融循環(huán)作用下，與天然砂粘附較差的瀝青混合料，更容易被混合料中的水分浸入，破壞混合料中原有的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，導致瀝青從天然砂上剝落下來，降低其結(jié)構(gòu)強度，進而表現(xiàn)為天然砂瀝青混合料的低溫抗裂性、水穩(wěn)定性較差；與此同時機制砂的表面棱角較多，而天然砂的集料顆粒表面較為平滑，瀝青混凝土路面主要承受行車荷載，在行車荷載的垂直壓力作用下，表面較為平滑的天然砂更容易被擠到瀝青混合料的粗集料孔隙間，而此時的表面棱角較多的機制砂，其棱角之間形成了嵌作用相互支撐，在承受外部荷載壓力作用下，其機制砂作為瀝青路面的細集料能有效提高抗滑性能，具有較好的高溫穩(wěn)定性。

3 結(jié) 論

本文通過車轍試驗、低溫彎曲試驗、凍融劈裂試驗和擺式摩擦儀試驗，對分別以機制砂和天然砂為細集料的AC-16瀝青混合料高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性與抗滑性進行試驗研究，其試驗結(jié)果旨在為瀝青混合料基礎(chǔ)試驗研究及實際工程提供理論指導和參考。得到結(jié)論如下：

機制砂比天然砂瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性更好，其動穩(wěn)定度DS是天然砂混合料的4.6倍。

機制砂瀝青混合料具有較好的低溫性能，機制砂混合料的抗彎拉強度、最大彎拉應變分別大于天然砂瀝青混合料的20.0%、21.1%，彎曲勁度模量比天然砂小7.5%。

機制砂瀝青混合料抗水損害性能更好，其混合料的殘留強度比為78.3%。

機制砂混合料的抗滑性能更好，其摩擦系數(shù)是天然砂混合料的1.53倍。