細集料對瀝青混合料性能的影響

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），很容易使混合料發生離析，導致局部空隙率過大，在水和交通荷載的共同作用下，瀝青路面極易出現混合料松散和坑槽等病害；如果級配偏細（細集料偏多）則會使混合料高溫性能減弱，瀝青路面容易發生車轍、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構，細集料的作用是填充粗集料形成的空隙使整個礦料級配擁有較大的密實度。但是細集料除了填充作用外，還具有對粗集料骨架的干涉作用，因而細集料的含量對瀝青混合料的性能至關重要。

1 集料級配的選擇

本文所做試驗粗集料為5～10mm輝綠巖和10～15mm輝綠巖，細集料選用0～3mm石灰巖機制砂，礦粉選用石灰巖磨細礦粉。集料各項技術性能按照《公路工程集料試驗規程》（JTG E42—2005）進行了試驗，試驗結果見表1和表2。瀝青選用SBS改性瀝青，各項技術指標按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTJ 052—2000）進行了試驗，試驗結果見表3。

表1 粗集料的技術指標

表2 細集料的技術指標

表3 SBS改性瀝青的技術指標

2 試驗與結果分析

2.1 級配配比與試驗方案

集料級配按照AC—10級配要求進行配比，以2.36mm和1.18mm粒徑的集料通過率為控制指標，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，并進一步計算混合料的VMA和VFA值；采用車轍試驗測得動穩定度來評測細集料對瀝青混合料高溫穩定性的影響程度；采用瀝青混合料劈裂試驗測得瀝青混合料的劈裂強度。

表4 級配方案表

表4 （續）

圖1 AC—1至AC—4級配曲線

圖2 AC—5至AC—8級配曲線

2.2 細集料對瀝青混合料體積特性的影響

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

表5 混合料擊實試驗結果

表5 （續）

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粒徑細集料孔隙率會明顯增大，相對2.36mm粒徑而言，1.18mm粒徑細集料對孔隙率的影響明顯小很多。試驗結果表明：2.36mm粒徑的細集料對混合料的體積特性影響較大。

2.3 細集料對瀝青混合料高溫性能的影響

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

式中：DS為瀝青混合料的動穩定度（次/mm）；d45為第45min末的變形量（mm）；d60為第60min末試變形量（mm）；N為試驗輪行走速度（次/min）；C1為試驗機型修正系數，曲柄連桿驅動為1.0，鏈驅動試驗輪為1.5；C2為試件系數，室內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《瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTJ 052—2000）進行車轍試驗，試驗溫度為60℃，試驗結果匯總于表6，各級配的動穩定度對比見圖4。

表6 車轍試驗結果

圖4 各級配的動穩定度對比

通過圖 4 可以看出 A2＞A1＞A3＞A4，A6＞A7＞A5＞A8，這說明隨著細集料通過率的變化動穩定度的變化會出現一個峰值，繼而會連續變化。相對比而言，粒徑為1.18mm的細集料對動穩定度影響大一些，波動明顯。

2.4 細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具有操作簡單、對儀器要求不高的特點，我國《公路工程瀝青路面施工技術規范》將其作為評定各級配瀝青混合料低溫抗裂性能的試驗。試驗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。然后可進行小梁彎曲試驗，試驗溫度分別為0℃和-20℃，試驗儀器采用萬能材料試驗機，加載速率為50mm/min，測得各級配的彎拉強度見表7，彎拉強度對比見圖5。

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

表7 各級配的彎拉強度

圖5 彎拉強度對比

3 結論

本文針對AC—10瀝青混合料，在基于其骨架形成的基礎上，以2.36mm和1.18mm粒徑的集料通過率為主要控制指標設計了8種不同級配，分析了兩種粒徑的細集料對瀝青混合料的體積性能、高溫穩定性和低溫穩定性的影響情況，得出以下結論：

（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）混合料的高溫穩定性會隨著細集料的變化出現一個峰值，粒徑為1.18mm的細集料對高溫穩定性影響明顯；

（3）溫度降低時低溫穩定性會明顯下降，細集料較多時混合料具有更好的低溫性能，而且1.18mm粒徑的細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規程[S].

[2]JTJ 058—2000，公路工程集料試驗規程[S].

[3]許志鴻，劉紅，王宇輝，等.細集料對瀝青混合料性能的影響[D].上海：同濟大學，2001.

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