細(xì)集料指標(biāo)對AC13瀝青混合料性能的影響分析

康 健

（河北省高速公路廊涿管理處 河北廊坊 065000）

細(xì)集料指標(biāo)對AC13瀝青混合料性能的影響分析

康 健

（河北省高速公路廊涿管理處 河北廊坊 065000）

通過一系列試驗，對比玄武巖、石灰?guī)r和天然砂三種細(xì)集料對礦料級配、瀝青混合料高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性的影響規(guī)律，同時分析了10 %、16 %和22 %三種天然砂用量的瀝青混合料的性能，最終提出針對不同等級公路的天然砂建議用量。

細(xì)骨料 指標(biāo) 級配 混合料性能

1 概述

細(xì)集料包括天然砂、機制砂和石屑。由于石屑中土含量多、針片狀比例很大，在目前的高速公路和重載交通的瀝青路面鋪筑中，一般不允許采用；天然砂由于與瀝青的粘附性較差、外形呈渾圓狀，天然砂由于質(zhì)量變化大（大部分為中粗砂），影響集料的整體嵌擠作用，在一些工程上也限制使用或者不允許使用，目前工程上使用量最多的是機制砂。機制砂不像石屑那樣有大量不耐沖擊的薄片和棱角，形狀大多接近立方體，機制砂的應(yīng)用，是提高細(xì)集料棱角性的重要措施。一般采用石灰?guī)r加工機制砂，但是有的技術(shù)人員認(rèn)為玄武巖強度高、耐磨性好，也采用了玄武巖機制砂。

2 原材料技術(shù)指標(biāo)要求

（1）原材料指標(biāo)

10-15mm及5-10mm兩檔集料為河北易縣產(chǎn)玄武巖石料，3-5mm集料為河北鹿泉石灰?guī)r石料，機制砂分為玄武巖機制砂和石灰?guī)r機制砂兩種，天然砂為潔凈河沙，填料為石灰?guī)r礦粉。細(xì)集料技術(shù)指標(biāo)見表1和表2。

表1 集料技術(shù)指標(biāo)試驗結(jié)果

（2）試驗方案

礦料級配采用調(diào)整的AC13型級配，采用美國工程兵旋轉(zhuǎn)壓實剪切試驗機GTM方法進行混合料的配比設(shè)計，混合料的設(shè)計壓強采用0.7 MPa。為了考察細(xì)集料對瀝青混合料性能的影響，以細(xì)集料種類和使用比例為變量設(shè)計5個試驗方案，見表2。

表2 試驗方案各種材料比例設(shè)計詳表

3 瀝青混合料性能試驗結(jié)果分析

3.1 天然砂對瀝青混合料礦料級配的影響

目前我們的道路工程熱衷于機制砂，機制砂對于提高道路的質(zhì)量確實有重大的貢獻(xiàn)，但是如果單純采用機制砂，如果級配不能調(diào)整到最佳程度也將影響瀝青混合料整體性能。

摻加部分天然砂有助于將級配調(diào)整到最佳，提高瀝青混和料整體性能，這里從細(xì)集料顆粒組成對礦料級配的影響展開分析，機制砂與天然砂在粒徑上的差別見表3。

表3 機制砂與天然砂粒度分布對比表

由表3可知，天然砂和機制砂在1.18 mm、0.6 mm、0.15 mm、0.075 mm等篩孔的通過率存在比較大的差別，機制砂的粒度可以通過制砂工藝適當(dāng)調(diào)整，但調(diào)整幅度有限。這是因為在生產(chǎn)機制砂過程中，如果0.3~1.18 mm各篩孔的通過率達(dá)到比較滿意的要求，則0.075 mm以下的顆粒太多，如果0.075 mm以下的顆粒達(dá)到比較滿意的要求，0.3~1.18 mm各篩孔的通過率則太小。在進行瀝青混合料配合比設(shè)計時，如果單純的采用機制砂，可能在某些篩孔上不易于調(diào)整，或者由于機制砂的用量太大，造成機制砂中的小于0.075 mm的顆粒太多，以致新鮮的礦粉不能加進去，或者摻加的量很少。下面舉例來說明這個問題。例如某工地進行AC13型的配合比設(shè)計，各種材料的篩分結(jié)果見表4，各檔集料摻配比例見表5。

表4 集料篩分結(jié)果

表5 集料摻配比例

該工程的合成礦料級配見表6。

表6 礦料合成級配

從上面的例子可以看出來，機制砂用了很大的比例，達(dá)到39 %，盡管這樣，在1.18 mm、0.6 mm、0.3 mm等篩孔的通過率才剛好滿足最低限要求，但是0.075 mm的通過率達(dá)到了級配要求的上限，如果摻加部分天然砂，因為天然砂1.18 mm、0.6 mm篩孔的通過率比機制砂要大一些，0.075mm的通過率要比機制砂小的多，調(diào)整的級配可能增加了一些1.18 mm、0.6 mm的通過率，并且減小了一些0.075 mm的通過率，調(diào)整出的級配也更合理一些。

從上面的例子來看，單純的采用機制砂的話，由于機制砂含有一部分0.075 mm以下的粉料，致使新鮮的礦粉不能夠最大限度的摻加進來，眾所周知，機制砂里面的礦粉含有的土量比較大，勢必影響瀝青混合料的質(zhì)量。另外，單純采用機制砂，造成在混合料中某一料倉的摻加量較大，實際施工過程中容易造成等料或者溢料現(xiàn)象。

3.2 高溫穩(wěn)定性的影響分析

采用不同的細(xì)集料進行車轍試驗結(jié)果見圖1。由圖1知：

圖1 不同細(xì)集料種類瀝青混合料車轍試驗結(jié)果

（1）當(dāng)細(xì)集料摻加天然砂時，隨著天然砂用量的增加瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性有不同程度的下降，但從試驗結(jié)果看，天然砂用量控制在15 %以下時，對瀝青混合料的影響不大。當(dāng)天然砂用量超過15 %時，瀝青混合料的抗車轍能力下降非常快。采用玄武巖的石屑對瀝青混合料的高溫性能基本相當(dāng)。

（2）機制砂在高溫情況下受到外力的擾動后，在內(nèi)部礦料顆粒排列發(fā)生變化的同時，豐富的棱角使顆粒的排列嵌擠作用更加加強，由于天然砂的棱角性差，加之與瀝青的結(jié)合能力也較低，因此在高溫的情況下，在受到車輪的擠壓下，無法提供礦料顆粒間足夠的抗剪切變形能力，因此在天然砂超過一定數(shù)量時，動穩(wěn)定度降低。

（3）細(xì)集料采用玄武巖機制砂與石灰?guī)r機制砂的瀝青混合料高溫穩(wěn)定性沒有明顯的差別。

3.3 細(xì)集料種類對瀝青混合料水穩(wěn)性影響

水穩(wěn)性試驗采用簡化的Lottman試驗方法。試驗結(jié)果見表7。

表7 不同的細(xì)集料AC13瀝青混合料水穩(wěn)性試驗結(jié)果

由表8知：

（1）細(xì)集料采用石灰?guī)r機制砂的瀝青混合料水穩(wěn)性最好。

（2）瀝青混合料的水穩(wěn)性隨著天然砂的用量增加，瀝青混合料水穩(wěn)性下降，當(dāng)天然砂的用量超過15 %，瀝青混合料的水穩(wěn)性急劇下降。

（3）細(xì)集料采用玄武巖的機制砂對瀝青混合料的水穩(wěn)性不利。

4 結(jié)論

（1）與玄武巖機制砂相比，無論從瀝青混合料的高溫抗車轍能力，還是其水穩(wěn)性來看，細(xì)集料采用石灰?guī)r機制砂都是最好的選擇。

（2）從天然砂不同摻量對瀝青混合料的影響看，天然砂的用量控制在 15 %以內(nèi)對瀝青混合料的高溫性能和水穩(wěn)性沒有多大影響，現(xiàn)行規(guī)范要求天然砂的用量不超過總量的20 %，經(jīng)驗證，對于高速公路、一級公路和重要干線公路的瀝青混合料，鑒于天然砂由于顆粒接近于圓形，磨阻力小，故不宜多用，建議天然砂的含量不宜超過總量的15 %。

（3）在實際工程中也不應(yīng)該過分的排斥天然砂，摻加少量的天然砂有利于瀝青混合料的和易性，而且摻加部分天然砂更利于級配的調(diào)整，調(diào)一個好的級配對瀝青混合料的影響比摻加少量的天然砂對混合料的影響更有利。

[1]沙慶林.空隙率對混合料的重大影響[J].國外公路,2001.4

[2]曹林濤.瀝青混合料高溫抗變形能力影響[D].同濟大學(xué),2012

[3]張宏超.瀝青混合料水穩(wěn)性全程評價方法研究[J].同濟大學(xué)學(xué)報,2004(5)

Influence Analysis of the Fine Aggregate Indicators on the Performance of the AC13 Asphalt Mixture

KANG Jian
(Lang-zhuo Administration Office of Hebei Expressway Langfang Hebei 065000 China)

A series of experiments were conducted to compare the influence rules of the three fine aggregates of basalt, limestone and natural sands to the aggregate gradation, asphalt mixture’s high-temperature stability and water stability. The performance of three kinds of asphalt mixture with natural sand amounts of 10%, 16% and 22 % was analyzed and the natural sand dosages for different grades of highways are finally proposed.

fine aggregate indicator graduation mixture performance

中國分類號：TU535A

1673-1816(2016)02-0077-04

2015-10-12

康?。?979-），男，漢，河北平山人，碩士，工程師，研究方向高速公路的管理與養(yǎng)護。