細(xì)集料巖性對瀝青路面水穩(wěn)定性影響的試驗(yàn)研究

沈晨衛(wèi)

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市　200092）

細(xì)集料巖性對瀝青路面水穩(wěn)定性影響的試驗(yàn)研究

沈晨衛(wèi)

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市200092）

在城市道路廣泛應(yīng)用的瀝青路面，其水穩(wěn)定性不僅影響著道路的壽命，同時制約著城市道路的排水效能，因此水穩(wěn)定性是控制瀝青路面材料設(shè)計(jì)的主要因素。作為瀝青混合料的重要組分，細(xì)集料巖性及組成影響著混合料的細(xì)觀結(jié)構(gòu)與內(nèi)部損傷，進(jìn)而對其水穩(wěn)定性有重要影響。針對瀝青混凝土，采用凍融劈裂試驗(yàn)，以殘留強(qiáng)度比為指標(biāo)，對比評價了細(xì)集料巖性對其水穩(wěn)定性的影響，結(jié)果表明石灰?guī)r機(jī)制砂因有良好的顆粒性狀、與瀝青容易發(fā)生良好的交互作用，可很好地保障瀝青混合料的水穩(wěn)定性，而玄武巖機(jī)制砂的水穩(wěn)定性較差，不宜在密級配瀝青混凝土中應(yīng)用。

細(xì)集料；巖性；瀝青路面；水穩(wěn)定性

0　引言

作為瀝青混合料的重要組分，細(xì)集料不僅決定著其體積指標(biāo)，而且更深層次地影響著瀝青混合料的細(xì)觀結(jié)構(gòu)及演化。隨著高速、重載交通的發(fā)展，瀝青路面的水損害成為城市公路的主要破壞模式之一，而且是我國高速公路發(fā)展過程中早期損害的最重要形式。這其中，細(xì)集料對水穩(wěn)定性的影響顯然不容忽視。

細(xì)集料的加工工藝決定了自身的物理、力學(xué)性質(zhì)。石屑，不僅由于含有較多的雜質(zhì)，容易導(dǎo)致混合料水穩(wěn)定性不足，而且由于石屑中片狀顆粒較多，在重載作用下容易被壓碎，從而導(dǎo)致混合料內(nèi)部出現(xiàn)微裂紋等損傷，路面容易發(fā)生水損害。天然砂，雖然由于自身棱角性不足而被認(rèn)為易于碾壓，但因?yàn)橥瑸r青黏附性很差等因素，也容易發(fā)生水損害。而機(jī)制砂，雖然顆粒形狀、物理特性、表面特性與力學(xué)特性都優(yōu)于前兩種材料，但由于棱角性過大，可能發(fā)生碾壓不足現(xiàn)象，從而空隙率過大，則也可能發(fā)生水損害。

進(jìn)而細(xì)集料的巖性不同，其微觀結(jié)構(gòu)與表面特性各異，因此與瀝青、瀝青膠漿的交互作用機(jī)理差異顯著，對瀝青路面的水穩(wěn)定性同樣可能產(chǎn)生重要影響。

因此，針對城市道路常用的路面材料AC型瀝青混凝土，研究瀝青混合料的水穩(wěn)定性能，從而指導(dǎo)細(xì)集料的比選與混合料設(shè)計(jì)。

1　瀝青混合料水穩(wěn)定性的評價方法

瀝青混合料在浸水條件下，由于瀝青與礦料的黏附力降低，導(dǎo)致?lián)p壞，最終表現(xiàn)為瀝青混合料的力學(xué)強(qiáng)度的衰減與喪失。因此，其水穩(wěn)定性普遍采用浸水條件下瀝青混合料物理力學(xué)指標(biāo)降低的程度來表征。

借鑒國內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)國內(nèi)技術(shù)水平和習(xí)慣，“八五”國家科技攻關(guān)專題選擇了以下七種試驗(yàn)方法進(jìn)行了對比和篩選：（1）浸水馬歇爾試驗(yàn)，（2）真空飽水馬歇爾試驗(yàn)，（3）浸水劈裂試驗(yàn)，（4）真空飽水劈裂試驗(yàn)，（5）凍融劈裂試驗(yàn)（試件雙面擊實(shí)各75次），（6）凍融劈裂試驗(yàn)（試件雙面擊實(shí)各50次），（7）浸水車轍試驗(yàn)。研究表明、國內(nèi)外使用較多且應(yīng)用便捷、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)性好的浸水馬歇爾試驗(yàn)及雙面擊實(shí)50次的凍融劈裂試驗(yàn)是水穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法。

其中，浸水馬歇爾試驗(yàn)方法將試件分為兩組，一組在60℃水溫中保養(yǎng)0.5 h后測其馬歇爾穩(wěn)定度S1；另一組在60℃水溫中恒溫保養(yǎng)48 h后測其馬歇爾穩(wěn)定度S2。然后，計(jì)算殘留穩(wěn)定度S0=S2/S1× 100。

而凍融劈裂試驗(yàn)方法的試件成型方法有兩種，雙面擊實(shí)各50次或75次。每種試件分為兩組，一組在25℃水溫中浸泡2 h后測其劈裂強(qiáng)度R1；另一組在0.09 MPa浸水抽真空15 min，再放到-18℃冰箱中放置16 h，而后放到60℃水溫中恒溫24 h，再放到25℃水中浸泡2 h后測其劈裂強(qiáng)度R2。然后，計(jì)算其殘留強(qiáng)度比R0=R2/R1×100。

工程實(shí)踐和研究表明，浸水馬歇爾試驗(yàn)與路面的實(shí)際有較大差異，所用殘留穩(wěn)定度指標(biāo)不能反映瀝青混合料水穩(wěn)定性的真實(shí)狀況。與之相對應(yīng)，凍融劈裂試驗(yàn)采用真空飽水、加速凍融和高溫融解的條件，將瀝青路面所承受的水力耦合效能綜合反映，從而在較短時間內(nèi)快速模擬路面在水侵蝕下的損傷狀況，不僅可直觀反映北方地區(qū)的路面服役條件，也適用于南方潮濕地區(qū)。因此，該項(xiàng)目選擇雙面擊實(shí)各50次的凍融劈裂試驗(yàn)來評價不同瀝青混合料的水穩(wěn)定性。

2　成型方式及細(xì)集料類型對瀝青混合料水穩(wěn)定性的影響

目前瀝青混合料室內(nèi)成型方式包括旋轉(zhuǎn)壓實(shí)與擊實(shí)法，兩者在試樣成型中施加的壓實(shí)功不同，會使得混合料的性能各異。特別是，成型方式會影響細(xì)集料在混合料中的組成結(jié)構(gòu)。因此，應(yīng)通過室內(nèi)試驗(yàn)確定適宜的成型方式。

采用擊實(shí)法時AC-13的馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果與體積指標(biāo)見表1所列。現(xiàn)綜合確定最佳瀝青用量為4.3%。

表1　擊實(shí)法AC-13瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果一覽表

采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)法時AC-13的馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果與體積指標(biāo)見表2所列。現(xiàn)綜合確定最佳瀝青用量為4.1%。

表2　旋轉(zhuǎn)壓實(shí)AC-13瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果一覽表

為保證瀝青混合料有較好的變形能力和水密實(shí)能力，采用擊實(shí)法成型試件，從而為瀝青混合料提供較多的結(jié)構(gòu)瀝青，降低其空隙率。

3　機(jī)制砂與石屑巖性對瀝青混合料水穩(wěn)定性的影響

室內(nèi)采用擊實(shí)試驗(yàn)的成型方式，分別利用玄武巖機(jī)制砂、石灰?guī)r機(jī)制砂、石屑和天然砂，制備瀝青混合料試件，測定4類混合料的凍融殘留強(qiáng)度比，試驗(yàn)結(jié)果見表3所列。

表3　四種細(xì)集料AC-13凍融劈裂試驗(yàn)對比一覽表

試驗(yàn)結(jié)果表明采用玄武巖機(jī)制砂，瀝青混合料的水穩(wěn)定性最差。

集料性質(zhì)對瀝青混合料水穩(wěn)定性影響主要包括：

（1）集料對水的吸附能力。親水性集料對水的吸附能力比瀝青大，憎水性集料恰好相反。通常親水性集料呈酸性，憎水性集料呈堿性。

（2）集料表面的潔凈程度。泥土粉塵將成為瀝青粘附的隔離劑，如果遇水，水分浸潤泥土，更容易造成剝落。

因此顆粒規(guī)整、潔凈、破碎面豐富的石灰?guī)r機(jī)制砂，摻加到混合料，其水穩(wěn)定性應(yīng)該是最好的。加之石灰?guī)r質(zhì)的細(xì)集料，表面有較為豐富的堿性物質(zhì)，同瀝青容易發(fā)生豐富的交互作用，從而提高瀝青混合料的界面強(qiáng)度，保證瀝青混合料具有很好的水穩(wěn)定性。

為便于工程應(yīng)用，進(jìn)一步采用機(jī)制砂和天然砂按一定比例摻配，完成相應(yīng)瀝青混合料的凍融劈裂試驗(yàn)，測定結(jié)果見表4所列。

表4　機(jī)制砂與天然砂等量摻配的瀝青混合料凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果一覽表

試驗(yàn)結(jié)果表明，摻入天然砂后可改善瀝青混合料的壓實(shí)性質(zhì)，因此可提高瀝青混合料的密實(shí)程度，改善混合料的水穩(wěn)定性；但玄武巖機(jī)制砂的瀝青混合料仍然難以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，其推廣應(yīng)用要十分慎重。

4　結(jié)語

細(xì)集料作為瀝青混合料的重要組成部分，其巖性、加工工藝都影響著瀝青混合料的成型效果、密實(shí)程度、界面強(qiáng)度，進(jìn)而制約瀝青混合料的水穩(wěn)定性。為綜合提高瀝青混合料的高溫抗剪、中溫疲勞等路用性能，推廣機(jī)制砂細(xì)集料具有很好的工程實(shí)踐意義。但更應(yīng)注意細(xì)集料巖性的選擇，其中石灰?guī)r機(jī)制砂因兼具顆粒性狀好、表面構(gòu)造豐富、與瀝青交互作用強(qiáng)烈，適宜于作為混合料的細(xì)集料推廣應(yīng)用，而玄武巖機(jī)制砂則應(yīng)慎重使用。

TU502、U416.217

A

1009-7716（2016）06-0286-02

2016-03-28

沈晨衛(wèi)（1983-），男，江蘇南通人，工程師，從事城市道路交通設(shè)計(jì)工作。