紅砂巖與石灰巖集料摻配后路用性能研究

雷 俊，湯 雄，王金國

(1.交通運輸部公路科學研究院，北京 100088；2.寧夏公路建設管理局，寧夏 銀川 750000)

紅砂巖與石灰巖集料摻配后路用性能研究

雷 俊1，湯 雄1，王金國2

(1.交通運輸部公路科學研究院，北京 100088；2.寧夏公路建設管理局，寧夏 銀川 750000)

通過對紅砂巖和石灰巖集料摻配后進行磨光試驗、混合料配合比設計、高溫、低溫及水穩性的驗證試驗，探究了不同摻配比例下(紅砂巖)對集料磨光值、混合料各項性能的影響，并對主要影響因素進行了分析，得到了將紅砂巖按一定比例(>25%)摻配于石灰巖中，可以提高混合料路用性能的結果。

集料；摻配；磨光值；動穩定度

1 原材料

1.1 石灰巖

本文試驗所使用集料均為寧夏所產石灰巖，參照《公路工程集料試驗規程》對其關鍵技術指標進行檢測，得到檢測結果如表1所示。

表1 石灰巖關鍵技術指標

1.2 紅砂巖

參照《公路工程集料試驗規程》對紅砂巖關鍵技術指標進行檢測，得到檢測結果如表2所示。

表2 紅砂巖關鍵技術指標

1.3 瀝青

本文所采用的瀝青為SBS改性瀝青，其相關技術指標如表3所示。

表3 SBS改性瀝青各項技術指標

1.4 礦粉

參照《公路工程集料試驗規程》對礦粉各項關鍵技術指標進行檢測，得到檢測結果如表4所示。

表4 礦粉各項技術指標檢測結果

2 試驗方案

通過對集料的各項指標進行了試驗，可以看出，石灰巖其他幾項指標均能夠滿足使用的要求，但磨光值較小，考慮到汽車行駛的安全性，必須提高路面的抗滑水平，而集料的磨光值在一定程度上將直接影響路面的抗滑。通過調查發現，寧夏地區瀝青路面表面層使用最大公稱粒徑大多為13.2 mm，因此，本試驗采用9.5～13.2檔集料進行摻配，摻配比例按0%、25%、50%、75%、 100%，進行常規的磨光試驗，分別檢測磨光試件磨光前后的擺值，經過修正得到各摻配比例集料的磨光值，以此來得到不同摻配比例對磨光值的影響。

2.2 關于混合料性能的研究

由于寧夏地區表面層常用AC-13混合料，一般而言，集料的抗滑主要由粗集料決定的。為了改善混合料中集料的磨光性能，本試驗將9.5～13.2檔集料進行摻配使用，摻配比例按0%、25%、50%、75%、100%使用，其他各檔使用石灰巖。在采用相同的級配通過率的前提下，對其進行相應的配合比設計及性能驗證，然后對摻配后的AC-13混合料進行評價。0%、25%、50%、75%、100%均為紅砂巖的摻配比例。摻配比例的計算如公式(1)所示。

(1)

3 試驗數據與分析

3.1 不同摻配比例下磨光值

利用擺式儀對磨光前后的試件進行擺值檢測，并通過標準料進行修正得到集料在不同摻配比例下磨光值的大小，如表5所示。

表5 集料試件磨光前后磨光值

圖1 不同摻配比例下磨光前后PSV

由表5可以分析得到，兩種磨光值不同集料摻配后PSV大小介于兩種集料之間，且隨著集料的摻配比例呈線性關系，不管是磨光前還是磨光后，其線性相關性均較好，相關系數均達到了0.96以上。通過對試驗結果進行線性擬合，可以發現，磨光前后擬合曲線斜率相差較大，這也反映了兩種集料的耐磨性能。由圖1可以看出，當集料沒有摻配的時候，紅砂巖磨光前后PSV的差值為15，而石灰巖的卻達到了22，二者在磨光前后PSV的衰變差值達到的7個值，這也說明了紅砂巖在磨光過程中，PSV的衰變要小于石灰巖，紅砂巖的耐磨性能要優于石灰巖。當將紅砂巖與石灰巖進行摻配后，摻配后的PSV隨著紅砂巖(較高磨光值集料)的摻配比例增加而增大，磨光前后的PSV差值亦隨著紅砂巖的摻配比例增加而減小，且均成線性增長或減少的關系。參考《公路瀝青路面施工技術規范(JTG F40-2004)》對半干或者干旱地區集料磨光值的要求，當石灰巖與紅砂巖進行摻配時，當紅砂巖的摻配比例達到25%時，摻配后的集料就能夠滿足規范對磨光值的要求。

我國絕大多數電力企業為國有企業，即便國有企業可以承擔一定損失，但在市場價格低于經營成本的情況下，需要對其進行一定補償以維持其正常運營。

3.2 混合料最佳油石比及毛體積相對密度

通過對幾種摻配比例下混合料配合比設計，得到各混合料最佳油石比及毛體積密度如表6所示。

表6 不同摻配比例下最佳油石比

由表6可以看出，隨著紅砂巖摻配比例的增加，在相同級配通過率的情況下，最佳油石比增加，主要原因是紅砂巖吸水率遠遠大于石灰巖，因此紅砂巖集料的吸油量也要大于石灰巖；除此之外，紅砂巖為酸性集料，石灰巖為堿性集料，紅砂巖的粘附性較差，集料與瀝青界面之間的粘聚面積將會減小，自由瀝青增多，因此最佳油石比增大。混合料的毛體積相對密度的變化是：隨著紅砂巖摻配比例的增加，毛體積相對密度逐漸減小，且呈線性關系。逐漸減小的原因是：紅砂巖集料毛體積相對密度要小于石灰巖，最佳油石比相差不是太大。

圖2 不同摻配比例下毛體積相對密度的變化

3.3 不同摻配比例下混合料高溫性能分析

動穩定度是反映混合料抗車轍能力的重要指標，可以對混合料的高溫性能進行有效地評價。試驗分別對不同摻配比例的混合料進行室內車轍試驗，試驗條件為60 ℃，0.7 MPa。試驗結果如表7所示。

表7 不同摻配比例下動穩定度

圖3 不同摻配比例下動穩定度變化

由表7可以看出，5種混合料動穩定度均超過了4 000次/mm，最大的達到了8 500次/mm，由圖3可以看出，隨著紅砂巖摻配比例的增加，混合料動穩定度增加，且呈線性關系，相關系數達到了0.97。有研究表明：影響混合料動穩定度的主要因素為集料與集料之間的摩擦力和集料與瀝青之間的粘結力，而碎石的強度、表面粗糙度是影響集料與集料之間的摩擦力的因素之一，集料與瀝青的粘附性以及瀝青自身的性能(如粘度、軟化點等)是影響粘結力的主要因素。因此表現出了較高的動穩定度的主要原因為兩個方面：(1)本次試驗所采用的結合料為SBS改性瀝青，SBS改性瀝青自身擁有較高的粘度和軟化點，對混合料抗車轍性能有極大的提高；(2)紅砂巖的抗壓碎能力要優于石灰巖，隨著紅砂巖摻配比例的增加，摻配后的混合料抗壓碎的能力得到提升，因此而提升了摻配后混合料抗車轍的能力。

3.4 不同摻配比例下混合料水穩性分析

水穩性的優劣反應了混合料抵抗水損害的能力大小，而浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗是評價混合料水穩性的主要試驗，殘留穩定度和凍融劈裂強度是評價水穩性的主要指標。按照相關的試驗規程，對混合料進行浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗，得到試驗結果如表8所示。

表8 不同摻配比例混合料殘留穩定度及凍融劈裂強度

圖4 不同摻配比例下水穩指標的變化

由表8可以看出，不同摻配比例混合料殘留穩定度均在90%以上，其相差不大；而凍融劈裂強度卻隨著摻配比例的增加而逐漸減小，且相差較大，達到了15%。水損害主要是由于進入混合料空隙中的水會在動水壓力及真空負壓抽吸的作用下，滲入到瀝青與集料的界面上，由于水與集料之間的親和力大于瀝青與集料之間的親和力，瀝青膜容易從集料表面剝離，致使瀝青混合料出現掉粒、松散、坑槽等。

3.5 不同摻配比例下混合料低溫性能分析

彎曲試驗用來測定混合料在規定溫度和加載速率時彎曲破壞的力學性質。得到的主要指標為低溫彎曲應變，可以用來評價混合料低溫性能。本試驗采用低溫-10 ℃進行彎曲試驗，其低溫彎曲應變結果見表9。

圖5 不同摻配比例下低溫彎曲應變變化

表9 不同摻配比例混合料低溫彎曲應變

由表9可以看出，不同摻配比例下的混合料低溫彎曲應變值相差不大，且沒有明顯的增加或減小的規律，但當摻配比例超過50%時，混合料彎曲應變值增大，參考各混合料的最佳油石比，其原因可能是由于瀝青用量的增加，在低溫條件下，瀝青勁度提高，能夠在集料的斷裂過程中提供足夠的包裹粘結力，略有提高混合料的彎曲應變。因此可以認為：集料的摻配對混合料的低溫性能影響較小。

綜上所述，當紅砂巖的摻配比例大于25%時，混合料各項性能均能達到使用要求。

4 結 論

(1)低磨光值集料可以通過摻配高磨光值集料來提高磨光性能；

(2)紅砂巖集料的摻配可以提高混合料的高溫穩定性，且隨著比例的增加，高溫性能越好；

(3)紅砂巖集料的摻配降低了殘留穩定度及凍融劈裂強度，減弱了抗水損害的性能，且隨著比例的增加，水穩性越差；

(4)紅砂巖的摻配對低溫彎曲應變的影響較小；

(5)將紅砂巖按一定比例(>25%)摻配于石灰巖中，可以提高混合料路用性能。

[1] 胡超. 混合粗集料抗滑表層配制技術與性能分析[D]. 西南交通大學, 2011.

[2] 龔翠芬. 集料摻配試驗[J].云南交通科技, 2003，(2):16-20.

[3] 王萬平. 抗車轍瀝青混合料的試驗研究[D]. 長沙理工大學, 2010.

Adissertationonthepavementperformanceresearchofmixtureofredsandstoneandlimestoneaggregateblending

LEI Jun1, TANG Xiong1, WANG Jin-guo2

(1.Research Institute of Highway science，Ministry of Transport,Beijing 100088，China;2.Bureau of Ningxia HighwayConstruction Management, Yinchuan,Ningxia 750000,China)

In this paper, the experiment of polishing, mixing ratio design, high temperature, low temperature and water stability test are carried out, after the blending of red sandstone and limestone. The effects of different blending ratio (red sandstone) on the polishing value and the properties of the mixture were explored, And the main influencing factors were analyzed. It got the conclusion that the red sandstone in a certain proportion (> 25%) blending in limestone can be used to improve the performance of mixture.

aggregate；blending；polished stone value；dynamic stability

U416

A

1008-3383(2017)09-0003-03

2017-02-03

雷俊，男，碩士研究生。

寧夏公路瀝青面層典型結構研究。