瀝青碎石混合料的瀝青用量范圍研究

文/河北省公路工程定額站 王俊蒲

瀝青碎石混合料的瀝青用量范圍研究

文/河北省公路工程定額站 王俊蒲

在級(jí)配碎石中加入少量瀝青拌制而成的瀝青碎石混合料，不僅具有級(jí)配碎石優(yōu)良的抗裂性能，同時(shí)也消除了級(jí)配碎石模量小、易松散的缺陷，且具備瀝青混合料的性能。瀝青碎石混合料瀝青用量的大小,會(huì)對(duì)瀝青碎石路面的質(zhì)量產(chǎn)生直接的影響。

原材料

基質(zhì)瀝青

本文選用的瀝青是殼牌90#基質(zhì)瀝青，其技術(shù)性質(zhì)根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTJ 052-2000）規(guī)范對(duì)瀝青進(jìn)行相應(yīng)指標(biāo)試驗(yàn)，主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 油石比實(shí)驗(yàn)結(jié)果

集料

本試驗(yàn)中的粗、細(xì)集料及礦粉均由石灰?guī)r加工而成，其技術(shù)性質(zhì)根據(jù)按照《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E42-2005）進(jìn)行相應(yīng)指標(biāo)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 粗、細(xì)集料各項(xiàng)指標(biāo)

級(jí)配選擇

實(shí)驗(yàn)采用三種級(jí)配來(lái)拌制瀝青碎石混合料，其級(jí)配方案見(jiàn)表3。

最小瀝青用量的確定

瀝青用量對(duì)于瀝青碎石混合料性能具有顯著的影響，如果瀝青油量過(guò)少，集料之間的黏結(jié)力不夠，混合料容易松散脫落，實(shí)際應(yīng)用在道路上會(huì)產(chǎn)生水損壞等諸多問(wèn)題。因此，有必要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定瀝青碎石混合料的最小瀝青用量，以保證混合料的正常使用性能。

集料裹覆試驗(yàn)

集料裹覆試驗(yàn)可用于確定瀝青碎石混合料的最小瀝青用量，從而保證瀝青碎石成型所需的瀝青用量。本試驗(yàn)中的瀝青用量從0開(kāi)始，以0.4%為步長(zhǎng)逐漸增加，直到成型的試件滿足裹覆試驗(yàn)的要求為止。試驗(yàn)結(jié)果與分析見(jiàn)表4。

由表4的分析結(jié)果可知，當(dāng)瀝青用量在1.2%以下，瀝青主要與細(xì)集料發(fā)生黏結(jié)作用，粗集料表面很少或基本沒(méi)有瀝青裹覆，當(dāng)瀝青用量在1.6%時(shí)，粗細(xì)集料基本都被瀝青包裹，試件可以黏結(jié)在一起，滿足成型要求。故可以初步判定當(dāng)瀝青用量取1.6%時(shí)，能夠確保瀝青碎石混合料中各粒徑顆粒能夠黏結(jié)在一起。

集料散落試驗(yàn)

集料裹覆試驗(yàn)?zāi)軌虺醪脚卸r青碎石混合料的最低瀝青用量，但其判別方法主要通過(guò)肉眼識(shí)別，人為因素影響較大，其結(jié)果只能作為參考依據(jù)。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，本文采用集料散落試驗(yàn)來(lái)進(jìn)一步確定瀝青碎石的最小瀝青用量，采用試件在篩子滾動(dòng)后的質(zhì)量損失率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。計(jì)算公式如式：

表4 集料裹覆試驗(yàn)結(jié)果

表3 三種級(jí)配各篩孔通過(guò)率

式中：S中質(zhì)量損失率，%；

m0—試件質(zhì)量，g；

m1—試驗(yàn)后試件質(zhì)量，g。

集料散落試驗(yàn)使用的馬歇爾試件的瀝青用量定為1.2%、1.4%、1.6%、1.8%和2.0%共5個(gè)值，對(duì)3組級(jí)配進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果如圖1所示。

從圖1可以看出，隨著瀝青用量的增加，各級(jí)配的瀝青碎石試件質(zhì)量損失率均呈下降趨勢(shì)。其中，級(jí)配一瀝青用量從1.2%增加到2.0%過(guò)程中，質(zhì)量損失率從7.6%減小到2.9%，而級(jí)配二和級(jí)配三則分別減少了5.5%和6.2%。這是由于三種級(jí)配的粗細(xì)集料的比例不同導(dǎo)致，細(xì)料越多，需要更多的瀝青來(lái)黏結(jié)，粗集料比例越大的級(jí)配受到瀝青用量變化的影響越小。此外，當(dāng)瀝青用量較低時(shí)（1.2%至1.6%），各級(jí)配的質(zhì)量損失率隨瀝青用量的增加而大幅度降低，平均降幅達(dá)50%，但當(dāng)瀝青用量增加到一定程度（1.6%至2.0%），質(zhì)量損失的下降幅度就趨于穩(wěn)定。通過(guò)以上研究表明，隨著瀝青用量的增加，當(dāng)質(zhì)量損失率減小量大于1%時(shí)，瀝青與各集料顆粒之間的黏結(jié)性較差，試件的骨架穩(wěn)定性也較差；而當(dāng)質(zhì)量損失率減小量小于1%時(shí)，瀝青與各集料顆粒之間的黏結(jié)性較好，試件的骨架穩(wěn)定性也較好，故本文將此時(shí)的瀝青用量作為瀝青碎石成型的最小瀝青用量，相應(yīng)的級(jí)配一、級(jí)配二和級(jí)配三的最小瀝青用量分別為2.0%、1.8%和1.6%。

圖1 各級(jí)配質(zhì)量損失率隨瀝青用量的變化

最大瀝青用量的確定

瀝青用量過(guò)多會(huì)導(dǎo)致瀝青碎石混合料熱穩(wěn)定性差，不能有效抑制反射裂縫，還會(huì)造成高溫穩(wěn)定性能的下降。因此，有必要研究瀝青碎石混合料的最大瀝青用量。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，本文采用謝倫堡瀝青析漏試驗(yàn)方法來(lái)研究瀝青碎石的最大瀝青用量。參照前文對(duì)瀝青最小用量研究，對(duì)三組級(jí)配分別在瀝青用量為1.8%、2.2%、2.6%、3.0%、3.4%、3.8%的條件下拌和瀝青碎石混合料，進(jìn)行自由瀝青析漏試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，當(dāng)瀝青用量較小時(shí)，自由瀝青含量較少，瀝青就很難析漏。隨著瀝青用量的逐漸增加，自由瀝青析漏率也逐漸增大。在相同瀝青用量條件下，級(jí)配一的粗集料含量最高，自由瀝青析漏率也最大，級(jí)配三細(xì)集料含量大，自由瀝青析漏率小。這是由于細(xì)集料比表面積大，能夠黏附更多的瀝青，粗集料含量多的級(jí)配擁有更多的自由瀝青，自由瀝青析漏率也就越大。

瀝青用量在低于2.6%，自由瀝青析漏率變化不大，當(dāng)瀝青用量超過(guò)2.6%，混合料中“自由”狀態(tài)的瀝青較多，導(dǎo)致自由瀝青析漏率迅速增大，此時(shí)瀝青碎石的自由析漏率平均值為0.7%。故以自由析漏率達(dá)到0.7%的瀝青用量作為瀝青碎石混合料最大瀝青用量的確定標(biāo)準(zhǔn)，而此時(shí)三種級(jí)配的相應(yīng)的最大瀝青用量均為2.6%。

圖2 各級(jí)配自由瀝青析漏率隨瀝青用量的變化