多孔粗安巖集料級配優(yōu)化設(shè)計

（四川公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司勘察設(shè)計分公司， 四川 成都 610041）

0 引言

改革開放以來，我國高速公路的發(fā)展取得了舉世矚目的成績。高速公路的迅速發(fā)展，加快了我國資源的消耗。雖然我國擁有較多的石料資源，但各地石料資源分布不均勻，尤其是滿足高等級瀝青路面面層使用性能要求的優(yōu)質(zhì)石料，更是如此。因此，目前我國很多地區(qū)出現(xiàn)優(yōu)質(zhì)石料緊缺現(xiàn)象，為了降低成本和保護(hù)環(huán)境，越來越多的公路在修筑過程中采用本地豐富的石料。近年來遇到比較多的問題就是多孔集料的應(yīng)用問題。

1 多孔粗安巖的路用性能

多孔粗安巖是介于粗面巖與安山巖之間的一種中性火山巖，屬噴出巖。巖漿在冷凝過程中，巖漿中的氣體從熔巖中溢出，從而表面粗糙呈多孔狀結(jié)構(gòu)。這種多孔性使得粗安巖與一般致密巖石在路用性能上存在很大差別。多孔粗安巖粗集料技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 多孔粗安巖技術(shù)指標(biāo)

集料表面多孔，因此多孔粗安巖集料吸水率較高，集料性能對水的敏感性強。含水的多孔集料在烘干過程中需要延長烘干時間，消耗更多的能源。

高溫時，瀝青組分中表面張力較小的飽和分和芳香分就會滲到孔隙中，從而使瀝青用量增加。通過浸漬法測得多孔粗安巖合成級配（規(guī)范中值級配）的瀝青吸收率為0.941%，相同級配致密石灰?guī)r的瀝青吸收率只有0.392%。故多孔粗安巖要比致密巖石多消耗0.55%的瀝青。但飽和分和芳香分滲到孔隙中也增加了瀝青與集料的結(jié)合總內(nèi)表面積，進(jìn)而提高了瀝青與集料之間的總粘結(jié)力，使得瀝青與集料的粘附性增強。因此，雖然多孔粗安巖吸收大量的瀝青，增加了工程造價。但是也提高了瀝青混合料水穩(wěn)定性和耐久性。

2 理論最大相對密度確定方法

理論最大相對密度是進(jìn)行瀝青混合料設(shè)計和施工質(zhì)量控制的最關(guān)鍵的數(shù)據(jù)，瀝青混合料的體積指標(biāo)都是以其為基礎(chǔ)計算得到的，而且我國很多地方將其作為控制瀝青路面現(xiàn)場壓實度的依據(jù)。所以理論最大相對密度的確定準(zhǔn)確與否在很大程度上決定了瀝青混合料的路用性能的好壞。

多孔粗安巖集料表面孔隙較多，吸水率較大，集料吸收瀝青的情況比較復(fù)雜，因此，很難用吸水率來準(zhǔn)確的預(yù)測瀝青的吸收率。所以通過計算法確定的理論最大相對密度必然會造成較大的誤差。對于多孔集料應(yīng)該采用浸漬法實測。浸漬法采用阿基米德原理，以瀝青作為介質(zhì)實測合成集料的有效相對密度，再計算混合料的理論最大相對密度，能更好的反應(yīng)集料與瀝青作用的復(fù)雜情況，彌補了常用計算法和常用實測法的不足，使理論最大相對密度的確定更加合理、更加接近工程實際。

3 多孔粗安巖的級配優(yōu)化設(shè)計

多孔粗安巖集料表面粗糙多孔，吸水率較大，吸收瀝青較多，這給多孔粗安巖瀝青混合料級配設(shè)計帶來一定的困難。本文結(jié)合某工程，研究了多孔粗安巖AC-20的級配優(yōu)化設(shè)計，采用貝雷法對級配進(jìn)行評價和調(diào)整。

依據(jù)貝雷法和Superpave級配設(shè)計思想，結(jié)合多孔粗安巖的工程特性，適當(dāng)減少公稱最大粒徑附近和細(xì)集料的含量，適當(dāng)增加中間粒徑的含量，適當(dāng)增大 FAc和FAf，設(shè)計出三種通過控制點，避開限制區(qū)的平坦S型嵌擠級配（見表2）。

貝雷法評價參數(shù)計算結(jié)果見表3。

表2 混合料級配設(shè)計

表3 三種級配貝雷法參數(shù)

對三種級配進(jìn)行馬歇爾試驗。瀝青采用SBS類Ⅰ-D級改性瀝青，瀝青加熱溫度為165℃，集料加熱溫度為190℃，擊實溫度為165℃，理論最大相對密度采用浸漬法，試驗結(jié)果見表4。

表4 三種級配馬歇爾試驗體積指標(biāo)

試驗結(jié)果表明：三種級配的VMA和VV都明顯偏大，使得混合料很難壓實，需要更多的瀝青填充礦料的間隙，運用于實際工程中比較困難。但是，三種級配的貝雷法參數(shù)都滿足美國的推薦值，而且FAc和FAf都接近推薦值上限。所以多孔粗安巖的裝填特性與一般致密性較好的巖石存在較大的差別。

國內(nèi)外大量研究發(fā)現(xiàn)：細(xì)集料的頂級尺寸對級配的干涉作用最大，其用量過多使混合料內(nèi)摩阻力增大而難以壓實。本研究綜合考慮多孔集料工程特性和施工特性，提出適當(dāng)減少2.36～4.75mm集料用量和增大FAc和FAf，設(shè)計出三種級配見表5。貝雷法評價參數(shù)計算結(jié)果見表6。

表5 混合料級配優(yōu)化設(shè)計

表6 三種級配貝雷法參數(shù)

表7 混合料路用性能試驗結(jié)果

對三種級配進(jìn)行馬歇爾試驗，試驗結(jié)果體積指標(biāo)分析如圖1和圖2。利用輪輾法成型車轍板來對比分析三種級配的壓實性能。通過不同的輪輾次數(shù)來模擬路面壓實時不同的壓實功。三種級配在最佳油石比下，不同的壓實次數(shù)時的壓實曲線如圖3。

圖1 三種級配的孔隙率

圖2 三種級配的間隙率

圖3 三種級配的壓實曲線

試驗結(jié)果表明：適當(dāng)減少2.36～4.75mm集料的用量和增大FAc和FAf，混合料的VMA和VV減小，混合料的瀝青用量逐漸減小，混合料壓實性能變好。隨著2.36～4.75mm集料用量的減少，混合料的各項性能逐漸變好，從8%降低到6%時，混合料的各項性能變化趨勢較明顯，從6%降低到4%時，混合料的各項性能變化趨勢比較平緩。因此，2.36～4.75mm集料的用量宜控制在4%～6%，F(xiàn)Ac和FAf的值，宜超出美國推薦范圍的上限。

4 混合料性能

按照級配五進(jìn)行了各項路用性能試驗，試驗結(jié)果見表7。

從試驗結(jié)果可以看出，優(yōu)化后的級配混合料的各項性能均較好，尤其是高溫性能遠(yuǎn)優(yōu)于常規(guī)混合料。

5 結(jié)語

（1）多孔粗安巖集料表面多孔，吸水率較高，集料性能對水的敏感性強。烘干過程中需要延長烘干時間，使集料充分烘干。

（2）多孔粗安巖在消耗過多瀝青的同時增強了瀝青與集料的粘附性，從而使瀝青混合料水穩(wěn)定性和耐久性提高。

（3）多孔集料瀝青混合料的理論最大相對密度應(yīng)該采用浸漬法實測。

（4）多孔粗安巖的級配應(yīng)適當(dāng)減少2.36～4.75mm集料的用量，宜控制在4%～6%。

（5）多孔粗安巖的級配的貝雷法參數(shù)FAc和FAf應(yīng)適當(dāng)增大，不宜受美國的推薦值的限制，可以超出美國推薦范圍的上限。

[1]于新，吳建浩. 貝雷方法應(yīng)用探討[J]. 公路，2003（8）

[2]肖維，王曉磊. 多級嵌擠密實結(jié)構(gòu)瀝青混合料壓實特性[J]. 養(yǎng)護(hù)機械與施工技術(shù)，2007（3）

[3]張亞軍，趙永利，黃曉明. 安山巖集料級配設(shè)計[J]. 公路，2006（8）