破碎礫石在肅航公路瀝青面層的應用研究

雷 建 杜武剛（中交路橋南方工程有限公司，北京 101120）

1 研究背景

根據我國多年建設成果，高等級公路面層建設一般使用玄武巖等碎石作為集料，但肅航項目處于偏遠地區，優良的碎石資源更是十分匱乏。目前，困擾破碎礫石應用主要有以下問題：1、破碎礫石集料針片狀相對較多、成品集料破碎面不足；2、由于礫石中SiO2含量較多，導致瀝青黏附性不佳的問題；3、礫石母材巖性較雜而導致混合料施工過程中存在薄弱點的問題；4、礫石表面粘附的泥土較難除去造成集料含泥量過高的問題。

然而，從破碎礫石已有應用情況來看，破碎礫石瀝青混合料各項技術指標均可滿足規范要求，瀝青混合料的抗水損害性、高溫穩定性等性能完全能夠滿足高等級公路的需要。肅航項目根據“因地制宜，就地取材”的基本原則，在保證公路高質量建設的前提下，有效地利用了當地自然資源，降低工程造價的同時，減少了對自然山體的開采，一定程度上保護了環境。本文充分依托肅航公路項目，對破碎礫石集料各技術指標及瀝青混合料各項性能進行系統分析。

2 成品集料研究

2.1 生產工藝

母材在破碎前，先經過隔片篩處理，以篩除10cm以下母材及泥土，初步改善成品集料的破碎面情況，同時降低集料含泥量。破碎次數對成品集料的針片狀顆粒含量及破碎面影響較大，為確保集料滿足瀝青路面的使用要求，本文分別研究了“二級破碎”、“二級破碎+整形”和“三級破碎”三種生產工藝。

2.2 成品集料性質

2.2.1 針片狀顆粒含量

由于礫石巖性十分復雜，母材中多含石英（SiO2）而呈脆性（見表1）。若未經充分破碎，礫石集料在瀝青混合料中受到壓力作用時，易發生開裂、破碎，從而導致混合料級配發生變化，影響瀝青混合料的性能。

表1 礫石成分分析

采用“2級破碎”時，集料針片狀情況較差，隨著破碎次數的增加，集料針片狀顆粒含量逐漸減少，“3級破碎”后針片狀顆料含量檢測結果基本能夠滿足高速公路集料要求。因此，本文所用集料均采用3級破碎。

表2 各種破碎工藝下成品集料情況

2.3 原材料

本文所用粗集料及細集料試驗檢測結果見表3、表4所示。項目所用填料為優質礦粉，瀝青為70號A級道路石油瀝青，各項指標滿足要求。

2.4 壓碎值及磨耗值

由于礫石多取自于古河道、戈壁，其中難免夾雜部分軟弱顆粒，容易在拌和樓熱拌過程中發生破碎，進而影響混合料級配及質量。為確保礫石集料能夠承受重荷載作用，本文在進行常規壓碎值及磨耗值檢測的基礎上，特別增加高溫壓碎值及磨耗值試驗研究，以模擬拌和樓的高溫環境，對集料整體性能進行監控。高溫壓碎值測試具體操作為將裝有試樣的壓碎值試驗儀和壓頭一起放入190±2℃的烘箱內保溫2h后迅速采用壓力機按常規測試方法進行加載和稱量，高溫磨耗值按類似步驟進行測試，測試結果見表5所示。

表3 粗集料檢測結果

表4 細集料檢測結果

從表5中可以看出，礫石集料在三級破碎情況下，壓碎值及磨耗值試驗結果均能夠滿足規范要求。

2.5 瀝青黏附性

破碎礫石巖性較雜，且大多母材呈酸性。盡管項目所在地年均降雨量較小，但集料與瀝青黏附效果影響混合料耐久性，關系到路面的長期服役性能，因此，集料瀝青黏附性理應得到關注。

本文選擇合格的集料進行了水煮法與水浸法兩種試驗檢測，在摻加0.4%PA-1型抗剝落劑的情況下，集料的瀝青黏附性基本達到4級以上，能夠滿足高等級公路的技術要求。

表5 集料壓碎值及磨耗值試驗情況

3 瀝青混合料性能研究

由于目前ATB-25用于瀝青下面層并沒有成熟的級配范圍，因此，本文在進行ATB-25礦料級配曲線設計時，兼顧了《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40-2004）中密級配瀝青穩定碎石ATB-25的工程級配范圍和《公路瀝青路面設計規范》（JTG D50-2006）。目標配合比及生產配合比中各材料的比例見表6所示，設計級配及混合料體積指標分別見表7及表8所示。級配曲線見圖1所示。

圖1 目標與生產級配曲線

從室內性能試驗結果可以看出，破碎礫石ATB-25瀝青混合料各項體積指標均能滿足規范要求。表9中混合料的各項性能（水穩定性及高溫穩定性）檢測結果也能滿足要求。

表6 目標配合比及生產配合比各材料比例

表7 設計級配

表8 目標配合比設計馬氏試驗體積指標

表9 混合料性能驗證結果

4 試驗路段

本文選擇肅航一級公路SHLM2標K72+236～K72+790左幅段落進行破碎礫石ATB-25的試驗路段研究，設計厚度為7cm。試驗路段采用德基4000型間歇式瀝青混合料拌和機拌和，每盤混合料的生產周期不少于50S（其中干拌時間在6～10S之間）。瀝青混合料出場溫度控制在160～170℃之間，攤鋪溫度在150℃以上。現場配備3臺雙鋼輪壓路機及2臺膠輪壓路機進行碾壓施工。施工完成后，鋪面較為均勻，無明顯離析情況。

5 結 語

本文通過對破碎礫石瀝青混合料的系統研究，得到如下幾點結論：

1）破碎工藝對礫石集料質量影響很大，從針片狀顆粒含量檢測結果來看，礫石母材經過3次以上的破碎后，能夠滿足高等級公路用集料的要求。

2）集料常規壓碎值及磨耗值試驗能夠滿足高速公路要求，且在高溫條件時，礫石集料仍能夠表現出較好的抗壓碎能力及耐磨性。

3）由于礫石大多呈酸性，集料瀝青黏附性多為3級，添加瀝青抗剝落劑后，基本能達到4級以上。

4）經過配合比設計，破碎礫石類瀝青混合料的各項體積性質指標也能夠滿足規范要求。

5）破碎礫石類瀝青混凝土水穩定性及高溫穩定性能能夠滿足要求。

從以上研究結論來看，破碎礫石瀝青混凝土溫度穩定性較好，完全能夠滿足肅航項目的質量要求，并且具有較大的經濟優勢，但破碎礫石瀝青混凝土的長期耐久性還需要繼續進行研究與觀測。

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