花崗巖的瀝青混合料路用性能研究

楊茂軍

摘要：為了研究花崗巖瀝青混合料的水穩定性能，文章采用粗、細花崗巖集料進行了混合料配合比設計，以添加4‰抗剝落劑、4%抗剝落劑與2%水泥綜合使用兩種方式改善花崗巖粘附性，并采用浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗、浸水漢堡車轍試驗對花崗巖瀝青混合料水穩定性進行了評價。試驗結果表明：對于粗細集料均采用花崗巖時僅通過添加抗剝落劑難以滿足混合料的水穩定性要求;在此基礎上采用2%水泥替代礦粉后凍融劈裂殘留強度比提升32.3%，顯著提高水穩定性，且花崗巖瀝青混合料的高溫車轍變形降低14.8%，有效地改善了其高溫穩定性。

關鍵詞：道路工程;瀝青混合料;水穩定性;花崗巖;抗剝落劑

中圖分類號：U416.217 文獻標識碼：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.08.015

文章編號：1673-4874（2019）08-0053-03

0引言

花崗巖用于瀝青路面建設面臨的首要問題是水穩定性較差。水損害是瀝青路面早期病害最主要的類型之一，也是道路建設者們普遍關注的焦點。為提高花崗巖與瀝青的粘附性，行業學者通常采用添加抗剝落劑或者采用水泥、消石灰替代部分礦粉的方式。譚繼宗通過采用石灰巖粗集料+石灰巖細集料、花崗巖粗集料+石灰巖細集料兩種礦料組合方式，驗證了添加抗剝落劑后花崗巖瀝青混合料可達到石灰巖瀝青混合料的路用性能指標。彭余華等對粗、細集料均采用花崗巖時的瀝青混合料性能進行了研究，驗證了采用0.2%水泥替代礦粉同時添加0.4%（瀝青質量比）抗剝落劑的措施，可顯著提高花崗巖瀝青混合料的水穩定性能及高溫抗變形能力。但此方法只是對比了添加抗剝落劑與不添加抗剝落劑時的花崗巖瀝青混合料性能，并未突出水泥替代礦粉的作用。鄭曉光等驗證了采用水泥替代礦粉可顯著提高瀝青混合料的水穩定性和高溫穩定性。艾長發等針對粗、細集料均采用花崗巖時，采用添加抗剝落劑、添加消石灰等不同方案的試驗對比，驗證了抗剝落劑、消石灰可明顯提高花崗巖瀝青混合料的水穩定性的設想。并與粗集料為花崗巖、細集料為石灰巖的組合方式進行對比，結果表明采用石灰巖細集料更有利于改善花崗巖瀝青混合料的水穩定性。

國內雖然針對花崗巖瀝青混合料水穩定性有較多研究，但主要是采用花崗巖粗集料和石灰巖細集料，而粗、細集料均采用花崗巖的瀝青混合料路用性能研究則較少。本文以AC-20花崗巖瀝青混合料為例，粗、細集料均采用花崗巖，采用添加抗剝落劑、抗剝落劑+水泥兩種方式進行瀝青混合料的水穩定性驗證，并采用漢堡車轍試驗模擬路面在水一溫耦合作用下的動水壓力循環作用狀態，評價不同改善措施對花崗巖瀝青混合料水穩定性能及高溫穩定性能的改善作用。

1礦料級配設計

AC-20花崗巖瀝青混合料粗集料為花崗巖碎石，細集料為花崗巖石屑，填料為石灰巖礦粉，瀝青采用SBS（1-D）改性瀝青。改性瀝青技術指標如表1所示。

花崗巖瀝青混合料礦料級配組成如表2所示，其中礦粉摻量為4%。礦料級配曲線如圖1所示。

花崗巖屬于酸性集料，與瀝青粘附性較差，而且瀝青路面在雨水、荷載反復作用下會因為集料與瀝青的粘結力不足而引起集料的脫落、掉粒，并在交通荷載作用下不斷加劇損壞而形成路面坑槽，嚴重影響路面的使用性能和使用壽命。大量的試驗研究表明，花崗巖瀝青混合料存在水穩定性風險，因此本試驗采用添加4%的抗剝落劑以提升花崗巖瀝青混合料的水穩定性。

為了確定最佳油石比，采用5個不同的油石比4.0%、4.5%、5。0%、5.5%和6.0%進行馬歇爾試驗。試驗結果如表3所示。

根據設計目標空隙率4.5%及花崗巖瀝青混合料的體積指標綜合確定目標空隙率為4.6%。最佳油石比下混合料的體積指標如表4所示。

由試驗結果可知各項體積指標均滿足規范要求。

2路用性能

2.1水穩定性能

本試驗采用浸水馬歇爾殘留強度比和凍融劈裂殘留強度比對花崗巖瀝青混合料水穩定性進行評價，采用兩種方案進行對比。方案1：添加4%的抗剝落劑;方案2：添加4%0的抗剝落劑+2%水泥替代礦粉。試驗結果如表5所示。

由試驗結果可以看出，方案1殘留穩定度指標剛達到規范85%的要求，凍融劈裂抗拉強度比規范要求的80%低很多;而方案2殘留穩定度指標則達到90。3%，比方案1提高了6%，凍融劈裂抗拉強度比得到大幅提升，比方案1提高了32.3%。這表明粗、細集料均采用花崗巖集料時，僅通過添加抗剝落劑改善其水穩定性并不能發揮較好的效果，可結合抗剝落劑再添加水泥進一步改善花崗巖瀝青混合料的水穩定性。

2.2高溫穩定性能

為了研究實際路面在水一溫度一荷載耦合作用下的使用狀況，采用漢堡車轍試驗模擬路面的環境狀態，研究在動水壓力下花崗巖瀝青混合料的變形特性。試驗采用兩種方案，如表6所示，均在50℃水浴恒溫條件下進行漢堡車轍試驗，兩種方案下花崗巖瀝青混合料的變形特性如圖2所示。

由圖2可以看到，在加載初期，混合料的變形較快，主要發生壓密變形，隨著加載次數的增加，試件壓密到一定程度后將不再發生壓密變形，而會由于高溫下混合料的粘塑性使混合料發生蠕變變形。在蠕變階段，混合料的變形量以穩定的速率增長，變形速率越大，高溫性能越差。當蠕變量達到一定程度時混合料會出現剪切變形，即剝落拐點，隨著加載次數的繼續增加，混合料開始出現剪切變形，直至混合料的剪切破壞。從圖2可以看到，在添加抗剝落劑基礎上再用2%水泥替代礦粉后，車轍變形明顯減小。

為了得到兩種方案下混合料在蠕變階段的蠕變速率，對四個試件的蠕變階段進行了線性擬合，相關系數均達到0.99。兩種方案下的變形深度和蠕變速率如表7所示。

從表7可以看出，方案1的車轍變形和蠕變速率明顯大于方案2，填料采用水泥時車轍變形降低14.8%，表明采用水泥替代礦粉時可以提高花崗巖瀝青混合料的高溫抗變形能力。這主要是因為水泥偏堿性，與SBS改性瀝青具有更好的粘附性，且比表面積比礦粉更大，能夠形成更多的結構瀝青，提高瀝青膠漿與花崗巖集料的粘結性能。因此水泥在一定程度上可以改善花崗巖瀝青混合料的高溫抗變形能力。

3結語

（1）當粗、細集料均采用花崗巖集料鋪筑瀝青路面時，僅采用抗剝落劑措施難以完全滿足混合料的水穩定性要求，應結合其他措施顯著提高花崗巖瀝青混合料的水穩定性能，如添加水泥。

（2）采用2%水泥替代2%礦粉后，凍融劈裂殘留強度比提升32.3%，對花崗巖瀝青混合料水穩定性能有顯著改善作用，但不宜過多使用，易增加路面的脆性，存在開裂風險。

（3）水泥替代礦粉不僅可以顯著改善花崗巖瀝青混合料的水穩定性，還能有效提高高溫穩定性能，降低高溫車轍風險。