不同細(xì)集料AC-16路用性能試驗(yàn)研究

房萬(wàn)山

(黑龍江省高速公路建設(shè)局，黑龍江 哈爾濱 150036)

0 引 言

細(xì)集料在混合料中占比很大，瀝青混凝土的性能與細(xì)集料的性能優(yōu)劣關(guān)聯(lián)很大。因此，從不同種類(lèi)的細(xì)集料出發(fā)，分析比較其對(duì)瀝青混凝土性能的影響就顯得尤為重要。天然砂是自然形成的，開(kāi)采方便；機(jī)制砂是由碎石加工而成，成本較高。本文選用常用的AC-16型瀝青混凝土，通過(guò)車(chē)轍試驗(yàn)、小梁彎曲試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)和擺式摩擦儀試驗(yàn)，對(duì)比以機(jī)制砂和天然砂為細(xì)集料的混合料的高、低溫性能、水穩(wěn)定性與抗滑性能，進(jìn)而評(píng)價(jià)機(jī)制砂和天然砂兩者對(duì)瀝青混合料路用性能的影響，其試驗(yàn)結(jié)果旨在為瀝青混合料基礎(chǔ)試驗(yàn)研究及實(shí)際工程提供理論指導(dǎo)和參考。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試驗(yàn)材料

70#基質(zhì)瀝青(基本指標(biāo)見(jiàn)表1)為膠結(jié)料。石灰?guī)r(技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2)為粗集料。分別以石灰?guī)r機(jī)制砂與天然砂(技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表3)為細(xì)集料。礦粉為石灰?guī)r研磨粉。所用材料均能滿足規(guī)范的相關(guān)要求。

表1 70#基質(zhì)瀝青性能指標(biāo)

表2 粗集料技術(shù)指標(biāo)

表3 細(xì)集料技術(shù)指標(biāo)

1.2 瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)

本文選用級(jí)配(圖1)符合規(guī)范要求的AC-16型瀝青混凝土。

圖1 級(jí)配曲線

1.3 確定最佳瀝青用量

以4.4%、4.7%、5.0%、5.3%、5.6%這5個(gè)油石比制作試件，進(jìn)行馬歇爾穩(wěn)定度實(shí)驗(yàn)(圖2)，根據(jù)規(guī)程測(cè)出試件的VV、VMA、VFA體積指標(biāo)(圖3)及穩(wěn)定度、流值(圖4)。

圖2 馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)

圖3 體積指標(biāo)測(cè)試結(jié)果

圖4 馬歇爾試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果

由圖3、圖4可以看出，機(jī)制砂與天然砂對(duì)體積參數(shù)影響較小，而機(jī)制砂混合料的穩(wěn)定度與流值都大于天然砂混合料。根據(jù)關(guān)系圖結(jié)合規(guī)范，確定以機(jī)制砂和天然砂為細(xì)集料的最佳油石比均為4.7%。

2 路用性能試驗(yàn)與結(jié)果分析

2.1 高溫穩(wěn)定性

車(chē)轍試驗(yàn)(圖5)通過(guò)模擬輪胎反復(fù)碾壓路面，使路面出現(xiàn)車(chē)轍的過(guò)程，來(lái)評(píng)價(jià)混合料的高溫性能，試驗(yàn)參照規(guī)范T 0719進(jìn)行，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)6。

圖5 車(chē)轍試驗(yàn)

圖6 車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果匯總

由圖6可見(jiàn)，碾壓時(shí)間相同時(shí)，機(jī)制砂混合料的車(chē)轍深度均小于天然砂混合料。機(jī)制砂混合料的動(dòng)穩(wěn)定度是天然砂混合料的4.6倍。綜上說(shuō)明，機(jī)制砂混合料的高溫抗車(chē)轍性能更優(yōu)。

2.2 低溫抗裂性

低溫彎曲試驗(yàn)(圖7)參照規(guī)范(T 0715-2011)進(jìn)行，試驗(yàn)溫度為-10 ℃±1 ℃，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果

由上可知，機(jī)制砂混合料的抗彎拉強(qiáng)度、最大彎拉應(yīng)變分別比天然砂大了20.0%、21.1%。對(duì)比彎曲勁度模量，以機(jī)制砂為細(xì)集料的瀝青混合料比天然砂小7.5%。說(shuō)明在低溫條件下，機(jī)制砂混合料有著更高的抗裂強(qiáng)度和更好的變形能力，以機(jī)制砂為細(xì)集料制備混合料的低溫性能更優(yōu)。

圖7 低溫彎曲試驗(yàn)

2.3 水穩(wěn)定性

凍融劈裂試驗(yàn)(圖9)的具體步驟見(jiàn)圖8，凍融組的劈裂強(qiáng)度與對(duì)照組劈裂強(qiáng)度的比稱(chēng)為殘留強(qiáng)度比，是水穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)指標(biāo)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖10。

圖8 凍融劈裂試驗(yàn)步驟

圖9 劈裂試驗(yàn)

圖10 凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

由圖10可見(jiàn)，機(jī)制砂瀝青混合料的未凍融劈裂強(qiáng)度與凍融劈裂強(qiáng)度均比天然砂混合料大，說(shuō)明后者的抗裂性能差。機(jī)制砂瀝青混合料的殘留強(qiáng)度比為78.3%，而天然砂的殘留劈裂強(qiáng)度僅為70.4%，說(shuō)明機(jī)制砂瀝青混合料的水穩(wěn)定性更好。

2.4 抗滑性能

試驗(yàn)采用BM-III型擺式摩擦儀進(jìn)行，通過(guò)測(cè)量橡膠塊擦過(guò)車(chē)轍試件后上升的角度來(lái)衡量橡膠塊摩擦消耗的重力勢(shì)能，從而得出混合料試件的摩擦系數(shù)。結(jié)果如表5所示，機(jī)制砂混合料的抗滑性能更好，其摩擦系數(shù)是天然砂混合料的1.53倍。

表5 抗滑測(cè)試結(jié)果

2.5 結(jié)果分析

道路工程中在選擇集料時(shí)往往會(huì)選擇堿集料與瀝青拌合，作為路面材料進(jìn)行攤鋪修筑，瀝青與堿集料粘結(jié)的較好，而天然砂多是酸性氧化物，在拌合成型過(guò)程中，瀝青與天然砂的粘附性較差，在浸水和凍融循環(huán)作用下，與天然砂粘附較差的瀝青混合料，更容易被混合料中的水分浸入，破壞混合料中原有的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致瀝青從天然砂上剝落下來(lái)，降低其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，進(jìn)而表現(xiàn)為天然砂瀝青混合料的低溫抗裂性、水穩(wěn)定性較差；與此同時(shí)機(jī)制砂的表面棱角較多，而天然砂的集料顆粒表面較為平滑，瀝青混凝土路面主要承受行車(chē)荷載，在行車(chē)荷載的垂直壓力作用下，表面較為平滑的天然砂更容易被擠到瀝青混合料的粗集料孔隙間，而此時(shí)的表面棱角較多的機(jī)制砂，其棱角之間形成了嵌作用相互支撐，在承受外部荷載壓力作用下，其機(jī)制砂作為瀝青路面的細(xì)集料能有效提高抗滑性能，具有較好的高溫穩(wěn)定性。

3 結(jié) 論

本文通過(guò)車(chē)轍試驗(yàn)、低溫彎曲試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)和擺式摩擦儀試驗(yàn)，對(duì)分別以機(jī)制砂和天然砂為細(xì)集料的AC-16瀝青混合料高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性與抗滑性進(jìn)行試驗(yàn)研究，其試驗(yàn)結(jié)果旨在為瀝青混合料基礎(chǔ)試驗(yàn)研究及實(shí)際工程提供理論指導(dǎo)和參考。得到結(jié)論如下：

機(jī)制砂比天然砂瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性更好，其動(dòng)穩(wěn)定度DS是天然砂混合料的4.6倍。

機(jī)制砂瀝青混合料具有較好的低溫性能，機(jī)制砂混合料的抗彎拉強(qiáng)度、最大彎拉應(yīng)變分別大于天然砂瀝青混合料的20.0%、21.1%，彎曲勁度模量比天然砂小7.5%。

機(jī)制砂瀝青混合料抗水損害性能更好，其混合料的殘留強(qiáng)度比為78.3%。

機(jī)制砂混合料的抗滑性能更好，其摩擦系數(shù)是天然砂混合料的1.53倍。