細集料巖性對瀝青混合料抗水損能力影響研究

房萬山

(黑龍江省高速公路建設局，黑龍江 哈爾濱 150036)

0 引 言

近年來瀝青路面在運營期間內出現了更多的早期病害，對于一些早期病害如麻面、坑槽、網裂、松散等，學者們普遍認為與水有著間接或者直接的關系，因而水是道路瀝青路面產生病害的主要形式之一，路面的水損害主要是水侵入瀝青與集料的臨界面使集料松散無法形成密實結構，而作為集料重要組成之一的細集料，其巖性對瀝青混合料的水穩性起到一定的影響作用。我國目前使用瀝青混合料多為以較好耐久性和路面平整度的密集配瀝青混合料(AC)與具有良好抗車轍性和耐久性的瀝青瑪蹄脂碎石混合料(SMA)兩種，本文選取AC-13與SMA-13瀝青混合料為研究對象，對比分析石屑、天然砂、石灰石機制砂、玄武巖機制砂等四種細集料對兩類瀝青混合料水穩定性的影響，進而確定合適的細集料以減輕瀝青路面的水損害破壞程度，為實際工程提供相應理論參考。

1 試驗概況

1.1 瀝青性能

瀝青采用70#基質瀝青，通過瀝青針入度試驗、延度試驗以及軟化點試驗測得瀝青三大指標見表1所示。

1.2 粗集料與礦粉

石灰巖(技術指標見表2)為粗集料。礦粉為石灰巖研磨粉。所用材料均能滿足規范的相關要求。

表1 70#基質瀝青三大指標試驗結果

表2 粗集料技術指標

1.2 細集料性質

為了了解石屑、天然砂、機制砂等原材料的顆粒組成情況，對其進行了篩分試驗，主要篩孔篩分結果見表3所示。

表3 細集料主要篩孔篩分結果

(2)細集料密度按照試驗規程T0330進行試驗，各檔細集料表觀密度按照規范T0328進行試驗，試驗結果分別列于表4和表5。

表4 細集料原料密度及吸水率

注：γa、γs、γb、wx分別表示細集料表觀相對密度、表干相對密度、毛體積相對密度、吸水率。

表5 各檔細集料表觀相對密度

1.3 瀝青混合料配合比設計

瀝青混合料采用SMA-13與AC-13兩種類型，所用級配見表6所示。

表6 瀝青混合料級配類型

1.4 最佳油石比確定

采用馬歇爾穩定度試驗確定兩類瀝青混合料的最佳油石比，SMA-13瀝青混合料與AC-13瀝青混合料最佳油石比分別為5.8%、4.3%。

1.5 試驗方法

采用凍融劈裂試驗評價瀝青混合料的水穩性能，測定試驗試件在受到水損害前后的劈裂破壞強度比值，以判斷混合料的抗水損能力。試驗試件應采用馬歇爾擊實法制成的直徑為101.mm±0.25、高63.5±1.3 mm的圓柱體試樣，雙面擊實各50次。將試件隨機分為兩組，第一組試件在常溫下保存備用，第二組試件真空飽水放入恒溫冰箱保持16 h后放入60 ℃水槽中保溫24 h，最后將兩組試件浸入25 ℃的水箱中保溫2 h，到達規定時間后取出并進行劈裂試驗。

圖1 凍融劈裂試驗

2 水穩性能試驗結果分析

2.1 4種SMA-13瀝青混合料水穩定性試驗

采用擊實試驗成型方式依次制作石屑類、天然砂類、石灰巖機制砂類、玄武巖機制砂類瀝青混合料試件，分別測出4種瀝青混合料試件的最大荷載(PT)、劈裂抗拉強度(RT)以及凍融劈裂試驗強度比值(TSR)，試驗結果見表7。

表7 摻加4種細集料下的SMA-13凍融劈裂試驗對比結果

由表7可知：凍融劈裂強度比越大，混合料水穩性能越優越。對比4種SMA-13瀝青混合料的凍融劈裂強度比可以發現，其TSR值大小排列依次為：玄武巖機制砂類瀝青混合料(91.7)>石灰巖機制砂類瀝青混合料(84.4)>天然砂類瀝青混合料(78.7)>石屑類瀝青混合料(72.5)。玄武巖機制砂類、石灰巖機制砂類、天然砂類等3種瀝青混合料的凍融劈裂強度比均滿足水穩定性檢驗技術要求(TSR>75%)，且玄武巖機制砂類瀝青混合料的凍融劈裂比最大，說明其瀝青混合料的抗水損害能力最強，混合料水穩定性最好。石屑類瀝青混合料凍融劈裂強度比最小，且不滿足規范要求，推薦選用其它三種瀝青混合料。

2.2 4種AC-13瀝青混合料水穩定性試驗

分別成型摻加4種細集料的AC-13瀝青混合料試件，計算并對比4種瀝青混合料的TSR值，試驗結果見表8。

表8 摻加4種細集料下的AC-13凍融劈裂試驗對比結果

由表8可知：4種AC-13類瀝青混合料的TSR值大小排列為石灰巖機制砂類瀝青混合料(75.8)>天然砂類瀝青混合料(69.8)>石屑類瀝青混合料(58.6)>玄武巖機制砂類瀝青混合料(52.2)，相比于其它三種瀝青混合料，石灰巖機制砂類混合料擁有最大的TSR值且是玄武巖機制砂TSR值的1.45倍，兩種機制砂的差別較大，原因在于石灰石機制砂的特殊巖性性質使AC-13密集配集料與基質瀝青粘附性增強，從而使其瀝青混合料水穩性能提高。石屑與玄武巖機制砂對密集配瀝青混合料水穩定性改善效果較差，建議使用石灰巖機制砂細集料制作AC類密集配瀝青混合料。

3 結 論

本文主要選用石屑、天然砂、石灰巖機制砂、玄武巖機制砂等4種不同巖性的細集料，研究瀝青混合料中細集料的巖性對瀝青路面水穩性能的影響，通過凍融劈裂試驗破壞強度比值為對照數據進行分析，其試驗結果旨在為瀝青混合料基礎試驗研究及實際工程提供理論指導和參考。得到結論如下：

(1)對比四種SMA-13瀝青混合料，使用玄武巖機制砂對瀝青混合料水穩定性改善效果最好，瀝青混合料最大的凍融劈裂強度比可達到91.7%。

(2)相比于其它三種AC-13瀝青混合料，摻加石灰巖機制砂的瀝青混合料具有最高的TSR值，瀝青混合料的抗水損害能力最強，其凍融劈裂強度比可達到75.8%。

(3)四種細集料的巖性對瀝青混合料水穩性能的影響與混合料級配類型密切相關，選擇集料時要注意與混合料級配相匹配。