不同巖性集料瀝青混合料路用性能對(duì)比研究

谷緒才 張禮 戴露

摘 要：為解決玉湛高速（廣西段）瀝青路面集料緊缺的困境，研究不同集料在瀝青路面下面層混合料中的適用性，對(duì)比閃長(zhǎng)巖、花崗巖、石灰?guī)r集料瀝青下面層混合料的性能。研究結(jié)果表明：采用閃長(zhǎng)巖、花崗巖粗集料和石灰?guī)r細(xì)集料的下面層瀝青混合料路用性能達(dá)到石灰?guī)r瀝青混合料的水平，可用于瀝青路面下面層的鋪筑。

關(guān)鍵詞：道路工程;集料巖性;瀝青混合料;路用性能;可行性

集料作為瀝青混合料的主要組成部分，其物理力學(xué)特性等對(duì)瀝青混合料的路用性能影響很大^[1-3]，然而集料指標(biāo)與巖性密切相關(guān)。閃長(zhǎng)巖為中性侵入巖，主要礦物為斜長(zhǎng)石，硬度較大，強(qiáng)度較高的物理力學(xué)性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)也比較穩(wěn)定?；◢弾r作為一種典型的酸性集料，與瀝青黏附性較差，通過(guò)增強(qiáng)花崗巖與瀝青的黏附能力提高瀝青混合料的性能，一直是花崗巖用于瀝青路面的研究重點(diǎn)^[4-5]，其細(xì)集料很少用于瀝青混合料，本文的對(duì)比方案中僅討論花崗巖用作粗集料的情況。

玉林至湛江高速公路廣西段位于廣西玉林地區(qū)，沿線有豐富的花崗巖和部分閃長(zhǎng)巖，石灰?guī)r很少。若采用石灰?guī)r集料，將大大增加工程成本，嚴(yán)重影響建設(shè)工期。結(jié)合地材情況，驗(yàn)證陸川縣花崗巖和閃長(zhǎng)巖在本工程的適用性很有必要。本文通過(guò)對(duì)比陸川縣閃長(zhǎng)巖、花崗巖和興業(yè)縣石灰?guī)r集料性質(zhì)、配合比設(shè)計(jì)及路用性能，驗(yàn)證閃長(zhǎng)巖和花崗巖在玉湛高速（廣西段）瀝青路面下面層可行性，為后續(xù)工程應(yīng)用提供借鑒和參考。

1集料性能對(duì)比分析

1.1 粗集料性能對(duì)比分析

在瀝青下面層中粗集料的物理力學(xué)等性能，對(duì)瀝青混合料的性能指標(biāo)影響大。通過(guò)對(duì)比粗集料的洛杉磯磨耗值、壓碎值、針片狀含量、與基質(zhì)瀝青的黏附，選擇滿足要求的集料并對(duì)比分析不同巖性集料的指標(biāo)差異。

不同巖性粗集料性能存在以下規(guī)律：1）壓碎值閃長(zhǎng)巖12.6%<石灰?guī)r18.9%<花崗巖20.3%≤28%;2）洛杉磯磨耗值閃長(zhǎng)巖8.6%<石灰?guī)r20.3%<花崗巖21.7%≤30%;3）針片狀顆粒含量石灰?guī)r10.9%<花崗巖11.0%<閃長(zhǎng)巖14.4%≤18%;4）花崗巖作為酸性集料，與瀝青的黏附性較差為4級(jí)，更容易遭受水的侵蝕，閃長(zhǎng)巖和石灰?guī)r均為5級(jí)。說(shuō)明閃長(zhǎng)巖硬度大，加工難度大于花崗巖和石灰?guī)r;優(yōu)質(zhì)的花崗巖性能指標(biāo)與石灰?guī)r接近。

對(duì)比規(guī)格9.5～13.2mm的三種不同巖性碎石集料的表觀相對(duì)密度和吸水率可知：1）表觀相對(duì)密度閃長(zhǎng)巖2.779>石灰?guī)r2.727>花崗巖2.663≥2.50;2）吸水率石灰?guī)r0.44%<花崗巖0.61%<閃長(zhǎng)巖1.12%≤3.0%。

閃長(zhǎng)巖、花崗巖、石灰?guī)r粗集料均滿足技術(shù)指標(biāo)要求。

1.2 細(xì)集料性能對(duì)比分析

由于花崗巖與基質(zhì)瀝青黏附性較差，細(xì)集料僅采用閃長(zhǎng)巖和石灰?guī)r（0～2.36）mm機(jī)制砂。不同巖性細(xì)集料性能具有以下規(guī)律：1）表觀相對(duì)度閃長(zhǎng)巖2.797>石灰?guī)r2.738≥2.5;2）亞甲藍(lán)值石灰?guī)r0.8g/kg<閃長(zhǎng)巖1.0g/kg≤25g/kg;3）棱角性（流動(dòng)時(shí)間）石灰?guī)r39.4s>閃長(zhǎng)巖32.6s≥30s。閃長(zhǎng)巖和石灰?guī)r的細(xì)集料潔凈程度、棱角性等指標(biāo)均滿足要求。

2 配合比設(shè)計(jì)

根據(jù)選用的集料確定4種方案：方案一粗細(xì)集料均為閃長(zhǎng)巖;方案二為閃長(zhǎng)巖粗集料+石灰?guī)r細(xì)集料;方案三為花崗巖粗集料+石灰?guī)r細(xì)集料;方案四粗細(xì)集料均為石灰?guī)r。對(duì)比礦料組成設(shè)計(jì)、油石比和馬歇爾試驗(yàn)指標(biāo)，分析不同集料對(duì)混合料性能的影響。

依據(jù)集料技術(shù)指標(biāo)確定礦料級(jí)配組成。針對(duì)閃長(zhǎng)巖針片狀含量高的情況，方案一和方案二適當(dāng)降低粗集料含量，增加細(xì)集料用量;當(dāng)采用閃長(zhǎng)巖粗集料和石灰?guī)r細(xì)集料時(shí)，為提高混合料的高穩(wěn)定性能，大于4.75mm的粗集料的含量增加了2.2%?；◢弾r粗集料是性能相對(duì)較差，當(dāng)指標(biāo)與選用的石灰?guī)r相差不大，礦料組成設(shè)計(jì)也接近。

集料為閃長(zhǎng)巖的最佳油石比為4.0%，高于其他方案，是因?yàn)殚W長(zhǎng)巖集料表面紋理粗糙，吸水率大。方案一的瀝青飽和度VFA為55.3%，不滿足項(xiàng)目技術(shù)要求;空隙率最大5.9%，接近上限值，說(shuō)明方案采用的閃長(zhǎng)巖不適用于本項(xiàng)目下面層細(xì)集料。四種方案的穩(wěn)定度從大到小依次為：方案一>方案二>方案四>方案三，雖然方案三的穩(wěn)定度最小，但與方案四相差不大，滿足技術(shù)要求。

3 不同巖性集料瀝青混合料性能對(duì)比研究

3.1 混合料水穩(wěn)性能對(duì)比分析

對(duì)馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果合格的方案二、方案三和方案四進(jìn)行最佳油石比下的浸水馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)和凍融劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)，分析不同方案瀝青混合料的水穩(wěn)定性能。

對(duì)比方案二、三、四的水穩(wěn)定試驗(yàn)結(jié)果可知：三個(gè)方案的水穩(wěn)定性都能滿足技術(shù)要求;方案四水穩(wěn)定性最優(yōu)，其次為方案二，方案三水穩(wěn)定性最差;方案二是水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果與方案四差別較小。

3.2 混合料高溫性能對(duì)比分析

車轍是高溫地區(qū)瀝青路面主要病害之一，對(duì)比三個(gè)方案最佳油石比條件下的動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)。

試驗(yàn)結(jié)果表明：三個(gè)方案動(dòng)穩(wěn)定試驗(yàn)結(jié)果均滿足技術(shù)要求;方案二的動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)平均值最大、變異系數(shù)最小，方案四次之，方案三最差。

4 結(jié)語(yǔ)

研究選用的閃長(zhǎng)巖、花崗巖和石灰?guī)r作各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足要求，其下面層瀝青混合料也能滿足高速公路瀝青路面錄用性能要求。

4.1 閃長(zhǎng)巖的密度最大，壓碎值、磨耗值指標(biāo)最優(yōu)，吸水率較大，針片狀顆粒含量大;

4.2 花崗巖指標(biāo)偏低，用于瀝青下面層時(shí)應(yīng)采用石灰?guī)r細(xì)集料提高混合料性能;

4.3 閃長(zhǎng)巖用作粗集料時(shí)油石比要高于石灰?guī)r和花崗巖;

4.4 粗細(xì)集料均為堿性石灰?guī)r的方案四水穩(wěn)定最優(yōu)，其次為閃長(zhǎng)巖粗集料+石灰?guī)r細(xì)集料的方案二，酸性粗集料花崗巖+石灰?guī)r細(xì)集料的方案三水穩(wěn)定性最差;

4.5 閃長(zhǎng)巖粗集料+石灰?guī)r細(xì)集料方案的動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)平均值最大、變異系數(shù)最小，石灰?guī)r次之，花崗巖粗集方案的最差。

參考文獻(xiàn)：

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