石灰?guī)r粗集料瀝青路面抗滑耐磨性能研究

周游

摘要：文章從石灰?guī)r集料的抗滑耐磨性能入手，研究了不同集料類型和級配下石灰?guī)r粗集料瀝青混合料的抗滑耐磨特性。結(jié)果表明：（1）石灰?guī)r的磨光、壓碎、磨耗以及沖擊性能均能滿足瀝青路面施工隊集料的技術(shù)要求;（2）相同磨耗圈數(shù)下，砂巖擺值>玄武巖擺值>石灰?guī)r擺值，并且擺值隨磨耗圈數(shù)呈冪函數(shù)降低;（3）通過對比四種級配下的擺值衰變規(guī)律，確定了最佳級配和油石比;（4）通過對實際工程試驗路段的檢測和效益分析可知，在最佳配比下，石灰?guī)r瀝青路面的抗滑性能較佳，且具有可觀的經(jīng)濟和社會效益，可在瀝青路面設(shè)計施工中合理應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：石灰?guī)r;抗滑耐磨;集料類型;級配;擺值

中圖分類號：U416.217A240864

0 引言

瀝青路面是高速公路的主要結(jié)構(gòu)形式，當前，普遍使用玄武巖[1]、砂巖[2]、輝綠巖[3]作為瀝青路面的粗集料，很少用到石灰?guī)r，這是因為工程界的普遍認知是石灰?guī)r瀝青路面的抗滑穩(wěn)定性不能滿足相關(guān)技術(shù)要求[4-5]。隨著玄武巖、輝綠巖等材料被大量消耗，材料價格也逐漸上升，使得工程成本大大增加，而石灰?guī)r的儲量巨大且分布較廣，可以大大緩解工程建設(shè)資金壓力，因此，研究石灰?guī)r粗集料瀝青路面抗滑耐磨性能具有十分重要的工程意義。

李菁若等對石灰?guī)r碎石篩選技術(shù)進行了研究，提出優(yōu)先選用白云石和石英含量較多的石灰?guī)r作為瀝青混合料的粗集料[6];周興林等通過試驗表明，在酸性環(huán)境下SMA-13的抗滑性能優(yōu)于AC-13，且在酸性腐蝕作用下石灰?guī)r瀝青混合料的抗滑性能較平常降低5%～10%[7];黎曉等對石灰?guī)r排水瀝青路面的攤鋪工序和性能進行了分析，結(jié)果表明，石灰?guī)r瀝青路面的各項性能均滿足技術(shù)要求[8]。目前，主要采用抗滑性能衰減率對瀝青混合料的抗滑穩(wěn)定性進行評估[9-10]，熊劍平等對石灰?guī)r瀝青混合料抗滑性能衰變特性進行了研究，對比分析AC-13及SMA-13混合料的抗滑衰變特性，并認為當石灰?guī)r集料的粒形接近球體或立方體時有助于混合料的抗滑穩(wěn)定性[11]。

目前，關(guān)于石灰?guī)r瀝青混合料抗滑性能的研究仍比較鮮見，本文首先從石灰?guī)r集料的抗滑耐磨性能入手，探討分析了不同集料類型和級配下石灰?guī)r粗集料瀝青混合料的抗滑耐磨特性，并從經(jīng)濟性、社會性各方面進行了對比，可為石灰?guī)r粗集料瀝青的推廣使用提供借鑒。

1 石灰?guī)r集料抗滑耐磨特性

影響瀝青路面抗滑耐磨性能的主要因素為集料性質(zhì)及集料級配，而瀝青路面中提供摩擦力的主要成分為混合料中的粗集料。因此，首先對取自某高速公路項目的石灰?guī)r粗集料進行磨光、壓碎、磨耗及沖擊性能試驗，測試石灰?guī)r本身的抗滑耐磨性能，其結(jié)果見表1。從表中可以看到：高速公路對集料的極限磨光值不超過42%，而在經(jīng)歷2次、3次和4次1 200圈磨光圈數(shù)后，石灰?guī)r集料的磨光值分別為34%、40.2%和40.87%，均低于42%，石灰?guī)r集料的磨光值在前期磨光量較大，但隨著磨光次數(shù)逐漸增大，后期的磨光值較小，這說明將石灰?guī)r集料應(yīng)用于高速公路瀝青路面，其抗滑性能能夠得到充分保證;隨著壓力荷載逐漸增大，石灰?guī)r粗集料的壓碎值基本呈線性增長，當壓力值達到700 kN后，其壓碎值僅為24.8%，符合規(guī)范中≤26%的相關(guān)要求，因此，將石灰?guī)r應(yīng)用于高速瀝青路面，其耐久性可以得到足夠的保障;磨耗損失值隨磨耗圈數(shù)的增加呈加速增大的變化特征，當磨耗圈數(shù)為1 200圈時，石灰?guī)r粗集料的磨耗損失為26%，<規(guī)范要求的28%限值，說明將石灰?guī)r粗集料應(yīng)用于瀝青路面時，其耐磨性能符合相關(guān)要求;沖擊值隨著沖擊次數(shù)的增加呈線性增長，當沖擊次數(shù)達到40次后，石灰?guī)r粗集料的沖擊值為27.2%，仍滿足規(guī)范要求的≤28%的相關(guān)要求，可見，石灰?guī)r瀝青路面的抗行車輪胎沖擊能力可以滿足相關(guān)技術(shù)要求。

2 石灰?guī)r瀝青混合料抗滑性能

2.1 集料的影響

分別對石灰?guī)r、玄武巖和砂巖這三種粗集料瀝青混合料的抗滑性能進行了對比分析，見圖1。從圖1中可以看到：隨著磨耗圈數(shù)的增加，瀝青混合料的擺值呈逐漸減小趨勢，且前期的下降幅度大于后期的下降幅度，這是因為前期瀝青薄膜消耗較快，當表層的瀝青薄膜磨光后，將由骨料承受磨耗，而骨料的抗磨耗能力要遠強于瀝青薄膜，故而后期的下降幅度減小;采用石灰?guī)r作為瀝青混合料時，磨耗圈數(shù)達到14 400圈后，擺值衰減呈穩(wěn)定狀態(tài)，而當采用玄武巖或砂巖作為瀝青混合料時，在磨耗圈數(shù)為7 200圈后，擺值呈穩(wěn)定衰減狀態(tài);相同磨耗圈數(shù)下，砂巖的擺值最大，玄武巖次之，石灰?guī)r最小;當未進行磨耗時，石灰?guī)r、玄武巖和砂巖的擺值分別為60.5、65.1和68.1，均滿足設(shè)計規(guī)范>56的要求，因此石灰?guī)r瀝青混合料的擺值符合相關(guān)功能要求。

2.2 級配的影響

試驗設(shè)計了四種不同級配的石灰?guī)r瀝青混合料，級配情況見圖2。級配1組的骨料粒徑主要集中于2.36～9.5 mm，達到63%;級配2組的骨料粒徑主要集中于2.36～13.2 mm，占比為65%;級配3組的骨料粒徑主要集中于4.75～13.2 mm，占比為68%;級配4組的骨料粒徑主要集中于9.5～13.2 mm，占比為76%。通過室內(nèi)試驗確定出四組級配下石灰?guī)r瀝青混合料的最佳油石比分別為5.6%、4.1%、6.3%和4.4%。

不同級配下石灰?guī)r瀝青混合料的擺值隨磨耗圈數(shù)變化情況見圖3。從圖中可以看到：不同級配下的擺值隨磨耗圈數(shù)的變化情況均比較相似，也是呈先快速降低，后穩(wěn)定減小的衰減狀態(tài)。磨耗初期，相同磨耗圈數(shù)下，級配4組的擺值最大，其次為級配3組，再次為級配2組，最小的為級配1組。可見，石灰?guī)r瀝青混合料的抗滑耐磨特性隨著骨料粒徑的增大而增大，隨著磨耗地繼續(xù)進行，四組的擺值均有不同程度降低，級配4組的擺值依然最大，但其余3組的擺值變化較為復(fù)雜，且相差不大。從試驗結(jié)果可以看出：級配對石灰?guī)r瀝青混合料的抗滑性有較大影響。

3 工程應(yīng)用分析

3.1 性能檢測

采用石灰?guī)r集料進行瀝青混合料的配制（級配4、最佳油石比4.4%，現(xiàn)場適當進行調(diào)整），并在某高速公路試驗路段（共200 m）進行鋪筑，然后對其抗滑性能參數(shù)（構(gòu)造深度、橫向應(yīng)力系數(shù)、擺值）進行檢測，結(jié)果見圖4。從圖中可以看到：在路面鋪筑完成后，各測試斷面的構(gòu)造深度均>0.5 mm，經(jīng)歷3年的運營后，構(gòu)造深度均有不同程度減小，平均減小幅度為32.1%，除了K60測試點構(gòu)造深度<0.5 mm外，其余測試點均>0.5 mm，可見，石灰?guī)r瀝青路面具有較好的耐磨性能。在最初鋪筑完成后，路面的橫向力系數(shù)分布較為均勻，沒有出現(xiàn)較大變化，這說明試驗路段鋪筑施工水平良好，且路段的抗滑能力比較接近（均>60，符合設(shè)計規(guī)范），路面運行3年后，橫向力系數(shù)有所降低，平均下降幅度為30%，但平均橫向力系數(shù)仍然有48.5，可見石灰?guī)r瀝青混合料具有較好的抗滑性能。瀝青路面的擺值要求>45，從圖4（c）中可以看到：運營前后的路面擺值均>45，且最初鋪筑的擺值與運營三年后的路面擺值相差不大，平均下降幅度僅為6.8%，可見，石灰?guī)r瀝青路面的抗滑耐磨性能優(yōu)良。

3.2 經(jīng)濟及社會效益

中國是世界上石灰?guī)r礦資源最為豐富的國家之一，而山西省的石灰?guī)r資源在全國也名列前茅，在高速公路基礎(chǔ)設(shè)施工程快速發(fā)展的當下，逐步轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的瀝青路面鋪筑形式，可以取得很好的經(jīng)濟和社會效益，其主要原因如下：

（1）采用石灰?guī)r石材可以大大節(jié)省運輸成本。由于玄武巖分布不均，且因為近些年來的大量使用，玄武巖石材的儲量已出現(xiàn)大幅下滑，若使用玄武巖，就不得不從遠處石材廠購買優(yōu)質(zhì)的玄武巖石材，結(jié)合某300 km瀝青高速公路為例，采用外地購買玄武巖石材的運輸費用大概為2 830萬元，而從沿線購采石灰?guī)r石材的運輸費用僅為1 215萬元，相比之下可以節(jié)約近一半的運輸費用。

（2）石灰?guī)r價格低廉，材料采購成本大幅減少。由于玄武巖的儲量較少，且開采難度較石灰?guī)r大，因此其單價較石灰?guī)r高，根據(jù)多家石材廠商的問價調(diào)查顯示，石灰?guī)r的平均單價較優(yōu)質(zhì)玄武巖的平均單價低約30%。

（3）石灰?guī)r能在沿線就地取材，可以促進公路沿線石材廠的發(fā)展，增加當?shù)氐木蜆I(yè)機會，對推動社會經(jīng)濟發(fā)展具有重要意義。

4 結(jié)語

（1）石灰?guī)r作為瀝青混合集料，其自身的磨光、壓碎、磨耗、及沖擊性能均能滿足相關(guān)規(guī)范要求。

（2）相同磨耗圈數(shù)下，砂巖的擺值最大，玄武巖次之，石灰?guī)r最小，且三者均滿足瀝青混合料對擺值的要求;級配對石灰?guī)r瀝青混合料的抗滑性有較大影響，在保證混合料拌和均勻及其他性能的前提下，適當增加骨料粒徑可以提高混合料的抗滑耐磨性。

（3）通過現(xiàn)場試驗路段的性能檢測，認為石灰?guī)r粗集料瀝青路面的構(gòu)造深度、橫向應(yīng)力系數(shù)、擺值等各項參數(shù)均滿足相關(guān)規(guī)范，且具有較高的經(jīng)濟和社會價值，值得在工程實踐中得到合理運用。

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收稿日期：2020-05-08