抗滑表層機制砂瀝青混合料AC-13的組成及性能分析

陸賢芬 覃婷 覃金壽

文章采用馬歇爾法，確定了瀝青混合料AC-13的最佳油石比，并評價分析了石灰?guī)r機制砂、輝綠巖機制砂及其規(guī)格對抗滑表層瀝青混合料AC-13的組成及性能的影響。結(jié)果表明：石灰?guī)r機制砂瀝青混合料AC-13的2.36 mm、0.6 mm、0.075 mm的通過率分別為23.1%、13.7%、6.7%時，最佳油石比為4.6%;輝綠巖機制砂瀝青混合料AC-13的2.36 mm、0.6 mm、0.075 mm的通過率分別為27.7%、14.9%、7.0%時，最佳油石比為4.9%;相對輝綠巖機制砂瀝青混合料AC-13，石灰?guī)r機制砂瀝青混合料AC-13的動穩(wěn)定度、凍融劈裂抗拉強度比、粘聚力分別提高了13.3%、21.2%、3.4%;相同輝綠巖粗集料條件下，石灰?guī)r機制砂瀝青混合料AC-13的抗剪強度、抗滑性能相對更優(yōu)。

機制砂;瀝青混合料;路用性能;抗剪強度;抗滑性能

U416.02A060194

0 引言

廣西高速公路AC類瀝青路面抗滑表層高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性能優(yōu)良，但抗滑性能衰減較快。

抗滑表層瀝青路面用粗集料多為廣西田東、大化、龍勝等地產(chǎn)的輝綠巖碎石，細(xì)集料則多為石灰?guī)r石屑，而瀝青混合料的組成設(shè)計最重要的一個環(huán)節(jié)在于細(xì)集料、填料、油石比的用量設(shè)計。細(xì)集料在瀝青混合料中起到填充作用，影響瀝青混合料的膠（砂）漿性能，也影響瀝青混合料的密實性與高溫穩(wěn)定性[1-9]。細(xì)集料中含砂的成分相對越多，瀝青混合料越容易密實。為了探索不同巖性機制砂對抗滑表面層瀝青混合料AC-13組成設(shè)計及性能的影響，本文選擇圓錐式破碎機加工的輝綠巖普通機制砂、白色石灰?guī)r普通機制砂作為細(xì)集料，粗集料選用同一種巖性和規(guī)格的輝綠巖，其試驗結(jié)果可為廣西高速公路表面層瀝青混合料選材設(shè)計提供參考。

1 原材料

1.1 原材料

1.1.1 基質(zhì)瀝青

考慮到改性瀝青可能掩蓋不同巖性機制砂對瀝青混合料的組成及性能影響，本文選用殼牌70#A級道路石油瀝青，其測試結(jié)果如下頁表1所示。

1.1.2 礦料

碎石1#（10～15 mm）、碎石2#（5～10 mm）為大化巖灘產(chǎn)的輝綠巖粗集料，細(xì)集料有上林洋渡石灰?guī)r普通機制砂3#（0～3 mm），大化巖灘輝綠巖普通機制砂4#（0～3 mm），集料密度測試結(jié)果如表2所示，篩分結(jié)果如表3所示。

填料采用廣西某石場提供的石灰?guī)r礦粉5#，其測試結(jié)果如表4所示。

1.2 抗滑表層普通機制砂瀝青混合料AC-13的配合比設(shè)計

1.2.1 級配設(shè)計

通過比對選擇，兩種不同巖性普通機制砂瀝青混合料AC-13的礦料設(shè)計如表5所示，其中，石灰?guī)r普通機制砂抗滑表層瀝青混合料的礦料組成設(shè)計為碎石1#（10～15 mm）：碎石2#（5～10 mm）：石灰?guī)r普通機制砂3#（0～3 mm）：礦粉5#=38∶34∶25∶3;輝綠巖機制砂抗滑表層瀝青混合料的礦料組成設(shè)計為碎石1#（10～15 mm）：碎石2#（5～10 mm）：輝綠巖普通機制砂4#（0～3 mm）：礦粉5#=33∶34∶30∶3。

1.2.2 最佳油石比的確定

采用馬歇爾試驗進行瀝青混合料最佳油石比確定，結(jié)合相關(guān)實體工程，將油石比4.8%作為中值，以0.5%進行等間隔變化，即制備5組，油石比分別為3.8%、4.3%、4.8%、5.3%、5.8%，石灰?guī)r普通機制砂抗滑表面層瀝青混合料AC-13的馬歇爾試驗結(jié)果如表6所示。

從表6可以看出，隨著油石比的增加，石灰?guī)r普通機制砂瀝青混合料AC-13的空隙率逐漸降低，飽和度逐漸增大。根據(jù)表6數(shù)據(jù)，采用插值法擬合，得到目標(biāo)空隙率4.2%對應(yīng)的油石比OAC1為4.6%;各指標(biāo)符合瀝青混合料技術(shù)要求的油石比范圍OACmin～OACmax的平均值OAC2為4.65%，石灰?guī)r普通機制砂抗滑表層瀝青混合料AC-13的最佳油石比為4.6%。同理，按照上述方法，確定輝綠巖普通機制砂抗滑表層瀝青混合料AC-13的最佳油石比為4.9%。

按最佳油石比，兩種不同巖性普通機制砂抗滑表層瀝青混合料AC-13的馬歇爾試驗結(jié)果如表7所示。

從表7可以看出，石灰?guī)r普通機制砂、輝綠巖普通機制砂瀝青混合料AC-13最佳油石比分別為4.6%、4.9%時，AC-13的空隙率、飽和度、間隙率、穩(wěn)定度以及流值技術(shù)指標(biāo)均滿足技術(shù)要求。

2 不同巖性普通機制砂抗滑表面層瀝青混合料AC-13的性能檢驗

2.1 高溫穩(wěn)定性檢驗

采用輪輾成型機分別成型兩種不同巖性普通瀝青混合料AC-13的塊狀試件，輪輾成型后，在室溫冷卻放置12 h，放在60 ℃恒溫室保溫5 h，在0.7 MPa輪壓作用下進行車轍試驗，以評定其抗永久變形能力，車轍試驗結(jié)果如表8所示。

從表8可以看出，石灰?guī)r普通機制砂瀝青混合料AC-13的動穩(wěn)定度較輝綠巖普通機制砂瀝青混合料AC-13的提高了13.3%。4.6%的油石比下，石灰?guī)r普通機制砂瀝青混合料AC-13的空隙率為4.2%，石灰?guī)r普通機制砂細(xì)集料用量為25%，相對而言，與輝綠巖普通機制砂瀝青混合料AC-13相比，4.9%的油石比下，當(dāng)輝綠巖普通機制砂用量為30%時，石灰?guī)r普通機制砂瀝青混合料AC-13粗集料的用量應(yīng)相應(yīng)增加，動穩(wěn)定度也有所提高。

2.2 水穩(wěn)定性檢驗

2.2.1 浸水馬歇爾試驗

分別設(shè)計兩種不同巖性普通機制砂瀝青混合料AC-13標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件，一組試件于60 ℃恒溫水槽中保溫0.5 h，一組試件于60 ℃恒溫水槽中保溫48 h，其余步驟與馬歇爾試驗一致，浸水馬歇爾試驗結(jié)果如表9所示。

從表9可以看出，石灰?guī)r普通機制砂瀝青混合料AC-13、輝綠巖普通機制砂瀝青混合料AC-13浸水馬歇爾穩(wěn)定度都>10 kN，相對輝綠巖普通機制砂瀝青混合料AC-13，石灰?guī)r普通機制砂瀝青混合料AC-13的浸水殘留穩(wěn)定度提高了9.6%。

2.2.2 凍融劈裂試驗

在最佳油石比下，分別成型擊實次數(shù)為50次的兩種不同巖性普通機制砂瀝青混合料AC-13馬歇爾試件，其凍融劈裂試驗測試結(jié)果如表10所示。

從表10可以看出，4.6%油石比下石灰?guī)r普通機制砂瀝青混合料AC-13凍融劈裂抗拉強度比較4.9%油石比下輝綠巖普通機制砂AC-13瀝青混合料提高了21.2%，石灰?guī)r機制砂屬于堿性材料，輝綠巖機制砂屬中性材料，堿性的石灰?guī)r機制砂細(xì)集料形成瀝青膠漿的黏度相對更大，瀝青混合料的水穩(wěn)性能相對更優(yōu)。

2.3 普通機制砂瀝青混合料 AC-13的抗剪強度

瀝青混合料是一種較復(fù)雜的多相體系，根據(jù)傳統(tǒng)強度理論，內(nèi)摩擦角φ和粘聚力c提供瀝青混合料的強度，可以用庫侖內(nèi)摩擦理論來解釋。本文通過無側(cè)限抗壓強度和抗拉強度可以換算得到普通機制砂瀝青混合料內(nèi)摩擦角φ和粘聚力c。為了保證成型方式和試件尺寸都采用同一種標(biāo)準(zhǔn)，其中無側(cè)限抗壓強度和抗拉強度采用標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件，分別按照規(guī)范規(guī)定方法進行試驗，試驗結(jié)果如表11所示。

從表11可以看出，4.6%油石比下石灰?guī)r普通機制砂瀝青混合料AC-13的抗壓強度、劈裂強度、粘聚力、內(nèi)摩擦角較4.9%油石比下輝綠巖普通機制砂瀝青混合料的大，其中，粘聚力相對增大3.4%，內(nèi)摩擦角相對增大1.52°，說明石灰?guī)r普通機制砂AC-13瀝青混合料抗剪強度相對更高。

2.4 普通機制砂瀝青混合料AC-13的抗滑性能

為了測試不同巖性普通機制砂抗滑表層瀝青混合料AC-13抗滑能力，按照規(guī)范規(guī)定方法測其構(gòu)造深度，首先根據(jù)輪輾法按最佳油石比制作瀝青混合料試塊，采用鋪砂法測試塊表面構(gòu)造深度，其測試結(jié)果如表12所示。

從表12可以看出，石灰?guī)r普通機制砂瀝青混合料AC-13的構(gòu)造深度相對較輝綠巖普通機制砂瀝青混合料AC-13提高了24%。同一種規(guī)格粗集料，輝綠巖普通機制砂瀝青混合料AC-13的輝綠巖粗集料碎石用量為67%，石灰?guī)r普通機制砂瀝青混合料AC-13輝綠巖粗集料碎石用量為72%，后者用量相對較多，可形成更大的構(gòu)造深度，能提高表面層瀝青路面的抗滑性能。

3 結(jié)語

（1）抗滑表層瀝青混合料AC-13組成設(shè)計宜采用石灰?guī)r機制砂作細(xì)集料。

（2）抗滑表層石灰?guī)r機制砂瀝青混合料AC-13的9.5 mm、4.75 mm、2.36 mm、0.6 mm、0.075 mm的通過率宜分別為68%、34%、24%、14%、6.5%。

[1]譚淑芳，鄧廷權(quán).細(xì)集料組成對瀝青混合料的密實性影響分析[J].西部交通科技，2014（5）：11-14.

[2]馮曉萍.輝綠巖瀝青混凝土AC-13C路用性能試驗研究[J].山西建筑，2015（16）：109-110.

[3]楊玉芝，王佳康.機制砂瀝青混合料路用性能的研究[J].低溫建筑技術(shù)，2016（5）：30-31.

[4]謝百慧.細(xì)集料對瀝青混合料路用性能影響研究[J].交通科技與經(jīng)濟，2015（3）：109-111.

[5]陳 璟.細(xì)集料敏感篩孔的判定研究[J].公路，2010（3）：154-158.

[6]申來明，楊海峰，房士偉.空隙率隨機制砂關(guān)鍵篩孔的變化規(guī)律研究[J].筑路機械與施工機械化，2016（2）：52-56.

[7]何 軍，陳 寧.廣西不同巖性細(xì)集料SMA-13瀝青混合料的性能對比分析[J].西部交通科技，2019（5）：64-67.

[8]王 模.海南萬洋高速花崗巖集料[J].山西建筑，2019（12）：89-90.

[9]房士偉.機制砂在瀝青混合料中的適用性研究[D].西安：長安大學(xué)，2015.