沥青混合料抗冻性、水稳定性影响因素试验研究

曹喜军，曹春梅

(1.吉林省交通规划设计院;2.吉林省交通科学研究所)

沥青路面在低温下有两种破坏形式，一种是收缩开裂，另一种是在有水条件下的冻融破坏，受冻融作用沥青混合料孔隙率发生变化，沥青与集料粘附性降低，导致沥青路面的强度和稳定性降低，表现出坑槽、松散等破损。目前，国内对沥青路面低温性能的研究主要是沥青混合料低温开裂方面，而对于沥青混合料抗冻性的研究则相对较少。根据气象资料调查可知，季冻区路面一年中大约要经历十几次的冻融循环，一些沥青路面到春融期会出现许多坑槽和松散破坏，这都与混合料的抗冻性有关，所以，研究沥青混合料的抗冻性能是非常必要的，通过室内试验对沥青混合料抗冻性影响因素进行讨论。

1 粗集料视密度、吸水率对沥青混合料抗冻性的影响

同一种岩性的石料因产地不同会导致集料密度、吸水率的不同，为探讨不同视密度、吸水率的粗集料对沥青混合料抗冻性的影响，选用5种不同的集料，分别为吉林辽源，九台九龙、净月沈后、九台嘉鹏、双阳鑫星，对石料的视密度、吸水率进行试验，并按表1中AC-16所列集料级配进行混合料配合比设计，测混合料的空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度试验结果见表2，并对试件进行马歇尔、浸水马歇尔、25℃劈裂、冻融后25℃劈裂及0℃劈裂试验，来评价沥青混合料的抗冻性，试验结果见表3。

表1 混合料中集料级配

沥青混合料AC-16设计孔隙率为3% ～5%，从表2和表3中可得出以下结论。

矿料视密度的变化(2.69～2.87 kg/cm3)对混合料的抗冻性和水稳定性影响不大，如吉林辽源粗集料的视密度为2.69 kg/cm3，双阳鑫星视密度为2.85 kg/cm3，密度相差0.16 kg/cm3，0℃劈裂双阳鑫星大于吉林辽源，而冻融后25℃劈裂吉林辽源大于双阳鑫星，马歇尔残留强度比两者几乎相当。所以，粗集料的视密度在满足现行规范要求的前提下，对沥青混合料的抗冻性和水稳性影响较小。

表2 五种粗集料及沥青混合料指标

表2中粗集料的吸水率分别为0.4% ～1.8%，对应的混合料的抗冻指标和水稳性指标相差不大，从理论上讲，集料的吸水率大，集料吸油率大且表面油膜较厚，有利于抗冻和增强水稳定性，但在试验中并没有体现出来。所以，粗集料的吸水率对沥青混合料抗冻性和水稳性影响不大，满足相应规范要求即可。

表3 不同粗集料沥青混合料抗冻及水稳性试验指标

2 不同的细集料对沥青混合料抗冻性和水稳性影响

采用相同的级配，细集料分别采用石灰岩石屑、玄武岩石屑、天然砂制作沥青混合料试件，进行马歇尔、浸水马歇尔、25℃劈裂、冻融后25℃劈裂及0℃劈裂试验，试验结果见表4。

从试验结果看，石灰岩石屑混合料的抗冻性和水稳性好于天然砂和玄武岩石屑，所以沥青混合料为提高其抗冻性和水稳性应优先选用石灰岩石屑做细集料。

3 碱性石料(石灰岩)和中性石料(鞍山岩)的抗冻性和水稳性试验

按表1中集料级配进行混合料配合比设计，对沥青混合料进行抗冻性和水稳定性试验，试验结果见表5。

表4 不同细集料沥青混合料抗冻及水稳性指标

表5 不同岩性粗集料沥青混合料抗冻及水稳性指标

从表中可以看出，碱性石料石灰岩(嘉诚石料、中兴石料、四平石料)的抗冻性和水稳性要好于中性石料鞍山岩(辽源石料、嘉鹏石料、净月石料、九龙石料)。抗冻性和水稳性同时也好于掺外掺剂的中性石料鞍山岩，说明沥青路面结构用石灰岩的可提高沥青路面的抗冻性和水稳性。

4 沥青混合料中掺入抗剥落剂、白灰、水泥对混合料抗冻性、水稳性的影响

选用鞍山岩九龙石料进行混合料掺外掺剂的抗冻性和水稳定性试验，在混合料中分别加入抗剥落剂、白灰、水泥、白灰加抗剥落剂、水泥加抗剥落剂进行混合料的残留马歇尔稳定度，0℃劈裂及冻融劈裂试验，试验结果见表6。

表6 外掺剂对沥青混合料抗冻及水稳性的影响

表中抗剥落剂的掺量为混合料的4‰，白灰和水泥的掺加量分别为混合料的2%，根据试验结果得出如下结论。

沥青混合料中掺入白灰、水泥、抗剥落剂、白灰加抗剥落剂、水泥加抗剥落剂可有效提高沥青混合料水稳定性;掺入水泥或抗剥落剂能显著提高抗冻性;掺入水泥加抗剥落剂水稳定性和抗冻性均降低。

所以，在沥青混合料中单掺水泥或抗剥落剂能够显著提高抗冻性和水稳定性，但长期效果还需进一步验证。

5 结论

通过试验研究得到以下结论:

(1)粗集料的视密度和吸水率对沥青混合料的抗冻性和水稳定性影响不大;(2)石灰岩石屑做细集料的沥青混合料抗冻性和水稳定性较好;(3)碱性石料可提高沥青混合料的抗冻性和水稳定性;(4)从试验结果看，单掺水泥或单掺抗剥落剂能够显著提高抗冻性和水稳定性。

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