细集料对沥青混合料性能的影响

赵士中

（河北省高速公路石安管理处，河北 石家庄 050031）

0 引言

国内外大量研究表明，沥青混合料级配组成是沥青路面早期病害的关键影响因素之一。如果级配偏粗（粗集料偏多），很容易使混合料发生离析，导致局部空隙率过大，在水和交通荷载的共同作用下，沥青路面极易出现混合料松散和坑槽等病害；如果级配偏细（细集料偏多）则会使混合料高温性能减弱，沥青路面容易发生车辙、拥包和泛油等病害。在矿料级配中，粗集料的作用是形成骨架结构，细集料的作用是填充粗集料形成的空隙使整个矿料级配拥有较大的密实度。但是细集料除了填充作用外，还具有对粗集料骨架的干涉作用，因而细集料的含量对沥青混合料的性能至关重要。

1 集料级配的选择

本文所做试验粗集料为5～10mm辉绿岩和10～15mm辉绿岩，细集料选用0～3mm石灰岩机制砂，矿粉选用石灰岩磨细矿粉。集料各项技术性能按照《公路工程集料试验规程》（JTG E42—2005）进行了试验，试验结果见表1和表2。沥青选用SBS改性沥青，各项技术指标按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ 052—2000）进行了试验，试验结果见表3。

表1 粗集料的技术指标

表2 细集料的技术指标

表3 SBS改性沥青的技术指标

2 试验与结果分析

2.1 级配配比与试验方案

集料级配按照AC—10级配要求进行配比，以2.36mm和1.18mm粒径的集料通过率为控制指标，选定AC—1至AC—8这8种级配，级配配比见表4，级配曲线见图1和图2。然后分别采用表干法和水中重法测试沥青混合料试件的空隙率，并进一步计算混合料的VMA和VFA值；采用车辙试验测得动稳定度来评测细集料对沥青混合料高温稳定性的影响程度；采用沥青混合料劈裂试验测得沥青混合料的劈裂强度。

表4 级配方案表

表4 （续）

图1 AC—1至AC—4级配曲线

图2 AC—5至AC—8级配曲线

2.2 细集料对沥青混合料体积特性的影响

对2.1中各试验级配进行马歇尔击实试验，为减少试验次数，油石比取固定值。试验击实温度为160℃，双面各击实75次，用真空法测得理论密度，用水中重法测得试件密度，进而计算得出孔隙率（VV）、矿料间隙率（VMA）以及沥青饱和度（VFA）。试验结果见表5，不同级配孔隙率对比见图3。

表5 混合料击实试验结果

表5 （续）

图3 不同级配类型孔隙率对比

通过表5和图3可以清楚地看出：增加2.36mm粒径细集料孔隙率会明显增大，相对2.36mm粒径而言，1.18mm粒径细集料对孔隙率的影响明显小很多。试验结果表明：2.36mm粒径的细集料对混合料的体积特性影响较大。

2.3 细集料对沥青混合料高温性能的影响

本文采用我国工程实践中普遍使用的车辙试验来评价分析2.36mm颗粒和1.18mm颗粒对沥青混合料高温稳定性的影响程度。沥青混合料车辙试验是在一定温度条件下，板状试件在受一定荷载的试验轮的反复碾压下，每产生1mm变形试验轮所需行走次数，并将之称为动稳定度（DS）。

式中：DS为沥青混合料的动稳定度（次/mm）；d45为第45min末的变形量（mm）；d60为第60min末试变形量（mm）；N为试验轮行走速度（次/min）；C1为试验机型修正系数，曲柄连杆驱动为1.0，链驱动试验轮为1.5；C2为试件系数，室内300mm宽试件为1.0，路面切割150mm宽试件为1.5。

按照固定油石比成型各配合比的车辙试件，根据《沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ 052—2000）进行车辙试验，试验温度为60℃，试验结果汇总于表6，各级配的动稳定度对比见图4。

表6 车辙试验结果

图4 各级配的动稳定度对比

通过图 4 可以看出 A2＞A1＞A3＞A4，A6＞A7＞A5＞A8，这说明随着细集料通过率的变化动稳定度的变化会出现一个峰值，继而会连续变化。相对比而言，粒径为1.18mm的细集料对动稳定度影响大一些，波动明显。

2.4 细集料对沥青混合料低温性能的影响

由于沥青混合料低温弯曲试验具有操作简单、对仪器要求不高的特点，我国《公路工程沥青路面施工技术规范》将其作为评定各级配沥青混合料低温抗裂性能的试验。试验按照固定油石比成型各配合比的车辙试件，并将其切割成长为(250±2)mm、宽为(30±0.5)mm、高为(35±2.0)mm 的棱柱体试件，晾干后空气浴保温6h。然后可进行小梁弯曲试验，试验温度分别为0℃和-20℃，试验仪器采用万能材料试验机，加载速率为50mm/min，测得各级配的弯拉强度见表7，弯拉强度对比见图5。

从图5可以清楚地看出：当温度降低时混合料的弯拉强度明显降低；随着粒径为2.36mm的细集料通过率的变化，混合料弯拉强度有所变化，但不是十分明显；随着粒径为1.18mm的细集料通过率的降低，混合料弯拉强度也有降低的趋势，但在-20℃下变化趋于平缓，说明细集料较多时混合料具有更好的低温性能。

表7 各级配的弯拉强度

图5 弯拉强度对比

3 结论

本文针对AC—10沥青混合料，在基于其骨架形成的基础上，以2.36mm和1.18mm粒径的集料通过率为主要控制指标设计了8种不同级配，分析了两种粒径的细集料对沥青混合料的体积性能、高温稳定性和低温稳定性的影响情况，得出以下结论：

（1）混合料的体积特性受2.36mm粒径集料的影响较大，而且通过率越大，孔隙率越大；

（2）混合料的高温稳定性会随着细集料的变化出现一个峰值，粒径为1.18mm的细集料对高温稳定性影响明显；

（3）温度降低时低温稳定性会明显下降，细集料较多时混合料具有更好的低温性能，而且1.18mm粒径的细集料在低温下对混合料低温性能有所改善。

[1]JTG E20—2011，公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S].

[2]JTJ 058—2000，公路工程集料试验规程[S].

[3]许志鸿，刘红，王宇辉，等.细集料对沥青混合料性能的影响[D].上海：同济大学，2001.

[4]申爱琴，蒋庆华.沥青混合料低温抗裂性能评价及影响因素[J].长安大学学报，2004，24（5）：1-6.