河砂作细集料在沥青路面中的应用研究

张彦君

(山西远方路桥(集团)有限责任公司　大同　 037006)

河砂作细集料在沥青路面中的应用研究

张彦君

(山西远方路桥(集团)有限责任公司大同 037006)

摘要河砂与石屑具有很好的互补性，适当掺量能够减小骨料之间的摩擦阻力，改善混合料的压实性能与路用性能。文中级配设计时采用18%的河砂完全代替细集料，并通过室内马歇尔试验方法，确定最佳油石比为4.7%；室内性能检验表明沥青混合料具有良好的水稳定性与高温性能；实体工程检测结果表明，现场施工的级配、油石比、厚度、压实度及路表性能都能够满足规范要求，证明混合料具有良好的施工和易性。

关键词沥青路面沥青混合料细集料河砂

细集料是沥青混合料的重要组成部分，其比例与性质会对混合料的路用性能产生较大影响。研究表明，表面粗糙、棱角分明、针片状含量低、强度高的细集料，拌和压实成型后，石料颗粒之间具有良好的嵌挤作用，能够有效提高混凝土的强度与稳定性；而表面光滑、棱角性差、针片状含量高、强度低的细集料经过拌和压实成型后，石料颗粒之间嵌挤作用较差，在外部荷载作用下积极出现滑移，从而导致混凝土出现变形破坏，迅速降低其强度[1]。

目前，常用的沥青混合料细集料有机制砂、石屑与天然砂3种[2]。机制砂表面粗糙、棱角分明，但价格较高，应用范围较小；石屑粉尘多、强度低、扁片和碎土含量高、施工性能差，但价格便宜、方便取材，应用较为广泛；天然砂包括河砂、海砂和山砂，河砂表面光滑、易于压实，但掺量较高时会对混合料高温性能产生不利影响；河砂与石屑具有很好的互补性，适当掺量的河砂能够改善混合料的压实性能与路用性能，因此对河砂在沥青混合料中的应用进行研究具有重要意义。谢兆星等[3]研究了不同天然砂含量对沥青混合料性能的影响分析；徐志辉[4]通过改变天然砂掺量，研究混合料的性能，确定出最优的天然砂掺量。

本文结合实体工程与室内试验研究，以河砂为细集料，选用AC-20 2种混合料，研究河砂完全代替细集料对沥青混合料性能的影响，为以后的工程设计与施工提供技术支撑。

1混合料原材料性能检测

1.1　沥青

由于该路段为重交通路段，对沥青混凝土路面的高温性能、水稳定性等路用性能要求较高，因此选用SBS 1-D型沥青作为胶结料，其技术指标见表1。

表1　SBS改性沥青技术指标

1.2　集料

(1) 粗集料。粗集料选用石灰岩，细集料全部采用河砂代替，河砂必须满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中的要求，尤其是吸水率指标必须小于2%。根据《公路工程集料实验规程》[5]中的试验方法检测集料的主要技术性质，检测结果见表2。

表2　集料试验检测结果

检测各档集料密度，以计算最大理论密度，检测结果见表3。

表3　密度检测结果

(2) 矿粉。本次选用的矿粉由石灰岩磨制而成，检测结果见表4。

表4　矿粉试验结果汇总表

1.3　外掺剂

由于河砂为弱碱性集料，与沥青的粘附性较差，特在混合料中掺加2%(外掺法)的水泥作为抗剥落剂，以改善沥青与集料粘附性。水泥选用32.5普通硅酸盐水泥，其技术指标见表5。

表5　水泥技术指标

2配合比设计

2.1　级配设计

对各档集料进行水洗筛分,筛分结果见表6。

表6　集料筛分结果

根据上述筛分结果及《公路沥青路面施工技术规范》[6]，并借鉴Superpave配合比设计方法，进行AC-20型沥青混合料级配的优化与确定。以4.75 mm与9.5 mm为关键筛孔，严格控制其通过率，保证混合料级配形成颗粒密实嵌挤结构和混合料组成的均匀性。各档集料掺配比例见表7。

表7　各档集料掺配比例

级配设计结果见表8。

表8　级配设计结果

2.2　最佳油石比的确定

根据上述设计结果，初拟3.5%,4.0%,4.5%,5.0%和5.5% 5个油石比，成型标准马歇尔试件，测试其体积技术指标，检测结果见表9。

表9　体积指标检测结果

(1) 确定最佳沥青用量初始值OAC1。根据检测结果，依据马歇尔稳定度最大值、密度最大值、设计孔隙率中值依次确定油石比a1=4.5%，a2=5.5%，a3=4.2%，从而得到最佳沥青用量初始值OAC1：

(2) 确定最佳沥青用量初始值OAC2。确定各项指标均符合沥青混合料技术标准要求的沥青用量范围，确定出OACmin=4.6%，OACmax=4.8%，从而得到最佳沥青用量初始值OAC2：

(3) 综合确定最佳沥青用量OAC。一般情况下，以OAC1和OAC2的平均值作为最佳沥青用量，即

3沥青混合料性能验证及研究

3.1　体积指标检验

采用上述设计AC-20级配及4.7%最佳油石比，成型标准马歇尔试件，检验其体积指标，检测结果见表10，由表10可见，采用河砂代替细集料成型沥青混合料马歇尔试件的体积技术指标能够满足规范要求。

表10　马歇尔体积指标检测结果

3.2　水稳定性检验

根据《公路沥青路面施工技术规范》[6]的规定，采用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验的浸水马歇尔残留稳定度和冻融劈裂残留强度指标评价沥青混合料的水稳定性，检测结果见表11。

表11　冻融劈裂/浸水马歇尔试验结果

由表11可见，沥青混合料具有较高的劈裂强度，且冻融劈裂残留强度比也能够满足要求。浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验都表明，采用河砂代替细集料拌制的沥青混合料具有良好的水稳定性。

3.3　高温稳定性检验

根据《公路沥青及沥青混合料试验规程》[7]中车辙试验的方法，采用上述AC-20设计级配和4.7油石比成型30 cm×30 cm×5 cm的车辙板试件，常温下养生24 h后放入60 ℃的烘箱中保温4 h，然后进行标准的车辙试验，为了防止试验过程中由于高温导致橡胶轮胎粘附沥青，试验前在车辙板表面涂抹一层矿粉。根据动稳定度(DS)和车辙深度评价沥青混合料的高温性能，试验结果见表12。

表12　车辙试验结果

由表12可见，沥青混合料具有较高的动稳定度指标，高温性能良好；但会产生一定的车辙深度，根据车辙发展曲线在试验开始阶段车辙发展较快，且深度较大，后期车辙深度变化非常缓慢，故初步分析主要由于车辙板成型过程中碾压不充分所致。

4实体工程检测

采用上述AC-20设计级配、4.7%油石比进行生产配合比设计后指导现场施工，铺筑某一级公路的下面层，厚度为5 cm。在施工过程中施工单位及监理严格控制混合料的级配、油石比等指标；现场严格按照施工技术要求进行摊铺及碾压，施工结束后对现场沥青路面的压实度、抗滑、构造深度、渗水等性能指标进行检测，并评价工程施工质量。现场施工情况表明，整个施工过程中并没有出现推移、离析等施工质量问题。

4.1　沥青混合料抽提检测

在施工现场对AC-20型沥青混合料进行取样，室内采用燃烧炉法测定油石比，并采用水洗法进行级配筛分，对油石比与级配进行检测，检测结果见表13。

表13　级配检测结果

由表11可见，现场施工级配能够满足规范级配要求，但9.5 mm筛孔通过率比设计级配小4.5%左右，这主要是因为施工过程中发现采用设计级配进行摊铺碾压时表面细料较多，影响沥青路面骨架结构，故应增加10～15 mm集料比例，降低5～10 mm集料比例；经过检测油石比为4.6%，满足《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004的技术要求，说明现场施工控制条件较好。

4.2　压实度及路表性能检测

竣工后，采用钻心取样方法检测沥青路面下面层厚度；采用水中重法测试沥青混合料心样的密度，并采用室内标准密度及最大理论密度双控指标对现场压实度进行检测；采用摩擦系数摆式测定仪、铺沙法、渗水系数测定仪分别检测路面的抗滑性能、构造深度和渗水性能。检测结果见表14。

表14　施工质量及路表性能检测结果

由表14可见，采用河砂代替细集料铺筑一级公路沥青路面下面层时，其厚度、压实度即路表性能技术指标都能够满足规范要求，尤其是压实度较好，这主要是因为河砂表面较为光滑，合理的掺量能够减小骨料之间的摩擦阻力，改善沥青混合料的压实性能。路表平整密实，施工结束后并没有出现泛油、松散、裂缝和明显离析等现象。这表明采用河砂代替细集料拌制沥青混合料具有良好的施工和易性，易于施工质量的控制，适用于公路沥青路面。

5结语

河砂与石屑具有很好的互补性，适当掺量的河砂能够改善混合料的压实性能与路用性能。本文级配设计时采用18%的河砂完全代替细集料，添加2%的水泥作为抗剥落剂，并通过室内马歇尔试验方法确定出最佳油石比为4.7%；浸水马歇尔试验与冻融劈裂试验、车辙试验分别表明河砂代替细集料沥青混合料具有良好的水稳定性与高温性能；实体工程检测结果表明，现场施工的级配、油石比、厚度、压实度及抗滑、渗水等路表性能都能够满足规范要求，混合料具有良好的施工和易性，易于施工质量的控制；尤其是河砂表面较为光滑，合理的掺量能够减小骨料之间的摩擦阻力，改善沥青混合料的压实性能。

参考文献

[1]郭玉民.粗集料对沥青混合料路用性能的影响研究[J].交通科技,2008(3):73-75.

[2]毕红艳.天然砂在沥青混凝土中的应用分析[J].山西交通科技,2013(6):25-26.

[3]谢兆星,李鼎乐,韩森，等.天然砂含量对沥青混合料性能影响分析[J].武汉理工大学学报,2008(11):69-71.

[4]徐志辉.天然砂在沥青混合料的应用[J].广东建材,2015(1):45-48.

[5]JTG E42-2005公路工程集料试验规程[S].北京：人民交通出版社，2005.

[6]JTG F40-2004公路沥青路面施工技术规范[S]. 北京：人民交通出版社，2004.

[7]JTG E20-2011公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S]. 北京：人民交通出版社，2011.

Application Research on River Sand Used as Fine Aggregate in Asphalt Pavement

ZhangYanjun

(Shanxi Yuanfang Road and Bridge (Group) Co., Ltd., Datong 037006, China)

Abstract：The river sand and stone chips have good complementary, and appropriate dosage in mixture is able to reduce frictional resistance between aggregates and improve compaction and road performance. The fine aggregate is completely replaced by 18 percent river sand in graded design, and 4.7% optimum asphalt ratio is determined through laboratory Marshall test methods. Indoor performance test shows that water stability and high temperature performance of asphalt mixture are very well. Entity engineering test results show that the construction site grading, ratio, thickness, degree of compaction and the road surface performance are able to meet the regulatory requirements, and the workability of mixture is well.

Key words:asphalt pavement; asphalt mixture; fine aggregate; river sand

收稿日期：2015-08-27

DOI 10.3963/j.issn.1671-7570.2015.06.039