破碎砾石沥青混合料温度稳定性研究

刘利斌，赵 喆

（1.新疆交通建设（集团）有限责任公司，新疆 乌鲁木齐 830016；2.苏交科集团股份有限公司，江苏 南京 211112）

1 工程概况

G3013线喀什至伊尔克什坦口岸公路项目(以下简称“喀伊项目”)为国家高速公路网“7918”网中第7条横线连云港─霍尔果斯国家高速公路的第2条联络线吐鲁番─和田及伊尔克什坦口岸高速公路的终点路段。项目所跨区域气候条件较为复杂：该区域夏季最高气温可达49.2 ℃左右，而冬季严寒且漫长，平均最低气温为-15 ℃左右，极端气温可达-29 ℃。部分路段由于海拔较高，紫外线照射强烈，蒸发量大，昼夜温差明显。因此，严酷的自然环境条件对沥青面层材料提出了更高的要求。

喀伊项目区域玄武岩、辉绿岩等优良公路建筑材料较少，而砾石资源丰富，且开采方便。喀伊项目在高速公路沥青中、下面层及二级公路沥青面层中采用破碎砾石作为集料，直接节约成本9 458万元以上。由于砾石材料沥青黏附性、棱角性等指标，与碎石类集料相比较差，砾石类集料也一直被用于底基层及基层部位，沥青面层中的应用鲜有报道。因此，面对区域特殊的自然环境条件，本文将充分依托喀伊项目，在确定沥青混合料最佳油石比的情况下，对破碎砾石类沥青混凝土的温度稳定性能展开研究，同时，将破碎砾石类沥青混凝土与石灰岩类沥青混凝土及玄武岩类沥青混凝土进行了性能对比。

2 原材料各项指标

本文所用原材料情况如下：粗集料为破碎砾石由施工单位自产料场生产，质量较为稳定；细集料采用机制砂；矿粉为外购S95级矿粉；沥青采用克拉玛依90号A级道路石油沥青。

为保证集料破碎面、针片状颗粒含量等指标满足要求，一律采用10 cm以上的洁净母材进行集料生产，集料的主要技术指标如表1所示，其中，在掺入0.3%(沥青混合料质量)的抗剥落剂后，集料沥青黏附性普遍达到4级[1-2]。

沥青检测结果如表2所示。

表1 集料检测结果

3 沥青混凝土温度稳定性研究

3.1 配合比设计

喀伊项目沥青下面层及中面层中采用破碎砾料作为集料，本文将主要对沥青中面层AC-20C沥青混凝土展开研究。沥青混凝土各矿料比例及级配范围分别如表3～表5所示。从表5中可以看出，所设计沥青混凝土各项指标均能满足规范要求。

表2 沥青试验检测结果

表3 生产配合比矿料级配

表4 混合料级配范围

表5 混合料性能指标

3.2 高温稳定性研究

沥青混凝土的高温稳定性通常是指在荷载反复作用下，抵抗车辙、推移、拥包等病害的能力。当温度高于25 ℃时为路面高温，此时，沥青开始“发软”，沥青混凝土内部粘结开始降低，路面受荷载时容易产生病害。喀伊项目高速部分路段夏季高温常达到40 ℃左右，路面温度可接近70 ℃，所以，为研究破碎砾石类沥青混凝土的可行性，有必要进行沥青混凝土的高温稳定性研究。本文采用周边地区材料，特别设计了石灰岩类及玄武岩类AC-20沥青混凝土。为保证可比性，在3种沥青混凝土各项体积指标均满足规范要求的条件下，控制混凝土空隙率均为4.2%。车辙试验结果如表6所示。

从表6可以看出，破碎砾石类沥青混凝土的抗车辙性能稍弱于玄武岩类沥青混凝土，但明显优于石灰岩类沥青混凝土。70 ℃高温车辙试验结果如表7所示。可以看出，70 ℃时，混凝土高温稳定性发生了明显衰减，但破碎砾石类沥青混凝土抗车辙性能仍要优于石灰岩类沥青混凝土。

表6 各类混凝土车辙试验结果（60 ℃）

表7 高温车辙试验结果（70 ℃）

3.3 低温稳定性研究

沥青混凝土低温发生开裂也是路面的主要破坏形式之一，特别是在我国北部冬季严寒地区。沥青混凝土发生开裂的主要影响因素有沥青混凝土本身性能、沥青路面的结构类型、交通荷载、运营时间、气候条件等。因此，开展对沥青混凝土低温性能的研究对于减少开裂的产生是十分有效的[3-7]。

参照以上研究方案，课题组选取3类沥青混凝土进行低温小梁弯曲对比试验。试验条件如下：试件尺寸为250 mm×30 mm×35 mm，跨径为200 mm，试验温度为（-10±0.5） ℃，速率50 mm/min。试验结果如表8～表10所示[8-9]。

表8 破碎砾石AC-20沥青混凝土试验结果

表9 石灰岩类AC-20沥青混凝土试验结果

表10 玄武岩类AC-20沥青混凝土试验结果

3种沥青混凝土的抗弯拉强度及破坏应变如图1所示。从图中可以看出，砾石沥青混凝土与石灰岩类沥青混凝土的抗弯拉强度皆小于玄武岩类沥青混凝土，但前者要优于石灰岩类沥青混凝土。破坏应变结果也表明，玄武岩类沥青混凝土硬度最大，发生破坏时，跨中挠度最小，低温性能最优，而破碎砾石类沥青混凝土次之。

图1 抗弯拉强度与破坏应变对比

4 结论

本文通过对各类沥青混凝土温度稳定性的研究，得到如下结论：

（1）破碎砾石集料经过试验检测，各项技术指标均能满足规范要求，特别是集料的沥青黏附性，在掺入抗剥落剂的条件下，均能够达到4级。

（2）经过配合比设计，破碎砾石类沥青混凝土的各项体积性质指标也能够满足规范要求。

（3）破碎砾石类沥青混凝土高温稳定性能稍弱于当地玄武岩类沥青混凝土，但要优于石灰岩类沥青混凝土。

（4）砾石沥青混凝土低温性能弱于玄武岩类沥青混凝土，但比石灰岩沥青混凝土更优。

从以上研究结论来看，破碎砾石沥青混凝土温度稳定性较好，完全能够满足喀伊项目的质量要求，并且具有较大的经济优势，但破碎砾石沥青混凝土的长期耐久性还需要继续进行研究与观测。

[1] 李健.破碎砾石路用性能研究[D].西安：长安大学，2011.

[2]杨玉晶，王尚炳.破碎砾石用于沥青路面面层的可行性研究[J].北方交通，2012（5）：31-34.

[3]张光亚. 破碎砾石与碎石沥青混合料的路用性能对比研究[J].中华民居，2012（2）：437-438.

[4]邱颖峰，许志鸿.砂砾石沥青混合料配合比设计及路用性能研究[J]. 同济大学学报，2006，36（10）：1324-1329.

[5]李龙华.极端环境下破碎砾石沥青混凝土配合比设计[J].山西建筑，2013，39（2）：122-124.

[6]郭鹏飞，何建新，刘亮，等.采用天然砾石骨料的浇筑式沥青混凝土配合比设计及性能研究[J].水资源与水工程学报，2012，23（3）： 148-150.

[7]袁中山.破碎砾石的加工特性研究[J].公路与汽运，2012（3）：120-123.

[8]JTG F40—2004公路沥青路面施工技术规范[S].

[9]JTG E20—2011公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S].