细集料含泥量对沥青混合料水稳定性影响研究

秦仁杰, 李腾飞, 罗润洲, 单 楠

(长沙理工大学 交通运输工程学院， 湖南 长沙 410114)

细集料含泥量对沥青混合料水稳定性影响研究

秦仁杰, 李腾飞, 罗润洲, 单 楠

(长沙理工大学 交通运输工程学院， 湖南 长沙 410114)

集料的洁净度对沥青混合料路用性能的影响很大。含泥量过大会造成集料的污染，同时对沥青混合料的水稳定性产生较大影响。结合现行规范水稳定性条件评价方法对含泥量不同的细集料，利用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验分析了细集料含泥量对沥青混合料水稳定性的影响，提出相对应的控制措施。

细集料； 含泥量； 沥青混合料； 水稳定性

0 前言

沥青路面具有噪音低、行车舒适、维修简单等优点，随着我国公路事业的快速发展，沥青路面越来越受欢迎，但是许多沥青路面出现不同程度的早期水损害。沥青混合料的水稳定性受到高度关注，特别是在南方多雨地区，已成为关键的控制指标之一，而混合料的级配、沥青种类、集料的性能都是影响沥青混合料水稳定性的因素。从母材的开采到集料的生产，再到混合料的拌合及集料的储存(碎石加工场和拌合场)，每个过程都会面临集料的污染问题，导致集料的含泥量超标，成为工程技术人员亟待解决的问题之一。海南地区由于碎石加

工工艺的粗放式管理，导致集料尤其是细集料含泥量超标现象严重，无法满足沥青路面施工规范要求。本文依托海南G98高速石梅湾至三亚改建项目对细集料含泥量变化对沥青混合料的性能指标的影响进行了分析研究。

1 原材料试验

试验用的沥青为SBS改性沥青，采用泰普克AH — 70基质沥青自主加工而成，其技术指标见表1所示。矿粉为定安新竹荣波加工厂矿粉，由石灰岩磨细制成，其技术指标如表2所示。粗、细集料采用海南省蓬莱石场的玄武岩材料，其技术指标如表3所示。

表1 沥青技术指标针入度试验25℃针入度/(0.1mm)针入度指数软化点/℃延度(5℃,5cm/min)/cm动力黏度135℃/(Pa·s)弹性恢复25℃/%密度(g·cm-3)薄膜加热试验质量损失/%25℃针入度比/%5℃延度/cm550.1986.029.02.067901.033-0.39780.418

表2 矿粉技术指标表观相对密度塑性指数粒度范围的通过率/%<0.6mm<0.15mm<0.075mm亲水系数外观2.7322.710097.989.40.54无团粒结块

由试验可知沥青各指标均满足规范要求，其中软化点较高，具有较高的粘度，极适合持续高温气候。矿粉的性能指标符合规范，具有很好亲油性。

集料具有抗压性能高，耐磨性能好的优点，有利于路面的长久使用。

表3 集料的技术指标粒级/mm表观相对密度毛体积相对密度磨耗值/%压碎值/%26.5～19 2.9412.842 19～16 2.9512.845 16～13.2 2.9472.837 13.2～9.5 2.9542.836 9.5～4.75 2.9642.8334.75～2.36 2.9662.8251210.62.36～1.18 2.8422.7361.18～0.6 2.8452.758 0.6～0.3 2.8702.744 0.3～0.15 2.8492.7750.15～0.0752.9192.802

2 混合料级配及试验方法

试验以AC — 20为基础，目标配合比如表4所示，粗集料用水冲洗干净并放入105 ℃烘箱烘干。细集料按照《公路工程集料试验规程》注入洁净的水，分别过1.18 mm及0.075 mm的筛孔，直到清洗干净为止。将清洗干净的集料连同0.075 mm以下的泥土一起放入105 ℃烘箱烘干。

根据马歇尔混合料设计方法，在最佳油石比为4.8%的情况下，将烘干后的泥土分别按照细集料1%、3%、5%、7%、9%5种试验方案(方案A～方案E)的含量加入到混合料中并拌合均匀，分别对方案A～方案E制作试件。对成型试件分别进行浸水马歇尔试验以及冻融劈裂试验，研究不同含泥量条件下沥青混合料的水稳定性。

表4 AC—20的级配筛孔/mm合成级配筛孔/mm合成级配26.5100.02.3630.91996.61.1821.61687.60.615.813.277.30.39.89.561.60.157.64.7538.80.0755.9

3 浸水马歇尔试验

对不同含泥量的混合料进行马歇尔试验，每个方案制作2组试件，一组在60 ℃的恒温条件下浸水30 min，另外一组保持48 h的浸水时间。残留稳定度的试验结果见表5和图1所示。

表5 不同含泥量的浸水马歇尔试验含泥量浸水0.5h后稳定度/kN浸水48h后稳定度/kN残留稳定度/%方案A14.1313.0092.0方案B12.2110.9389.5方案C11.309.6785.6方案D10.028.0580.4方案E8.356.3576.1

图1 浸水马歇尔试验

《沥青路面施工技术规范》规定高温潮湿地区马歇尔残留稳定度不小于85%。从实验结果可以看出细集料含泥量为5%(方案C)时，残留稳定度为85.6%可以满足要求；含泥量为7%(方案D)，残留稳定度为80.4%，不满足要求。随着细集料含泥量的增加，沥青混合料的残留稳定度呈逐渐下降的趋势，方案B较方案A下降2.5%，方案C较方案B下降3.9%，方案D较方案C降低5.2%，方案E较方案D下降4.3%，分析其原因是随着含泥量的增加，比表面积增大，结构沥青逐渐增多，但是覆着于集料表面的泥土阻碍沥青与集料的交互作用，致使沥青混合料抗剪强度逐渐下降。在60 ℃的浸水条件下，混合料中的部分泥土吸收水分，导致沥青胶浆的强度下降，沥青混合料水稳定性降低。

4 冻融劈裂试验

按照现行规范方法制作冻融劈裂试件。每个方案制作2组试件，每组不少于4个，一组置于室温下备用，另一组经过冻融循环，分别测得每组的劈裂强度进行对比。其试验结果见表6及图2。

规范规定高温潮湿地区沥青混合料的TSR不得小于80%，由表6及图2知，随着含泥量的增加，混合料的劈裂强度逐渐下降，经过冻融循环后，相同含泥量的条件下，强度逐渐降低。随着细集料含泥量的增多，沥青混合料的TSR值相应地呈降低的趋势，方案B较方案A劈裂试验强度比下降3.9%，方案C较方案B劈裂试验强度下降5.0%，方案D较方案C劈裂试验强度降低6.6%，在含泥量为5%(方案C)时混合料的劈裂强度已不能满足规范要求，在含泥量为3%时，能适应高温潮湿地区的气候条件。分析其原因是随着细集料含泥量的增加，沥青混合料拌合后逐渐变得干涩，沥青混合料不易压实，致使空隙率变大，经受多次冻融致使强度降低，其次沥青胶浆的性能逐渐降低，集料表面裹覆更厚的泥土，阻断沥青与集料的接触，从而强度逐渐下降。

表6 不同含泥量的冻融劈裂试验含泥量正常劈裂强度/MPa冻融后劈裂强度/MPa冻融劈裂试验强度比(TSR)/%方案A0.990.8686.7方案B0.930.7782.8方案C0.860.6777.8方案D0.800.5771.2方案E0.750.5269.3 注:正常劈裂强度是对室温条件下的试件进行劈裂试验测得的强度。

图2 冻融劈裂试验

5 控制措施

1) 在集料母材开采时，严禁采用受污染严重的材料，即覆盖层、软弱层应彻底清除。

2) 集料生产时，应有预筛装置，安装除尘设备，如有条件应清洗集料，降低粉尘的含量。

3) 拌合站要对路面堆料坪进行硬化，不同的集料之间设置隔板、遮雨棚，避免再次污染集料。

6 结论

在不同含泥量的条件下，本文研究分析了沥青混合料的残留稳定度以及TSR值，得到以下结论：

1) 随着细集料含泥量的增加，沥青混合料的浸水马歇尔稳定度逐渐降低，残留马歇尔稳定度逐渐降低。细集料含泥量为5%(方案C)时，残留稳定度为85.6%可以满足要求，含泥量由7%增加到9%时，相对应的残留稳定度由80.4%降为76.1%，均无法适应高温多雨的气候条件。

2) 经过冻融循环后，随着细集料泥土或粉尘含量的增多，沥青混合料的劈裂强度逐渐下降，同时TSR值也呈降低的趋势。在含泥量为3%时，TSR为82.8%，能够满足要求。含泥量由5%增加到9%时，TSR由77.8%降到69.3%，不能满足要求。

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2016-09-26

秦仁杰( 1969-) ，男，教授，研究方向: 路基路面结构设计与施工控制。

1008-844X(2017)01-0051-03

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