沥青碎石混合料的沥青用量范围研究

文/河北省公路工程定额站 王俊蒲

沥青碎石混合料的沥青用量范围研究

文/河北省公路工程定额站 王俊蒲

在级配碎石中加入少量沥青拌制而成的沥青碎石混合料，不仅具有级配碎石优良的抗裂性能，同时也消除了级配碎石模量小、易松散的缺陷，且具备沥青混合料的性能。沥青碎石混合料沥青用量的大小,会对沥青碎石路面的质量产生直接的影响。

原材料

基质沥青

本文选用的沥青是壳牌90#基质沥青，其技术性质根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ 052-2000）规范对沥青进行相应指标试验，主要技术指标见表1。

表1 油石比实验结果

集料

本试验中的粗、细集料及矿粉均由石灰岩加工而成，其技术性质根据按照《公路工程集料试验规程》（JTG E42-2005）进行相应指标试验，试验结果见表2。

表2 粗、细集料各项指标

级配选择

实验采用三种级配来拌制沥青碎石混合料，其级配方案见表3。

最小沥青用量的确定

沥青用量对于沥青碎石混合料性能具有显著的影响，如果沥青油量过少，集料之间的黏结力不够，混合料容易松散脱落，实际应用在道路上会产生水损坏等诸多问题。因此，有必要通过实验来确定沥青碎石混合料的最小沥青用量，以保证混合料的正常使用性能。

集料裹覆试验

集料裹覆试验可用于确定沥青碎石混合料的最小沥青用量，从而保证沥青碎石成型所需的沥青用量。本试验中的沥青用量从0开始，以0.4%为步长逐渐增加，直到成型的试件满足裹覆试验的要求为止。试验结果与分析见表4。

由表4的分析结果可知，当沥青用量在1.2%以下，沥青主要与细集料发生黏结作用，粗集料表面很少或基本没有沥青裹覆，当沥青用量在1.6%时，粗细集料基本都被沥青包裹，试件可以黏结在一起，满足成型要求。故可以初步判定当沥青用量取1.6%时，能够确保沥青碎石混合料中各粒径颗粒能够黏结在一起。

集料散落试验

集料裹覆试验能够初步判定沥青碎石混合料的最低沥青用量，但其判别方法主要通过肉眼识别，人为因素影响较大，其结果只能作为参考依据。结合现场经验，本文采用集料散落试验来进一步确定沥青碎石的最小沥青用量，采用试件在筛子滚动后的质量损失率作为评价指标。计算公式如式：

表4 集料裹覆试验结果

表3 三种级配各筛孔通过率

式中：S中质量损失率，%；

m0—试件质量，g；

m1—试验后试件质量，g。

集料散落试验使用的马歇尔试件的沥青用量定为1.2%、1.4%、1.6%、1.8%和2.0%共5个值，对3组级配进行试验，结果如图1所示。

从图1可以看出，随着沥青用量的增加，各级配的沥青碎石试件质量损失率均呈下降趋势。其中，级配一沥青用量从1.2%增加到2.0%过程中，质量损失率从7.6%减小到2.9%，而级配二和级配三则分别减少了5.5%和6.2%。这是由于三种级配的粗细集料的比例不同导致，细料越多，需要更多的沥青来黏结，粗集料比例越大的级配受到沥青用量变化的影响越小。此外，当沥青用量较低时（1.2%至1.6%），各级配的质量损失率随沥青用量的增加而大幅度降低，平均降幅达50%，但当沥青用量增加到一定程度（1.6%至2.0%），质量损失的下降幅度就趋于稳定。通过以上研究表明，随着沥青用量的增加，当质量损失率减小量大于1%时，沥青与各集料颗粒之间的黏结性较差，试件的骨架稳定性也较差；而当质量损失率减小量小于1%时，沥青与各集料颗粒之间的黏结性较好，试件的骨架稳定性也较好，故本文将此时的沥青用量作为沥青碎石成型的最小沥青用量，相应的级配一、级配二和级配三的最小沥青用量分别为2.0%、1.8%和1.6%。

图1 各级配质量损失率随沥青用量的变化

最大沥青用量的确定

沥青用量过多会导致沥青碎石混合料热稳定性差，不能有效抑制反射裂缝，还会造成高温稳定性能的下降。因此，有必要研究沥青碎石混合料的最大沥青用量。结合现场经验，本文采用谢伦堡沥青析漏试验方法来研究沥青碎石的最大沥青用量。参照前文对沥青最小用量研究，对三组级配分别在沥青用量为1.8%、2.2%、2.6%、3.0%、3.4%、3.8%的条件下拌和沥青碎石混合料，进行自由沥青析漏试验，试验结果如图2所示。

由图2可知，当沥青用量较小时，自由沥青含量较少，沥青就很难析漏。随着沥青用量的逐渐增加，自由沥青析漏率也逐渐增大。在相同沥青用量条件下，级配一的粗集料含量最高，自由沥青析漏率也最大，级配三细集料含量大，自由沥青析漏率小。这是由于细集料比表面积大，能够黏附更多的沥青，粗集料含量多的级配拥有更多的自由沥青，自由沥青析漏率也就越大。

沥青用量在低于2.6%，自由沥青析漏率变化不大，当沥青用量超过2.6%，混合料中“自由”状态的沥青较多，导致自由沥青析漏率迅速增大，此时沥青碎石的自由析漏率平均值为0.7%。故以自由析漏率达到0.7%的沥青用量作为沥青碎石混合料最大沥青用量的确定标准，而此时三种级配的相应的最大沥青用量均为2.6%。

图2 各级配自由沥青析漏率随沥青用量的变化