花岗岩沥青混合料粘附性改善措施研究

2018-01-23,,,

湖南交通科技 2017年4期

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(1.长沙理工大学交通运输工程学院,湖南长沙 410004; 2.海南省路桥投资建设有限公司，海南海口 570110)

0 引言

沥青面层是由石料与沥青拌合、摊铺、碾压形成供车辆行驶的结构层，其中路面用石料占据主要地位。随着公路事业的快速发展，我国公路用集料需求量迅速增大，沥青面层常用的玄武岩、石灰岩等碱性或中性石料资源紧张，部分地区石料已出现供不应求现象，不得不通过远距离运输提供公路用石料，从而增加了造价，阻碍了公路事业的发展。花岗岩石料在我国分布广泛，资源储量较大，为了降低造价，充分考虑因地制宜的条件，花岗岩集料逐渐成为不二选择。

沥青路面的水损害现象是公路早期病害的一种主要现象，沙庆林[1]指出其与沥青路面的排水不畅、沥青混合料空隙率过大、压实度不足等有重要的相关性。但是为了保证混合料的水稳定性，沥青与集料的粘附性满足要求是首要条件。通常碱性石料能够很好地裹覆沥青，但是没有良好的抗磨性。花岗岩等酸性岩石坚硬耐磨，相互之间能发挥骨架作用，并且花岗岩的抗磨光能力强，其混合料抗滑能力强且能够长期使用，但其粘附性问题成为制约发展的关键性因素。目前为止，国外常通过添加消石灰提高混合料性能，但是由于消石灰细度较高，不利于混合料的拌合，对油石比会产生影响[2]。研究显示沥青混合料使用花岗岩粗集料，细集料部分或全部利用石灰岩或者玄武岩细集料制备的沥青混合料各路用性能符合规范设计要求[3]。国内有研究表明仅仅通过添加单一液体抗剥落剂，由于抗剥落剂性能的稳定性不足，集料粘附性与沥青混合料水稳定性仍不能满足要求。因此，本文通过几种方案不同组合研究花岗岩碎石的粘附性，通过沥青混合料的残留马歇尔稳定度与残留冻融劈裂强度分析其改善方案的综合使用效果。

1 原材料试验

由表1～表5可知，本文采用的原材料各项性能指标均满足规范的技术要求，其中相比于矿粉而言，水泥具有较好的细度。

表1 南辰石场石料技术指标粒级/mm表观相对密度毛体积相对密度吸水率/%磨耗值/%压碎值/%粒级/mm表观相对密度毛体积相对密度吸水率/%磨耗值/%压碎值/% 16～13．2 2．7042．6530．7113．2～9．5 2．6912．6470．70 9．5～4．75 2．6882．6490．8918．916．84．75～2．36 2．7202．6480．982．36～1．18 2．6822．6430．821．18～0．6 2．6912．6380．73 0．6～0．3 2．6862．6380．66 0．3～0．15 2．6862．6480．5818．916．80．15～0．0752．7002．6610．57筛底2．7212．721/

表2 泰普克70#基质沥青技术指标针入度(25℃，100g，5s)/mm针入度指数PI延度(15℃，5cm/min)/cm当量脆点T1，2软化点/℃当量软化点T800动力粘度(60℃)/(Pa·s)RTFOT后残留物质量变化/%针入度比(25℃)/%延度(10℃)/cm66-1．0>130-11．84647．4205-0．17129(60～80)(-1．5～+1．0)(≥100)(≥45)(≥160)(≤±0．8)(≥61)(≥6) 注：括号内值为技术要求。

表3 SBS改性沥青技术指标针入度(25℃，100g，5s)/mm针入度指数PI延度(5℃，5cm/min)/cm软化点/℃密度(15℃)/(g·cm-3)弹性恢复(25℃)/%RTFOT后残留物质量变化/%针入度比(25℃)/%延度(5℃)/cm510．5820．6811．030860．617016．3(40～60)(≥0)(≥20)(≥60)(实测)(≥75)(≤±1．0)(≥65)(≥15) 注：括号内值为技术要求。

表4 矿粉技术指标类别表观相对密度/(g·cm-3)粒度范围/%<0．6mm<0．15mm<0．075mm亲水系数外观技术要求≥2．50100．090～10075～100<1无团粒结块检验数据2．731100．097．989．40．54无团粒结块

表5水泥技术指标类别表观相对密度/(g·cm-3)粒度范围/%<0．6mm<0．15mm<0．075mm外观技术要求/100．090～10075～100无团粒结块检验数据3．009100．0100．098．6无团粒结块

2 石料的粘附性试验方案

本文根据国内外对粘附性的研究，考虑施工便宜、可操作以及与真实关联性，采用水浸法对南辰石场花岗岩石料进行粘附性试验研究，拟定的试验方案见表6所示。

表6 粘附性试验方案方案内容方案1基质沥青方案2SBS方案3SBS+1%矿粉+2%水泥方案4SBS+XT2方案5SBS+XT2+2%水泥方案6SBS+XT2+3%水泥

表7 粘附性试验结果浸水时间/h方案1方案2方案3方案4方案5方案6剥落面积/%粘附等级剥落面积/%粘附等级剥落面积/%粘附等级剥落面积/%粘附等级剥落面积/%粘附等级剥落面积/%粘附等级0．520三级6四级1五级3四级1五级0五级130三级6四级1五级3四级1五级0五级1．540二级8四级1五级4四级1五级0五级255二级8四级1五级5四级1五级0五级

由表7与图3可知随着浸水时间的延长，集料的粘附性等级有所降低，其中基质沥青受浸水时间影响较为明显，这是由基质沥青性能较差，沥青软化点较低，沥青处于流动状态。由表7可知，方案3与方案5虽均可达到5级技术要求，但表面仍有露骨现象，不利于混合料的水稳定性。由图2知，方案6改善性能较好，沥青能够成功裹覆颗粒表面，形成较厚沥青膜。因此方案6为最佳方案。

图1 基质沥青改善方案

图2 SBS+XT-2+3%水泥改善方案

图3 集料粘附等级与浸水时间关系图

3 沥青混合料设计与性能研究

3.1 沥青混合料级配设计

表8 AC13混合料级配设计类别不同粒径(mm)的通过率/%1613 29 54 752 361 180 60 30 150 075设计级配10097 673 847 332 824 716 711 59 36 1上限100100856850382820158下限100906838241510754中值1009576 5533726 51913 5106

3.2 马歇尔指标研究

表9 马歇尔试验结果方案类型油石比/%相对密度毛体积理论空隙率VV/%矿料间隙率VMA/%饱和度VFA/%方案35 02 3802 4984 714 768 0方案55 02 3852 4994 614 668 5方案65 02 3902 5014 414 469 4(4～6)(≥14)(65～75) 注：括号内为技术要求值。

由表9可知，在该级配下各方案的体积指标均满足要求。

3.3 水稳定性性能研究

表10 沥青混合料的残留稳定度方案类型浸水0 5h浸水48h稳定度/kN流值/(0 1mm)稳定度/kN流值/(0 1mm)残留稳定度/%方案310 6033 468 8134 3183 1方案512 0435 6210 3134 6285 6方案612 3234 6411 0936 3490 0(≥8)(15～40)//(≥85) 注：括号内值为技术要求。

表11 沥青混合料冻融劈裂试验方案类型冻融劈裂前试件强度/MPa冻融劈裂后试件强度/MPaTSR/%方案31 010 7473 3方案51 180 9177 1方案61 281 1386 5(≥80) 注：括号内值为技术要求。

图4 不同方案的残留稳定度

图5 不同方案的冻融劈裂残留强度TSR

由表10以及图4知，方案3沥青混合料残留稳定度无法满足要求，为了保证路面质量，规范提出残留稳定度大于等于85%技术要求，方案5虽然能够满足规范的技术要求，但是其残留稳定度为85.6%，仅仅有0.6%余量，方案6残留稳定度为90%，大于规范10%。因此，方案5运用在路面时容易出现水损害现象，方案6拥有较好的水稳定性。由表11以及图5可知，方案3与方案5冻融劈裂残留强度无法满足技术要求，方案3、方案5的TSR分别与技术要求相差6.7%，2.9%。相反，方案6大于技术要求6.5%，能够满足规范要求。

由以上试验结果可知，从粘附性角度分析，方案3粘附性满足要求，但是此时仅仅从整体而言，集料仍然有部分露骨现象。在进行大量沥青混合料拌和时，由于石料颗粒数量增多，颗粒之间存在摩擦，致使颗粒表面无法附着充足矿粉与水泥，集料的粘附性受到影响，沥青混合料的水稳定性无法满足要求。方案5添加液体抗剥落剂，集料粘附性在大量拌和时得到保证，浸水马歇尔残留稳定度满足要求，而冻融劈裂试验由于试验条件苛刻，沥青混合料的性能已无法满足要求。针对方案6通过添加液体抗剥落剂，同时增大水泥用量为3%，保证了拌和时沥青集料的粘附性要求。因此，该方案水稳定性满足要求。由以上试验结果得到，方案5浸水马歇尔残留稳定度满足要求，但是冻融劈裂已经无法达到规范指标。因此，可以针对气温较高的地区运用。方案3改善效果无法达到技术要求。方案6试验结果较为理想，可以适用于四季分明的地区。