多孔粗安岩集料级配优化设计

（四川公路桥梁建设集团有限公司勘察设计分公司， 四川 成都 610041）

0 引言

改革开放以来，我国高速公路的发展取得了举世瞩目的成绩。高速公路的迅速发展，加快了我国资源的消耗。虽然我国拥有较多的石料资源，但各地石料资源分布不均匀，尤其是满足高等级沥青路面面层使用性能要求的优质石料，更是如此。因此，目前我国很多地区出现优质石料紧缺现象，为了降低成本和保护环境，越来越多的公路在修筑过程中采用本地丰富的石料。近年来遇到比较多的问题就是多孔集料的应用问题。

1 多孔粗安岩的路用性能

多孔粗安岩是介于粗面岩与安山岩之间的一种中性火山岩，属喷出岩。岩浆在冷凝过程中，岩浆中的气体从熔岩中溢出，从而表面粗糙呈多孔状结构。这种多孔性使得粗安岩与一般致密岩石在路用性能上存在很大差别。多孔粗安岩粗集料技术指标见表1。

表1 多孔粗安岩技术指标

集料表面多孔，因此多孔粗安岩集料吸水率较高，集料性能对水的敏感性强。含水的多孔集料在烘干过程中需要延长烘干时间，消耗更多的能源。

高温时，沥青组分中表面张力较小的饱和分和芳香分就会渗到孔隙中，从而使沥青用量增加。通过浸渍法测得多孔粗安岩合成级配（规范中值级配）的沥青吸收率为0.941%，相同级配致密石灰岩的沥青吸收率只有0.392%。故多孔粗安岩要比致密岩石多消耗0.55%的沥青。但饱和分和芳香分渗到孔隙中也增加了沥青与集料的结合总内表面积，进而提高了沥青与集料之间的总粘结力，使得沥青与集料的粘附性增强。因此，虽然多孔粗安岩吸收大量的沥青，增加了工程造价。但是也提高了沥青混合料水稳定性和耐久性。

2 理论最大相对密度确定方法

理论最大相对密度是进行沥青混合料设计和施工质量控制的最关键的数据，沥青混合料的体积指标都是以其为基础计算得到的，而且我国很多地方将其作为控制沥青路面现场压实度的依据。所以理论最大相对密度的确定准确与否在很大程度上决定了沥青混合料的路用性能的好坏。

多孔粗安岩集料表面孔隙较多，吸水率较大，集料吸收沥青的情况比较复杂，因此，很难用吸水率来准确的预测沥青的吸收率。所以通过计算法确定的理论最大相对密度必然会造成较大的误差。对于多孔集料应该采用浸渍法实测。浸渍法采用阿基米德原理，以沥青作为介质实测合成集料的有效相对密度，再计算混合料的理论最大相对密度，能更好的反应集料与沥青作用的复杂情况，弥补了常用计算法和常用实测法的不足，使理论最大相对密度的确定更加合理、更加接近工程实际。

3 多孔粗安岩的级配优化设计

多孔粗安岩集料表面粗糙多孔，吸水率较大，吸收沥青较多，这给多孔粗安岩沥青混合料级配设计带来一定的困难。本文结合某工程，研究了多孔粗安岩AC-20的级配优化设计，采用贝雷法对级配进行评价和调整。

依据贝雷法和Superpave级配设计思想，结合多孔粗安岩的工程特性，适当减少公称最大粒径附近和细集料的含量，适当增加中间粒径的含量，适当增大 FAc和FAf，设计出三种通过控制点，避开限制区的平坦S型嵌挤级配（见表2）。

贝雷法评价参数计算结果见表3。

表2 混合料级配设计

表3 三种级配贝雷法参数

对三种级配进行马歇尔试验。沥青采用SBS类Ⅰ-D级改性沥青，沥青加热温度为165℃，集料加热温度为190℃，击实温度为165℃，理论最大相对密度采用浸渍法，试验结果见表4。

表4 三种级配马歇尔试验体积指标

试验结果表明：三种级配的VMA和VV都明显偏大，使得混合料很难压实，需要更多的沥青填充矿料的间隙，运用于实际工程中比较困难。但是，三种级配的贝雷法参数都满足美国的推荐值，而且FAc和FAf都接近推荐值上限。所以多孔粗安岩的装填特性与一般致密性较好的岩石存在较大的差别。

国内外大量研究发现：细集料的顶级尺寸对级配的干涉作用最大，其用量过多使混合料内摩阻力增大而难以压实。本研究综合考虑多孔集料工程特性和施工特性，提出适当减少2.36～4.75mm集料用量和增大FAc和FAf，设计出三种级配见表5。贝雷法评价参数计算结果见表6。

表5 混合料级配优化设计

表6 三种级配贝雷法参数

表7 混合料路用性能试验结果

对三种级配进行马歇尔试验，试验结果体积指标分析如图1和图2。利用轮辗法成型车辙板来对比分析三种级配的压实性能。通过不同的轮辗次数来模拟路面压实时不同的压实功。三种级配在最佳油石比下，不同的压实次数时的压实曲线如图3。

图1 三种级配的孔隙率

图2 三种级配的间隙率

图3 三种级配的压实曲线

试验结果表明：适当减少2.36～4.75mm集料的用量和增大FAc和FAf，混合料的VMA和VV减小，混合料的沥青用量逐渐减小，混合料压实性能变好。随着2.36～4.75mm集料用量的减少，混合料的各项性能逐渐变好，从8%降低到6%时，混合料的各项性能变化趋势较明显，从6%降低到4%时，混合料的各项性能变化趋势比较平缓。因此，2.36～4.75mm集料的用量宜控制在4%～6%，FAc和FAf的值，宜超出美国推荐范围的上限。

4 混合料性能

按照级配五进行了各项路用性能试验，试验结果见表7。

从试验结果可以看出，优化后的级配混合料的各项性能均较好，尤其是高温性能远优于常规混合料。

5 结语

（1）多孔粗安岩集料表面多孔，吸水率较高，集料性能对水的敏感性强。烘干过程中需要延长烘干时间，使集料充分烘干。

（2）多孔粗安岩在消耗过多沥青的同时增强了沥青与集料的粘附性，从而使沥青混合料水稳定性和耐久性提高。

（3）多孔集料沥青混合料的理论最大相对密度应该采用浸渍法实测。

（4）多孔粗安岩的级配应适当减少2.36～4.75mm集料的用量，宜控制在4%～6%。

（5）多孔粗安岩的级配的贝雷法参数FAc和FAf应适当增大，不宜受美国的推荐值的限制，可以超出美国推荐范围的上限。

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