破碎砾石在肃航公路沥青面层的应用研究

雷 建 杜武刚（中交路桥南方工程有限公司，北京 101120）

1 研究背景

根据我国多年建设成果，高等级公路面层建设一般使用玄武岩等碎石作为集料，但肃航项目处于偏远地区，优良的碎石资源更是十分匮乏。目前，困扰破碎砾石应用主要有以下问题：1、破碎砾石集料针片状相对较多、成品集料破碎面不足；2、由于砾石中SiO2含量较多，导致沥青黏附性不佳的问题；3、砾石母材岩性较杂而导致混合料施工过程中存在薄弱点的问题；4、砾石表面粘附的泥土较难除去造成集料含泥量过高的问题。

然而，从破碎砾石已有应用情况来看，破碎砾石沥青混合料各项技术指标均可满足规范要求，沥青混合料的抗水损害性、高温稳定性等性能完全能够满足高等级公路的需要。肃航项目根据“因地制宜，就地取材”的基本原则，在保证公路高质量建设的前提下，有效地利用了当地自然资源，降低工程造价的同时，减少了对自然山体的开采，一定程度上保护了环境。本文充分依托肃航公路项目，对破碎砾石集料各技术指标及沥青混合料各项性能进行系统分析。

2 成品集料研究

2.1 生产工艺

母材在破碎前，先经过隔片筛处理，以筛除10cm以下母材及泥土，初步改善成品集料的破碎面情况，同时降低集料含泥量。破碎次数对成品集料的针片状颗粒含量及破碎面影响较大，为确保集料满足沥青路面的使用要求，本文分别研究了“二级破碎”、“二级破碎+整形”和“三级破碎”三种生产工艺。

2.2 成品集料性质

2.2.1 针片状颗粒含量

由于砾石岩性十分复杂，母材中多含石英（SiO2）而呈脆性（见表1）。若未经充分破碎，砾石集料在沥青混合料中受到压力作用时，易发生开裂、破碎，从而导致混合料级配发生变化，影响沥青混合料的性能。

表1 砾石成分分析

采用“2级破碎”时，集料针片状情况较差，随着破碎次数的增加，集料针片状颗粒含量逐渐减少，“3级破碎”后针片状颗料含量检测结果基本能够满足高速公路集料要求。因此，本文所用集料均采用3级破碎。

表2 各种破碎工艺下成品集料情况

2.3 原材料

本文所用粗集料及细集料试验检测结果见表3、表4所示。项目所用填料为优质矿粉，沥青为70号A级道路石油沥青，各项指标满足要求。

2.4 压碎值及磨耗值

由于砾石多取自于古河道、戈壁，其中难免夹杂部分软弱颗粒，容易在拌和楼热拌过程中发生破碎，进而影响混合料级配及质量。为确保砾石集料能够承受重荷载作用，本文在进行常规压碎值及磨耗值检测的基础上，特别增加高温压碎值及磨耗值试验研究，以模拟拌和楼的高温环境，对集料整体性能进行监控。高温压碎值测试具体操作为将装有试样的压碎值试验仪和压头一起放入190±2℃的烘箱内保温2h后迅速采用压力机按常规测试方法进行加载和称量，高温磨耗值按类似步骤进行测试，测试结果见表5所示。

表3 粗集料检测结果

表4 细集料检测结果

从表5中可以看出，砾石集料在三级破碎情况下，压碎值及磨耗值试验结果均能够满足规范要求。

2.5 沥青黏附性

破碎砾石岩性较杂，且大多母材呈酸性。尽管项目所在地年均降雨量较小，但集料与沥青黏附效果影响混合料耐久性，关系到路面的长期服役性能，因此，集料沥青黏附性理应得到关注。

本文选择合格的集料进行了水煮法与水浸法两种试验检测，在掺加0.4%PA-1型抗剥落剂的情况下，集料的沥青黏附性基本达到4级以上，能够满足高等级公路的技术要求。

表5 集料压碎值及磨耗值试验情况

3 沥青混合料性能研究

由于目前ATB-25用于沥青下面层并没有成熟的级配范围，因此，本文在进行ATB-25矿料级配曲线设计时，兼顾了《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）中密级配沥青稳定碎石ATB-25的工程级配范围和《公路沥青路面设计规范》（JTG D50-2006）。目标配合比及生产配合比中各材料的比例见表6所示，设计级配及混合料体积指标分别见表7及表8所示。级配曲线见图1所示。

图1 目标与生产级配曲线

从室内性能试验结果可以看出，破碎砾石ATB-25沥青混合料各项体积指标均能满足规范要求。表9中混合料的各项性能（水稳定性及高温稳定性）检测结果也能满足要求。

表6 目标配合比及生产配合比各材料比例

表7 设计级配

表8 目标配合比设计马氏试验体积指标

表9 混合料性能验证结果

4 试验路段

本文选择肃航一级公路SHLM2标K72+236～K72+790左幅段落进行破碎砾石ATB-25的试验路段研究，设计厚度为7cm。试验路段采用德基4000型间歇式沥青混合料拌和机拌和，每盘混合料的生产周期不少于50S（其中干拌时间在6～10S之间）。沥青混合料出场温度控制在160～170℃之间，摊铺温度在150℃以上。现场配备3台双钢轮压路机及2台胶轮压路机进行碾压施工。施工完成后，铺面较为均匀，无明显离析情况。

5 结 语

本文通过对破碎砾石沥青混合料的系统研究，得到如下几点结论：

1）破碎工艺对砾石集料质量影响很大，从针片状颗粒含量检测结果来看，砾石母材经过3次以上的破碎后，能够满足高等级公路用集料的要求。

2）集料常规压碎值及磨耗值试验能够满足高速公路要求，且在高温条件时，砾石集料仍能够表现出较好的抗压碎能力及耐磨性。

3）由于砾石大多呈酸性，集料沥青黏附性多为3级，添加沥青抗剥落剂后，基本能达到4级以上。

4）经过配合比设计，破碎砾石类沥青混合料的各项体积性质指标也能够满足规范要求。

5）破碎砾石类沥青混凝土水稳定性及高温稳定性能能够满足要求。

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，完全能够满足肃航项目的质量要求，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。

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