花岗岩与石灰岩沥青混合料路用性能对比研究

谭继宗

(1.广西道路结构与材料重点实验室，广西 南宁 530007；2.广西交通科学研究院有限公司，广西 南宁 530007)

0 引言

目前我国大部分的沥青路面原材料选用石灰岩集料，主要是由于石灰岩性能稳定，且分布广泛，而花岗岩中SiO2含量超过65%，属于酸性集料，与同样呈酸性的沥青粘结性不佳，从而限制了花岗岩的使用。除此之外，花岗岩混合料的级配类型对混合料的性能影响也不容忽视。高畅等人提出了几种提高花岗岩沥青混合料粘附性的方法，并比对了其混合料路用性能的差异，为花岗岩沥青混合料的设计施工提供参考。郑小龙等人分析了花岗岩沥青混合料与石灰岩沥青混合料的差异，就花岗岩碎石混合料的适用性进行了初步评价[1-6]。现有研究尚未充分分析不同集料自身指标的差异性，以及集料与级配的差异造成的混合料路用性能的影响。对于盛产花岗岩集料的地区，石灰石使用成本较高，为充分利用当地石材资源，减少材料的运输成本和工程造价，宜充分论证花岗岩与石灰岩的差异，并探讨作为沥青路面集料的可行性。

1 原材料性能对比

原材料质量控制是沥青混合料质量控制的源头，原材料的技术性能对混合料的路用性能影响较大。因此，应针对集料的关键性指标进行技术性能比较分析[7]。

1.1 压碎值

石灰岩和花岗岩的压碎值试验结果见表1。由试验结果可知，花岗岩和石灰岩的压碎值均满足规范要求，但是花岗岩的压碎值大于石灰岩，这主要是因为花岗岩母材较脆、集料针片状含量偏高，压实过程中容易发生折断、压碎等破坏，集料的压碎、折断等造成混合料级配发生变化，同时断裂面没有沥青胶结料，导致混合料的高温稳定性、水稳定性、低温抗裂性、疲劳性能等均大幅下降。因此，从压碎值的试验结果来看，石灰岩的技术性能优于花岗岩。

1.2 相对密度

对石灰岩和花岗岩的相对密度进行试验，结果如表2所示。根据试验结果，石灰岩和花岗岩的表观相对密度和毛体积相对密度均满足规范要求，但是石灰岩的密度明显大于花岗岩，石灰岩的吸水率也明显小于花岗岩。通常密度大，强度越大；吸水率越高，则空隙率越大，集料吸收的沥青越多，有效沥青越少。因此，从相对密度的试验结果来看，石灰岩的技术性能优于花岗岩。

1.3 粘附性

按照规范，进行石灰岩和花岗岩的沥青粘附性试验，结果如表3所示。

根据表3的试验结果，石灰岩和花岗岩的粘附性等级均满足沥青中下面层的规范要求，但是石灰岩的粘附性要优于花岗岩，这是由于花岗岩是一种酸性岩石，与沥青的粘附效果没有碱性岩石石灰岩好，粘附性较差的集料易遭受外界水分的入侵而降低沥青与集料之间的粘附，削弱了集料之间沥青胶结料的粘结作用，无法很好地稳定集料，从而会造成沥青路面耐久性变差，容易出现早期水损害、疲劳开裂等病害。

1.4 针片状含量

选取常见的石灰岩和花岗岩碎石进行针片状试验，结果见表4。

由表4试验结果可知，花岗岩的针片状含量高于石灰岩，大约是其2倍左右。由于花岗岩母岩较脆，且一般石场破碎工艺简单，破碎后的集料形状不理想，针片状含量偏高。花岗岩针片状含量高一方面在混合料施工碾压过程中容易被压碎，导致混合料级配发生混乱，同时断裂面由于没有沥青裹覆而形成混合料的薄弱面，容易导致应力集中，发生早期开裂和水损害；另一方面针片状含量高，集料的颗粒形状差，使得混合料成型后空隙率偏大，粗集料形成的骨架稳定性差，容易发生早期车辙破坏。因此，从针片状含量试验结果来看，石灰岩的技术性能优于花岗岩，若使用花岗岩作为下面层集料，必须采取整形措施，减少其针片状含量，如多次回笼、加整形机等。

2 沥青混合料性能对比

2.1 矿料级配设计

根据矿料的筛分结果，对石灰岩集料+石灰岩细集料、花岗岩粗集料+石灰岩细集料等矿料组合，选择合格的同种70#A级道路石油沥青，结合工程实际及实践经验选择三组级配进行配合比设计试验，沥青混合料AC-25的矿料级配组成设计见表5。

表5 矿料级配组成设计表

2.2 马歇尔试验

基于以上不同材料组合和矿料合成级配，采用马歇尔试验方法，确定最佳油石比及其相应的体积力学指标，马歇尔试验结果见表6。根据试验结果，1#石灰岩混合料在最佳油石比为3.8%时，马歇尔试验各项指标均满足技术要求；2#花岗岩沥青混合料的空隙率偏大，稳定度偏小，这主要是由于该花岗岩针片状含量过高、颗粒形状差导致粗集料形成的矿料间隙率大，击实后的混合料性能不佳；3#花岗岩沥青混合料各项指标符合规范要求[8]。

2.3 水稳定性试验

根据规范要求，对沥青混合料的水稳定性进行试验，包括浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验，本次试验选取马歇尔试验中满足技术要求的矿料级配进行试验，即全部采用石灰岩集料的矿料级配(油石比3.8%)和采用石灰岩细集料、花岗岩粗集料的矿料级配(油石比4.0%)，水稳定性试验结果见表7。由试验结果可知，1#石灰岩和3#花岗岩的水稳定性试验结果满足规范要求，而2#花岗岩混合料级配不佳导致水稳定性不足。

2.4 高温稳定性试验

根据规范要求，对沥青混合料的车辙试验进行试验，试件尺寸为30 cm×30 cm×5 cm，试验温度为：(60±0.5)℃，试验轮接地压强为：(0.7±0.05)MPa，试验结果见表8。石灰岩和花岗岩的动稳定度均满足规范的技术要求，3#混合料刚刚满足规范要求。说明采用以上设计的石灰岩和花岗岩集料的下面层沥青混合料满足高温稳定性的要求。其中石灰岩的动稳定度较花岗岩略高。

3 掺加抗剥落剂的混合料性能验证

根据上述试验结果，花岗岩沥青混合料的水稳定性虽满足规范要求，但较石灰岩沥青混合料偏低，且在实际工程中施工控制不严时，可能会进一步降低花岗岩沥青混合料的水稳定性。因此为充分保证花岗岩沥青混合料的水稳定性满足路用要求，另外在上述3#混合料级配中掺加抗剥落剂，进行性能试验验证，结果如表9和表10所示。

根据表9和表10的试验结果，掺加抗剥落剂后，沥青与集料之间的裹覆更加紧密，经过长期的水浸泡或者经历冻融循环后，其水稳定性基本与石灰岩持平。同时高温抗车辙能力也有提高。因此抗剥落剂的掺入对提高花岗岩沥青混合料路用性能具有显著影响。

4 结语

(1)花岗岩压碎值偏大，相对密度偏小，粘附性稍差，针片状含量偏多，整体地集料关键性指标均劣于石灰岩，但指标值均符合规范要求，仍可以用于沥青路面中。

(2)石灰岩沥青混合料性能比较容易满足规范要求，花岗岩沥青混合料通过合理的级配设计各项性能也能满足规范要求，当掺加一定量的抗剥落剂后，花岗岩沥青混合料的路用性能接近或达到了传统石灰岩沥青混合料性能。

(3)与石灰岩相比，花岗岩虽然在先天上存在一些缺陷，但经过合理的设计与外加剂的辅助，其构成的沥青混合料性能完全满足规范和施工要求，在一些花岗岩富余的地方，完全可以尝试利用花岗岩修筑沥青面层，在满足路用性能的前提下合理利用资源并降低工程造价。