不同细集料AC-16路用性能试验研究

2020-03-17房万山

黑龙江交通科技 2020年2期

房万山

(黑龙江省高速公路建设局，黑龙江哈尔滨 150036)

0 引言

细集料在混合料中占比很大，沥青混凝土的性能与细集料的性能优劣关联很大。因此，从不同种类的细集料出发，分析比较其对沥青混凝土性能的影响就显得尤为重要。天然砂是自然形成的，开采方便；机制砂是由碎石加工而成，成本较高。本文选用常用的AC-16型沥青混凝土，通过车辙试验、小梁弯曲试验、冻融劈裂试验和摆式摩擦仪试验，对比以机制砂和天然砂为细集料的混合料的高、低温性能、水稳定性与抗滑性能，进而评价机制砂和天然砂两者对沥青混合料路用性能的影响，其试验结果旨在为沥青混合料基础试验研究及实际工程提供理论指导和参考。

1 试验概况

1.1 试验材料

70#基质沥青(基本指标见表1)为胶结料。石灰岩(技术指标见表2)为粗集料。分别以石灰岩机制砂与天然砂(技术指标见表3)为细集料。矿粉为石灰岩研磨粉。所用材料均能满足规范的相关要求。

表1 70#基质沥青性能指标

表2 粗集料技术指标

表3 细集料技术指标

1.2 沥青混合料配合比设计

本文选用级配(图1)符合规范要求的AC-16型沥青混凝土。

图1 级配曲线

1.3 确定最佳沥青用量

以4.4%、4.7%、5.0%、5.3%、5.6%这5个油石比制作试件，进行马歇尔稳定度实验(图2)，根据规程测出试件的VV、VMA、VFA体积指标(图3)及稳定度、流值(图4)。

图2 马歇尔稳定度试验

图3 体积指标测试结果

图4 马歇尔试验测试结果

由图3、图4可以看出，机制砂与天然砂对体积参数影响较小，而机制砂混合料的稳定度与流值都大于天然砂混合料。根据关系图结合规范，确定以机制砂和天然砂为细集料的最佳油石比均为4.7%。

2 路用性能试验与结果分析

2.1 高温稳定性

车辙试验(图5)通过模拟轮胎反复碾压路面，使路面出现车辙的过程，来评价混合料的高温性能，试验参照规范T 0719进行，试验结果见6。

图5 车辙试验

图6 车辙试验结果汇总

由图6可见，碾压时间相同时，机制砂混合料的车辙深度均小于天然砂混合料。机制砂混合料的动稳定度是天然砂混合料的4.6倍。综上说明，机制砂混合料的高温抗车辙性能更优。

2.2 低温抗裂性

低温弯曲试验(图7)参照规范(T 0715-2011)进行，试验温度为-10 ℃±1 ℃，试验结果见表4。

表4 低温弯曲试验结果

由上可知，机制砂混合料的抗弯拉强度、最大弯拉应变分别比天然砂大了20.0%、21.1%。对比弯曲劲度模量，以机制砂为细集料的沥青混合料比天然砂小7.5%。说明在低温条件下，机制砂混合料有着更高的抗裂强度和更好的变形能力，以机制砂为细集料制备混合料的低温性能更优。

图7 低温弯曲试验

2.3 水稳定性

冻融劈裂试验(图9)的具体步骤见图8，冻融组的劈裂强度与对照组劈裂强度的比称为残留强度比，是水稳定性的评价指标，试验结果见图10。

图8 冻融劈裂试验步骤

图9 劈裂试验

图10 冻融劈裂试验结果

由图10可见，机制砂沥青混合料的未冻融劈裂强度与冻融劈裂强度均比天然砂混合料大，说明后者的抗裂性能差。机制砂沥青混合料的残留强度比为78.3%，而天然砂的残留劈裂强度仅为70.4%，说明机制砂沥青混合料的水稳定性更好。

2.4 抗滑性能

试验采用BM-III型摆式摩擦仪进行，通过测量橡胶块擦过车辙试件后上升的角度来衡量橡胶块摩擦消耗的重力势能，从而得出混合料试件的摩擦系数。结果如表5所示，机制砂混合料的抗滑性能更好，其摩擦系数是天然砂混合料的1.53倍。

表5 抗滑测试结果

2.5 结果分析

道路工程中在选择集料时往往会选择碱集料与沥青拌合，作为路面材料进行摊铺修筑，沥青与碱集料粘结的较好，而天然砂多是酸性氧化物，在拌合成型过程中，沥青与天然砂的粘附性较差，在浸水和冻融循环作用下，与天然砂粘附较差的沥青混合料，更容易被混合料中的水分浸入，破坏混合料中原有的内部结构，导致沥青从天然砂上剥落下来，降低其结构强度，进而表现为天然砂沥青混合料的低温抗裂性、水稳定性较差；与此同时机制砂的表面棱角较多，而天然砂的集料颗粒表面较为平滑，沥青混凝土路面主要承受行车荷载，在行车荷载的垂直压力作用下，表面较为平滑的天然砂更容易被挤到沥青混合料的粗集料孔隙间，而此时的表面棱角较多的机制砂，其棱角之间形成了嵌作用相互支撑，在承受外部荷载压力作用下，其机制砂作为沥青路面的细集料能有效提高抗滑性能，具有较好的高温稳定性。