细集料岩性对沥青混合料抗水损能力影响研究

房万山

(黑龙江省高速公路建设局，黑龙江 哈尔滨 150036)

0 引 言

近年来沥青路面在运营期间内出现了更多的早期病害，对于一些早期病害如麻面、坑槽、网裂、松散等，学者们普遍认为与水有着间接或者直接的关系，因而水是道路沥青路面产生病害的主要形式之一，路面的水损害主要是水侵入沥青与集料的临界面使集料松散无法形成密实结构，而作为集料重要组成之一的细集料，其岩性对沥青混合料的水稳性起到一定的影响作用。我国目前使用沥青混合料多为以较好耐久性和路面平整度的密集配沥青混合料(AC)与具有良好抗车辙性和耐久性的沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA)两种，本文选取AC-13与SMA-13沥青混合料为研究对象，对比分析石屑、天然砂、石灰石机制砂、玄武岩机制砂等四种细集料对两类沥青混合料水稳定性的影响，进而确定合适的细集料以减轻沥青路面的水损害破坏程度，为实际工程提供相应理论参考。

1 试验概况

1.1 沥青性能

沥青采用70#基质沥青，通过沥青针入度试验、延度试验以及软化点试验测得沥青三大指标见表1所示。

1.2 粗集料与矿粉

石灰岩(技术指标见表2)为粗集料。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#基质沥青三大指标试验结果

表2 粗集料技术指标

1.2 细集料性质

为了了解石屑、天然砂、机制砂等原材料的颗粒组成情况，对其进行了筛分试验，主要筛孔筛分结果见表3所示。

表3 细集料主要筛孔筛分结果

(2)细集料密度按照试验规程T0330进行试验，各档细集料表观密度按照规范T0328进行试验，试验结果分别列于表4和表5。

表4 细集料原料密度及吸水率

注：γa、γs、γb、wx分别表示细集料表观相对密度、表干相对密度、毛体积相对密度、吸水率。

表5 各档细集料表观相对密度

1.3 沥青混合料配合比设计

沥青混合料采用SMA-13与AC-13两种类型，所用级配见表6所示。

表6 沥青混合料级配类型

1.4 最佳油石比确定

采用马歇尔稳定度试验确定两类沥青混合料的最佳油石比，SMA-13沥青混合料与AC-13沥青混合料最佳油石比分别为5.8%、4.3%。

1.5 试验方法

采用冻融劈裂试验评价沥青混合料的水稳性能，测定试验试件在受到水损害前后的劈裂破坏强度比值，以判断混合料的抗水损能力。试验试件应采用马歇尔击实法制成的直径为101.mm±0.25、高63.5±1.3 mm的圆柱体试样，双面击实各50次。将试件随机分为两组，第一组试件在常温下保存备用，第二组试件真空饱水放入恒温冰箱保持16 h后放入60 ℃水槽中保温24 h，最后将两组试件浸入25 ℃的水箱中保温2 h，到达规定时间后取出并进行劈裂试验。

图1 冻融劈裂试验

2 水稳性能试验结果分析

2.1 4种SMA-13沥青混合料水稳定性试验

采用击实试验成型方式依次制作石屑类、天然砂类、石灰岩机制砂类、玄武岩机制砂类沥青混合料试件，分别测出4种沥青混合料试件的最大荷载(PT)、劈裂抗拉强度(RT)以及冻融劈裂试验强度比值(TSR)，试验结果见表7。

表7 掺加4种细集料下的SMA-13冻融劈裂试验对比结果

由表7可知：冻融劈裂强度比越大，混合料水稳性能越优越。对比4种SMA-13沥青混合料的冻融劈裂强度比可以发现，其TSR值大小排列依次为：玄武岩机制砂类沥青混合料(91.7)>石灰岩机制砂类沥青混合料(84.4)>天然砂类沥青混合料(78.7)>石屑类沥青混合料(72.5)。玄武岩机制砂类、石灰岩机制砂类、天然砂类等3种沥青混合料的冻融劈裂强度比均满足水稳定性检验技术要求(TSR>75%)，且玄武岩机制砂类沥青混合料的冻融劈裂比最大，说明其沥青混合料的抗水损害能力最强，混合料水稳定性最好。石屑类沥青混合料冻融劈裂强度比最小，且不满足规范要求，推荐选用其它三种沥青混合料。

2.2 4种AC-13沥青混合料水稳定性试验

分别成型掺加4种细集料的AC-13沥青混合料试件，计算并对比4种沥青混合料的TSR值，试验结果见表8。

表8 掺加4种细集料下的AC-13冻融劈裂试验对比结果

由表8可知：4种AC-13类沥青混合料的TSR值大小排列为石灰岩机制砂类沥青混合料(75.8)>天然砂类沥青混合料(69.8)>石屑类沥青混合料(58.6)>玄武岩机制砂类沥青混合料(52.2)，相比于其它三种沥青混合料，石灰岩机制砂类混合料拥有最大的TSR值且是玄武岩机制砂TSR值的1.45倍，两种机制砂的差别较大，原因在于石灰石机制砂的特殊岩性性质使AC-13密集配集料与基质沥青粘附性增强，从而使其沥青混合料水稳性能提高。石屑与玄武岩机制砂对密集配沥青混合料水稳定性改善效果较差，建议使用石灰岩机制砂细集料制作AC类密集配沥青混合料。

3 结 论

本文主要选用石屑、天然砂、石灰岩机制砂、玄武岩机制砂等4种不同岩性的细集料，研究沥青混合料中细集料的岩性对沥青路面水稳性能的影响，通过冻融劈裂试验破坏强度比值为对照数据进行分析，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。得到结论如下：

(1)对比四种SMA-13沥青混合料，使用玄武岩机制砂对沥青混合料水稳定性改善效果最好，沥青混合料最大的冻融劈裂强度比可达到91.7%。

(2)相比于其它三种AC-13沥青混合料，掺加石灰岩机制砂的沥青混合料具有最高的TSR值，沥青混合料的抗水损害能力最强，其冻融劈裂强度比可达到75.8%。

(3)四种细集料的岩性对沥青混合料水稳性能的影响与混合料级配类型密切相关，选择集料时要注意与混合料级配相匹配。