细集料砂当量对沥青混合料路用性能的影响研究

陆 宇 杜 骋 金光来 李一鹤

(1.江苏省交通工程建设局，江苏 南京 210029； 2.江苏中路工程技术研究院有限公司，江苏 南京 210000)

随着交通事业的不断发展，公路的建设规模逐渐扩大，特别是高等级公路建设里程的不断增加，对集料的需求量也越来越大。与此同时，集料供应紧张，使得集料买卖市场呈现出以“卖方主导”的现象，从而出现卖方加工质量的控制力度下降、可用宕口有限、部分劣质集料进入市场等问题，最终导致集料指标出现波动难以控制。在沥青混合料的多元混合物体系中，集料占比高达80%以上，当集料指标波动时，混合料性能将受到较大影响，因此集料指标波动已经成为影响路面建设质量重要隐患之一。贾洛通过分别采用玄武岩等六种不同岩性的集料制备六种AC-13型沥青混合料，进行大量试验研究发现，不同岩性的集料对应沥青混合料的不同性能并不具有一致的影响，针对沥青混合料的高温稳定性能，玄武岩表现最优；针对沥青混合料的低温抗裂性能，辉长岩则表现最优；针对沥青混合料的抗水损害性能，石灰岩则表现最优。

M.Shane Buchanan等对颗粒的针片状与混合料性能之间的相关性进行了研究，发现针片状含量多的混合料比针片状含量少的混合料的路用性能差。吴忠辉研究发现，粗、细集料的粉尘含量对沥青混合料的抗剪强度均有一定影响。赵薇研究发现，集料含泥量对沥青混合料的水稳定性和高温稳定性都有明显影响。秦仁杰等研究发现，随着细集料含泥量的增加，沥青混合料的浸水马歇尔稳定度、残留马歇尔稳定度、冻融劈裂强度逐渐下降。

为了进一步研究集料指标对沥青混合料性能影响，文章选用四种砂当量的细集料进行试件3制备，并进行高温、低温、水稳定性的研究。

1 原材料及配合比设计

本文所用石灰岩集料产地为安徽来安，矿粉产地为安徽宣城，SBS改性沥青产地为江苏南京。

1.1 沥青

采用SBS改性石油沥青，其技术指标检测结果见表1。

1.2 集料

采用集料均为玄武岩石料，粗集料粒径为13.2 mm～19 mm，9.5 mm～13.2 mm，4.75 mm～9.5 mm，细集料粒径为2.36 mm～4.75 mm，0.075 mm～2.36 mm，填料采用石灰岩碱性集料磨细得到的矿粉，相应技术指标按照JTG F40—2004公路沥青路面施工技术规范进行检测，检测结果见表2。

表1 SBS改性石油沥青技术指标检测结果及要求

表2 集料密度指标检测结果及要求

1.3 配合比设计

本文采用江苏省中面层典型级配Sup-20对沥青混合料水稳定性进行研究，首先选用3.9%，4.4%，4.9%，5.4%四个油石比成型马歇尔试件，通过试验分析确定最佳油石比为4.4%，矿料合成级配组成见表3。

表3 Sup-20矿料级配

2 试验方案

为了研究细集料指标波动对混合料路用性能影响，选择四种砂当量(70%，60%，55%，50%)成型试件，分别进行浸水马歇尔试验、动稳定度试验、小梁弯曲试验对混合料的水稳定性、高温性能、低温性能进行分析评价。

3 试验结果与分析

3.1 水稳性能

为了分析砂当量对沥青混合料水稳性能的影响，分别测试了70%，60%，55%，50%四种砂当量的Sup-20型沥青混合料的浸水马歇尔稳定度测试结果如表4所示。

由表4可知:

1)砂当量的减小对沥青混合料的抗水损害性能造成不利影响，砂当量越小，混合料的劈裂强度比、残留稳定度越小。

表4 细集料砂当量对混合料水稳定性影响

2)随集料砂当量的减小，沥青混合料的劈裂强度比、残留稳定度逐渐衰减；当砂当量低于55%后，沥青混合料的劈裂强度比、残留稳定度衰减幅度增大。

3)与70%的砂当量相比，当砂当量减小到60%时，沥青混合料的劈裂强度比、残留稳定度分别衰减2.28%，2.49%；当砂当量继续减小到55%时，沥青混合料的残留稳定度已不能满足规范要求；当砂当量继续减小到50%时，沥青混合料的劈裂强度比、残留稳定度分别衰减5.29%，8.14%，且沥青混合料的劈裂强度比、残留稳定度均不能满足规范要求。

4)这是由于集料的砂当量越小，其含泥量就越高，而泥土、灰尘等杂质裹覆在集料表面后，沥青较难与集料之间形成粘结。含泥量越高，泥土、灰尘等杂质就会在集料表面裹覆得越厚，从而使得沥青膜与集料之间越难形成粘结力。

还有就是裹覆在集料表面的粘土颗粒容易吸水，这就为水的渗透提供了通道，且吸水后易膨胀，使沥青容易从集料上剥落。有研究表明，高塑性指数的泥土在水和温度的作用下，可能使沥青乳化，从而导致沥青的剥落，过量的泥土还使得沥青变硬、变脆，路面容易过早疲劳破坏。因此含泥量的增多导致沥青混合料的水稳定性降低。

3.2 高温性能

为了分析砂当量对沥青混合料高温性能的影响，课题组分别测试了70%，60%，55%三种砂当量的Sup-20型沥青混合料的动稳定度，测试结果见表5。

表5 细集料砂当量对混合料高温性能影响

由表5可知：

1)砂当量的降低对沥青混合料的高温性能造成非常明显的不利影响，随砂当量的降低，沥青混合料的动稳定度逐渐衰减。尤其是砂当量低于55%后，随砂当量的降低，动稳定度衰减幅度变大。

2)与70%的砂当量相比，当砂当量降低到60%时，沥青混合料的动稳定度衰减6.35%；与60%的砂当量相比，砂当量降低到55%时，沥青混合料的动稳定度增加8.43%，但45 min时的车辙深度增加15.73%，60 min时的车辙深度增加14.60%；当砂当量降低到55%后，沥青混合料的动稳定度衰减21.37%。

3)这主要是由于过多泥土的存在，使得沥青与集料表面发生化学反应的能力下降，导致沥青胶浆粘结强度下降，从而导致沥青混合料高温抗变形能力降低。

3.3 低温性能

分别成型了70%，60%，55%三种砂当量的Sup-20型沥青混合料小梁试件，在温度-10 ℃，速率50 mm/min的条件下进行低温弯曲试验来检验沥青混合料的低温性能。试验结果见表6。

表6 细集料砂当量对混合料低温性能影响

由表6可知：

1)随砂当量的降低，沥青混合料的低温性能呈先增加后衰减的趋势；当砂当量低于60%时，砂当量每下降5%，沥青混合料的低温性能亦衰减5.40%。

2)这是由于在负温环境下，填充于沥青混合料缝隙中的水结冰后体积增大，对沥青膜产生压力，产生的冻胀力也将影响沥青混合料中骨料的嵌挤力；同时在低温环境下沥青会变脆，塑性变形能力减弱，从而影响混合料的低温性能。

4 结论

通过对不同砂当量的集料制备的混合料的路用性能测试得出以下结论：1)砂当量的降低对沥青混合料的高温性能造成非常明显的不利影响，随砂当量的降低，沥青混合料的动稳定度逐渐衰减。尤其是砂当量低于55%后，随砂当量的降低，动稳定度衰减幅度变大。2)砂当量的减小对沥青混合料的抗水损害性能造成不利影响，砂当量越小，混合料的劈裂强度比、残留稳定度越小。随集料砂当量的减小，沥青混合料的劈裂强度比、残留稳定度逐渐衰减；当砂当量低于55%后，沥青混合料的劈裂强度比、残留稳定度衰减幅度增大。3)随砂当量的降低，沥青混合料的低温性能呈先增加后衰减的趋势；当砂当量低于60%时，砂当量每下降5%，沥青混合料的低温性能亦衰减5.40%。