细集料砂当量对沥青混合料路用性能的影响分析

胡胜荣

(江西交苑工程检测有限公司，江西南昌330013)

0 引言

沥青混合料涉及对多种原材料的使用，而集料在整个多元混合物体系中的占比可以达到80%，甚至更高。实验证明，沥青混合料的抗剪强度会受到粗细集料粉尘含量的影响，而集料含泥量会影响沥青混合料的高温稳定性与水稳定性。为了深入研究集料指标对沥青混合料路用性能的影响，选用四种不同砂当量细集料，进行水稳定性、高温、低温的实验研究。

1 原材料及配合比设计

1.1 沥青

参照沥青混合料路用性能测试的现有技术条件，以及试验的标准要求，选定SBS 改性沥青为试验材料。经过实测，得出材料针入度的为62（0.1mm）、延度为34cm、软化点为60℃、溶解度为99.5%。

1.2 集料

选用石灰岩石料作为集料，按照粒径大小不同进行划分，有 2.36 - 4.75mm、4.75 - 9.5mm、9.5-13.2mm、13.2-19mm 四种不同类型的粗集料，以及2.36mm 以下的细集料。通过磨细处理石灰岩碱性集料，得到矿粉，用作填料。

1.3 配合比设计

在混合料配合比设计方面，以道路工程中面层典型级配sup-20 为基准，研究分析沥青混合料的水稳定性。按照3.9%、4.4%、4.9%、5.4% 这四种油石比，制备四个成型马歇尔试件，经过试验与测试结果分析后，得出4.4%为最佳油石比。

2 试验方案

进一步研究分析细集料参数指标波动特点以及混合料路用性能受到的具体影响，选定70%、60%、55%及50%四种砂当量成型试件，进行浸水马歇尔试验、动稳定度试验以及小梁弯曲试验，用以测试、研究和分析沥青混合料在路用中呈现出的水稳定性、高温性能以及低温性能[1]。

3 试验结果与分析

3.1 水稳定性能

根据70%、60%、55%及50%四种砂当量，制备与之对应的sup-20 型沥青混合料，然后分别进行浸水马歇尔测试，试验其稳定度，得出如表1所示的数据结果。

表1 细集料砂当量对混合料水稳定性的影响

分析获取的数据结果，可以得出以下结论：

3.1.1 在适宜范围内适当减小砂当量，不会明显影响沥青混合料在路用中的抗水损害性。沥青混合料的砂当量越小，其在路用中体现出的残留稳定度越低。

3.1.2 在逐步减小集料砂当量的过程中，尤其是砂当量低于55% 的情况下，无论混合料的残留稳定度，还是浸水马歇尔稳定度，均会出现显著加大的衰减降幅。

3.1.3 相比于砂当量为70%的情况，在砂当量为60%时，可以观察到混合料残留稳定度衰减了2.2%。进一步减小为55%的砂当量时，其残留稳定度过低，已难以满足沥青混合料路用施工的要求标准。当砂当量为50%时，混合料的残留稳定度衰减达8.2%，均不符合沥青混合料路用施工的标准要求。

3.1.4 分析出现这一现象的具体原因，可以发现配制和拌制集料时，其砂当量越小，说明内部含泥越多。在集料表面有灰尘、泥土等杂质包围并裹附的情况下，其难以与沥青材料间稳定黏结。因而减小砂当量的同时，随之提高的是集料中的含泥量，导致裹附在集料表面的杂质越多，严重影响集料与沥青膜之间的有效黏结[2]。

当有黏土颗粒在集料表面不断裹附时，也会在一定程度上提高其表面的吸水性，便于外部水向内部渗透。若黏土吸水，会不断膨胀，这也会加快集料上沥青材料的剥落。实践证明，受温度、水等因素的影响，高塑性指数的泥土会促使沥青乳化，加剧沥青与集料的分离与剥落。除此以外，在泥土过多的情况下，沥青材料变脆、变硬的概率更高，将其使用到道路施工中，必然会减短路面的实际使用寿命，致使其出现破坏、疲劳等质量问题。由此可知，集料内含泥量越高，沥青混合料中集料与沥青的粘结越困难，材料水稳定性就越低。

3.2 高温性能

按照70%、60%、55%及50%这四种不同的砂当量，配置沥青混合料，并分别对混合料动稳定度进行测试，得出如表2所示的数据结果。

表2 细集料砂当量对混合料高温性能的影响

分析获取的测试结果，可以得出以下结论：

3.2.1 随着砂当量逐渐减小，混合料在测试中的高温性能出现了明显的波动变化，受到显著的负面影响。砂当量越小，沥青混合料动稳定度越低。在砂当量不超过55%的情况下，伴随着砂当量的不断下降，混合料动稳定度的衰减变化趋势越明显，减幅越大，不符合沥青混合料路用施工的标准要求。

3.2.2 相比于砂当量为70%的情况，在砂当量为60%时，混合料动稳定度衰减为10.25%。相比于砂当量为60%的情况，在砂当量为55%时，混合料动稳定度衰减幅度达30.48%，但观察此时45 分钟时的车辙变形量可以发现，其加大了13.62%，60 分钟时的车辙变形量也明显增加，增幅为16.35%。在砂当量低于55%后，混合料动稳定度的衰减变化更明显，减幅达22.28%。

由此可知，在集料内存在过多泥土时，集料表面与沥青材料间粘结能力越差，这也会在一定程度上削弱沥青胶浆粘结的强度性能，致使沥青混合料在高温环境下的抗形变能力大幅下降，无法达到路面施工的要求标准。（改性沥青混合料动稳定度根据气候分区要求最小为1800 次/mm）。

3.3 低温性能

按照70%、60%、55% 及50% 四种不同的砂当量规格，制备与之对应的sup-20 型沥青混合料小梁试件，设定实验条件为速度50mm/min、温度-10℃，对试件实行低温弯曲测试，检验混合料低温性能水平，得出如表3所示的数据结果。

表3 细集料砂当量对低温性能的影响

分析获取的数据结果，可得出以下结论：

3.3.1 在砂当量逐渐减小的过程中，沥青混合料低温性能呈现出一种特殊的变化趋势，即先增加，后降低。

3.3.2 当沥青混合料处于0℃以下的环境条件下时，混合料缝隙内的水会受到温度因素的影响，逐渐结冰，出现体积变大的变化现象，这种冻胀力不仅会施加到沥青膜上，也会对骨料在混合料中的嵌挤力带来一定影响。除此以外，当沥青材料长期处于低温环境中时，其塑性变形能力会显著减低，变得易脆，进而对混合料在路用施工中体现出的低温性能造成不利影响。

4 结语

运用不同砂当量的集料制备而成的沥青混合料，测试其路用性能可知：砂当量越小，沥青混合料呈现出的动稳定性越低，且高温性能受到负面影响；随着砂当量的减小，混合料的残留稳定度呈现明显减低的变化趋势。砂当量大，沥青混合料的动稳定度高，残留稳定度大。在砂当量逐渐减小的整个变化过程中，沥青混合料的低温性能会先变大、后衰减，在砂当量低于60%时，砂当量每降低5%，混合料的低温性能衰减4.5%。通过上述数据分析可知，只有当细集料砂当量≥60%时，混合料的路用性能才能达到《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40—2004）中对于改性沥青混合料的标准要求。