细集料指标对AC13沥青混合料性能的影响分析.pdf

收稿日期：2015-10-12 作者简介：康健（1979-） ，男，汉，河北平山人，硕士，工程师，研究方向高速公路的管理与养护。 77 第15卷 第2期 石家庄铁路职业技术学院学报 VOL.15 No.2 2016 年 6 月 JOURNAL OF SHIJIAZHUANG INSTITUTE OF RAILWAYTECHNOLOGY Jun.2016 细集料指标对细集料指标对 AC13 沥青混合料性能的影响分析沥青混合料性能的影响分析 康 健 （河北省高速公路廊涿管理处 河北廊坊 065000） 摘要：摘要：通过一系列试验，对比玄武岩、石灰岩和天然砂三种细集料对矿料级配、沥青混合料高温 稳定性和水稳定性的影响规律，同时分析了 10 %、16 %和 22 %三种天然砂用量的沥青混合料的性能， 最终提出针对不同等级公路的天然砂建议用量。 关键词：关键词：细骨料 指标 级配 混合料性能 中国分类号：中国分类号： TU535 文献标识码：文献标识码： A 文章编号：文章编号： 1673-1816(2016)02-0077-04 1 概述 1 概述 细集料包括天然砂、机制砂和石屑。由于石屑中土含量多、针片状比例很大，在目前的高速公路 和重载交通的沥青路面铺筑中，一般不允许采用；天然砂由于与沥青的粘附性较差、外形呈浑圆状， 天然砂由于质量变化大（大部分为中粗砂） ，影响集料的整体嵌挤作用，在一些工程上也限制使用或者 不允许使用，目前工程上使用量最多的是机制砂。机制砂不像石屑那样有大量不耐冲击的薄片和棱角， 形状大多接近立方体，机制砂的应用，是提高细集料棱角性的重要措施。一般采用石灰岩加工机制砂， 但是有的技术人员认为玄武岩强度高、耐磨性好，也采用了玄武岩机制砂。 2 原材料技术指标要求 2 原材料技术指标要求 （1）原材料指标 10-15mm 及 5-10mm 两档集料为河北易县产玄武岩石料，3-5mm 集料为河北鹿泉石灰岩石料，机 制砂分为玄武岩机制砂和石灰岩机制砂两种，天然砂为洁净河沙，填料为石灰岩矿粉。细集料技术指 标见表 1 和表 2。 表 1 集料技术指标试验结果 试验项目 天然砂 石灰岩机制砂 玄武岩机制砂 坚固性（0.3mm） % 2.3 1.1 0.78 棱角性（流动时间） S 27 32 33 （2）试验方案 矿料级配采用调整的 AC13 型级配， 采用美国工程兵旋转压实剪切试验机 GTM 方法进行混合料的 配比设计，混合料的设计压强采用 0.7 MPa。为了考察细集料对沥青混合料性能的影响，以细集料种类 和使用比例为变量设计 5 个试验方案，见表 2。 石家庄铁路职业技术学院学报 2016 年第 2 期 78 表 2 试验方案各种材料比例设计详表 试验方案编号 石灰岩机制砂 玄武岩机制砂 天然砂 1 100 0 0 2 90 0 10 3 84 0 16 4 78 0 22 5 0 100 0 3 沥青混合料性能试验结果分析 3 沥青混合料性能试验结果分析 3.1 天然砂对沥青混合料矿料级配的影响 3.1 天然砂对沥青混合料矿料级配的影响 目前我们的道路工程热衷于机制砂，机制砂对于提高道路的质量确实有重大的贡献，但是如果单 纯采用机制砂，如果级配不能调整到最佳程度也将影响沥青混合料整体性能。 掺加部分天然砂有助于将级配调整到最佳，提高沥青混和料整体性能，这里从细集料颗粒组成对 矿料级配的影响展开分析，机制砂与天然砂在粒径上的差别见表 3。 表 3 机制砂与天然砂粒度分布对比表 通过下列筛孔的通过率% 种类 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075 正定河砂 100 89.7 79.4 55.4 11.8 0.5 0 机制砂 1 100 90.9 49.6 30.9 10.7 5.1 2.9 机制砂 2 100 73.0 40.9 23.3 13.1 10.0 6.9 机制砂 3 100 88.4 54.7 31.0 13.0 9.8 7.7 由表 3 可知，天然砂和机制砂在 1.18 mm、0.6 mm、0.15 mm、0.075 mm 等筛孔的通过率存在比较 大的差别，机制砂的粒度可以通过制砂工艺适当调整，但调整幅度有限。这是因为在生产机制砂过程中， 如果 0.31.18 mm 各筛孔的通过率达到比较满意的要求，则 0.075 mm 以下的颗粒太多，如果 0.075 mm 以下的颗粒达到比较满意的要求，0.31.18 mm 各筛孔的通过率则太小。在进行沥青混合料配合比设计 时，如果单纯的采用机制砂，可能在某些筛孔上不易于调整，或者由于机制砂的用量太大，造成机制 砂中的小于 0.075 mm 的颗粒太多，以致新鲜的矿粉不能加进去，或者掺加的量很少。下面举例来说明 这个问题。例如某工地进行 AC13 型的配合比设计，各种材料的筛分结果见表 4，各档集料掺配比例见 表 5。 表 4 集料筛分结果 通过率（%） 筛孔直径 mm 10-15mm 5-10mm 3-5mm 机制砂 矿粉 16.0 100 13.2 88.7 100 9.5 14.8 96.9 100 4.75 0.3 5.9 79.1 100 2.36 0.7 7.0 72.6 1.18 2.2 47.3 100 0.6 1.7 31.1 99.7 0.3 21.0 99.3 0.15 18.4 98.0 0.075 14.4 89.3 第 2 期 康健 细集料指标对 AC13 沥青混合料性能的影响分析 79 表 5 集料掺配比例 集料粒径 10-15mm 5-10mm 3-5mm 机制砂 矿粉 集料掺配比例(%) 20% 31% 8% 39% 2% 该工程的合成矿料级配见表 6。 表 6 矿料合成级配 筛孔 mm 16.0 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075 合成级配 100 97.7 82.0 49.2 31.1 20.9 14.5 10.6 9.6 7.9 设计级配 100 95- 74- 42- 28- 20- 13- 10- 7- 4- 100 88 62 45 36 27 22 15 8 从上面的例子可以看出来，机制砂用了很大的比例，达到 39 %，尽管这样，在 1.18 mm、0.6 mm、 0.3 mm 等筛孔的通过率才刚好满足最低限要求，但是 0.075 mm 的通过率达到了级配要求的上限，如 果掺加部分天然砂，因为天然砂 1.18 mm、0.6 mm 筛孔的通过率比机制砂要大一些，0.075mm 的通过率 要比机制砂小的多，调整的级配可能增加了一些 1.18 mm、0.6 mm 的通过率，并且减小了一些 0.075 mm 的通过率，调整出的级配也更合理一些。 从上面的例子来看，单纯的采用机制砂的话，由于机制砂含有一部分 0.075 mm 以下的粉料，致使 新鲜的矿粉不能够最大限度的掺加进来，众所周知，机制砂里面的矿粉含有的土量比较大，势必影响 沥青混合料的质量。另外，单纯采用机制砂，造成在混合料中某一料仓的掺加量较大，实际施工过程 中容易造成等料或者溢料现象。 3.2 高温稳定性的影响分析 3.2 高温稳定性的影响分析 采用不同的细集料进行车辙试验结果见图 1。由图 1 知： （1） 当细集料掺加天然砂时， 随着天然砂用量的增加沥青混合料的高温稳定性有不同程度的下降， 但从试验结果看，天然砂用量控制在 15 %以下时，对沥青混合料的影响不大。当天然砂用量超过 15 % 时，沥青混合料的抗车辙能力下降非常快。采用玄武岩的石屑对沥青混合料的高温性能基本相当。 （2）机制砂在高温情况下受到外力的扰动后，在内部矿料颗粒排列发生变化的同时，丰富的棱角 使颗粒的排列嵌挤作用更加加强，由于天然砂的棱角性差，加之与沥青的结合能力也较低，因此在高 温的情况下，在受到车轮的挤压下，无法提供矿料颗粒间足够的抗剪切变形能力，因此在天然砂超过 一定数量时，动稳定度降低。 （3）细集料采用玄武岩机制砂与石灰岩机制砂的沥青混合料高温稳定性没有明显的差别。 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 12345 试验方案编号 动稳定度（次/mm） 图 1 不同细集料种类沥青混合料车辙试验结果 石家庄铁路职业技术学院学报 2016 年第 2 期 80 3.3 细集料种类对沥青混合料水稳性影响 3.3 细集料种类对沥青混合料水稳性影响 水稳性试验采用简化的 Lottman 试验方法。试验结果见表 7。 表 7 不同的细集料 AC13 沥青混合料水稳性试验结果 试验方案编号 最佳用油量% 冻融前劈裂强度 MPa 冻融后劈裂强度 MPa TSR % 1 4.2 0.84 0.79 94.0 2 4.2 0.82 0.76 92.7 3 4.3 0.79 0.71 89.8 4 4.3 0.71 0.54 76.0 5 4.2 0.91 0.80 87.9 由表 8 知： （1）细集料采用石灰岩机制砂的沥青混合料水稳性最好。 （2）沥青混合料的水稳性随着天然砂的用量增加，沥青混合料水稳性下降，当天然砂的用量超过 15 %，沥青混合料的水稳性急剧下降。 （3）细集料采用玄武岩的机制砂对沥青混合料的水稳性不利。 4 结论 4 结论 （1）与玄武岩机制砂相比，无论从沥青混合料的高温抗车辙能力，还是其水稳性来看，细集料采 用石灰岩机制砂都是最好的选择。 （2）从天然砂不同掺量对沥青混合料的影响看，天然砂的用量控制在 15 %以内对沥青混合料的 高温性能和水稳性没有多大影响，现行规范要求天然砂的用量不超过总量的 20 %，经验证，对于高速 公路、一级公路和重要干线公路的沥青混合料，鉴于天然砂由于颗粒接近于圆形，磨阻力小，故不宜 多用，建议天然砂的含量不宜超过总量的 15 %。 （3）在实际工程中也不应该过分的排斥天然砂，掺加少量的天然砂有利于沥青混合料的和易性， 而且掺加部分天然砂更利于级配的调整，调一个好的级配对沥青混合料的影响比掺加少量的天然砂对 混合料的影响更有利。 参考文献：参考文献： 1沙庆林.空隙率对混合料的重大影响J.国外公路,2001.4 2曹林涛.沥青混合料高温抗变形能力影响D.同济大学,2012 3张宏超.沥青混合料水稳性全程评价方法研究J.同济大学学报,2004(5) Influence Analysis of the Fine Aggregate Indicators on the Performance of the AC13 Asphalt Mixture KANG Jian (Lang-zhuo Administration Office of Hebei Expressway Langfang Hebei 065000 China) Abstract： A series of experiments were conducted to compare the influence rules of the three fine aggregates of basalt, limestone and natural sands to the aggregate gradation, asphalt mixtures high-temperature stability and water stability. The performance of three kinds of asphalt mixture with natural sand amounts of 10%, 16% and 22 % was analyzed and the natural sand dosages for different grades of highways are finally proposed. Key words：fine aggregate indicator graduation mixture performance