沥青混合料中集料吸水率研究

叶其业

（天津市塘沽区滨海建筑工程质量检测中心有限公司，天津 300456）

0 引言

在沥青路面施工过程中，经常遇到拟将用于沥青混合料的集料，因吸水率超出标准规范要求而被弃用，不得不另选其它料源的情况，从而增加工程成本，延长工期。本文是针对实际工程施工中遇到的此类问题而进行的研究并提出了解决办法。

1 吸水率问题

众所周知，在沥青路面道路工程中，道面质量主要包括路用性能和耐久性两方面。而决定沥青混合料的路用性能和耐久性的主要因素，首先是沥青混合料本身质量，其次是施工工艺。提高沥青混合料的质量，关键在于沥青混合料的原材料（即沥青胶结料和集料）和施工配比设计。为此各国标准对集料都提出了不同要求。

1.1 各国标准对集料要求的对比

各国标准对沥青混合料的原材料都提出了不同要求，表1是我国与欧洲规范[1-2]对粗集料技术要求的一些比较。在这些指标中，区别比较大的是冻融循环、吸水率和坚固性。在欧洲标准中，明确地将吸水率、坚固性和抗冻融指标归入抗冻融性能的耐久性指标中。且对含有部分多孔类碎石的集料，当吸水率在合格与不合格之间时，建议采用比重而非吸水率来判定其抗冻性能。同时，当坚固性试验满足要求时，即使吸水率超过2%的集料，也认为合格[3]。

而对于我国标准，将这些指标归入了资源特性指标中，也可以认为是耐久性指标。但没有冻融循环指标，坚固性指标是可选择性。对吸水率要求则是：用于高速公路、一级公路表面层时不得大于2%，用于其它路面时不得大于3%；同时还规定：用于高速公路、一级公路时，多孔玄武岩的视密度可放宽至2 450 kg/m3，吸水率可放宽至3%，但必须得到建设单位的批准，且不得用于SMA路面[1]。

对比两者，笔者认为，我国标准要求虽严，但操作性不强且造成浪费，原因是：

1）对于上述不能满足指标要求的集料就不能使用，没有选择余地；

2）对“多孔玄武岩的视密度可放宽至2 450 kg/m3，吸水率可放宽至3%，但必须得到建设单位的批准”的规定，从工程质量来说，建设单位不一定比专家更具有决定权；

表1 不同标准对集料的主要技术要求

3）实际上许多石料，如砂岩、多孔玄武岩甚至有的灰岩吸水率都较大，其它指标却都很好，也不得使用，正如规范条文说明所说，不就地取材，是很错误的。

1.2 吸水率指标的意义

吸水率和密度是集料的一个综合性指标，与其它指标存在一定的关联。吸水率小的集料，相对而言，结构致密、比较耐磨、耐久性好。但是，任何一个指标都不能完全反映一种集料的性质，正如规范中特意说明的多孔玄武岩、砂岩、钢渣等，都是良好的沥青路面用集料，可这些材料的吸水率却远超出规范要求。本工程涉及的石灰岩（见图1）存在同样的问题。

图1 多孔石灰岩

对于这种集料，在其它指标如强度、密度、磨耗值等满足要求情况下，吸水率反映的主要是耐候性（抗冻融循环）和水稳定性。

1.2.1 耐候性能

对于耐候性能，正如BSEN13043所提出：可以采用集料的冻融循环、坚固性等指标来反映；当冻融循环和/或坚固性满足要求时，即使吸水率超出也认为是合格的；且对于干旱地区可以不做要求。

而对于我国标准，相应的只有坚固性指标，且还是可选择性的。同时，我国的坚固性试验相比而言，比较宽松。BSEN13043采用的是硫酸镁、每个循环浸泡和烘干时间均为16～18 h；我国标准则采用硫酸钠浸泡，第1个循环为浸泡20 h、烘干4 h，其它循环均为4 h。建议可以参考BSEN13043标准，增加耐候性指标的检测判定。

1.2.2 水稳定性

水稳定性是根据工程所处的环境条件而决定的，对于干旱少雨地区，可以降低水稳定性的要求。除环境条件外，影响沥青路面水稳性的因素主要包括：组成沥青混合料的所用原材料、沥青混合料的结构类型和施工质量等。

集料对水稳定性的影响首先是集料与沥青的吸附性，而大量的工程实践证明，掺入石灰或水泥能有效地解决吸附性问题，提高沥青混合料的水稳定性。本工程也证明了这一点。

有理论认为，多孔性集料经加热，孔隙中的水将由液态变为气态，因体积膨胀，大部分水汽将从孔隙中排出，少量水汽仍留在孔隙深处，且孔隙开口附近的孔壁被烘干。加热的沥青拌入集料后，由于热沥青表面张力很小，与干燥的集料润湿性能好，虽不能充满集料的全部孔隙，但整个孔隙通道内至少有一段为沥青。随着沥青混合料温度逐渐降低，残存在孔隙深处的水汽将逐渐由气态转变为液态，且体积减小。由于体积减小，产生一个负压，在此负压作用下，已进入隙内的沥青不但不会外流，相反还会向内流动。随着混合料温度的继续下降，沥青逐渐变稠，最后凝固，将孔隙堵死。也就是说，在集料烘干情况下，多孔集料对混合料的水稳定性没有不利影响[4]。

就本工程而言，用这种吸水率超标的集料拌制的沥青混合料的浸水马歇尔残余稳定度均大于80%，与理论研究结果一致。但是真空饱水马歇尔残余稳定度值却只有20%～30%（真空饱水后60℃水中浸泡48 h）。如果采用2%水泥取代矿粉后，不同沥青含量的混合料的真空饱水马歇尔残余稳定度值都达到80%以上，即满足水稳定性要求。

总之，从水稳定性上来说，吸水率不能作为否认集料使用的指标。

1.3 沥青混合料的施工性能

对于吸水率大的集料，在施工上确实存在一些不利因素，主要有：

1）沥青用量加大。理论和实际都表明，对于吸水率大的集料，集料表面空隙也较多，拌制时，加热的沥青一部分将浸入到孔隙中去从而多消耗沥青[5]。这将加大施工成本。

2）干燥和加热时间长。对于吸水率大的集料，如孔隙中有水，那么烘干加热时需多消耗时间和燃料，降低了生产效率，增大了施工成本。

3）施工难度加大。施工难度加大主要表现在：

①干燥和烘干时间加长，否则，集料孔隙中的水不能完全散尽，留下的水分不但影响混合料耐久性，施工时还因水的存在将加大混合料的流动性，从而难以压实，影响工程质量。

②由于吸水率大的集料，空隙多且分布不均匀，吸水率指标本身变异性也大。而这将使最佳沥青用量产生变化，从而导致施工质量控制难度加大。对此，许多研究资料表明，可以采用添加木质纤维素或加强施工管理等措施予以解决。

1.4 关于吸水率大的集料问题

通过上述理论分析，可以得出：

1）对于吸水率大的集料，在其它指标如强度、密度、磨耗值等满足要求的情况下，不应作为否认该集料的理由。并建议能采用其它指标如坚固性、冻融循环等指标进一步分析。

2）对于吸水率大的集料，能满足浸水马歇尔残余稳定度表示的沥青混合料水稳定性要求；但需要添加一定比例的水泥或石灰取代矿粉来满足真空饱水马歇尔残余稳定度要求；因此，水稳定性也不能作为否认该集料的理由。

3）对于吸水率大的集料，将会增大沥青混合料的施工难度，需采取一定的施工措施。

2 工程应用

2.1 工程概况和技术要求

本工程位于炎热干旱地区，道面设计为两层级配碎石和单面层AC14沥青混凝土。AC14沥青混凝土采用60～70针入度等级的沥青，级配和技术指标要求如表2和表3，集料技术要求和检测结果如表4。需要说明的是，在工程技术规格书中要求的技术指标比较少，一些关键性指标如饱和度等都没有，在配比设计时都以现行有效的标准规范为依据。

表2 AC14级配和沥青用量要求

表3 马歇尔试验要求

2.2 沥青混凝土配合比设计

从表4可以看出，集料的各项指标中，除吸水率外，其它指标均满足技术要求。基于上述1.2节的理由，得到了监理和业主的认可，得以进行配合比的设计和施工。

表4 集料指标要求和检测结果

配比设计按目标配比、搅拌机计量生产热料、生产配比程序进行，表5和表6为生产配比的结果。

从表5可以得出，该配比孔隙率、饱和度、稳定度及流值等各项指标满足设计技术，浸水马歇尔残余稳定度检验结果为81.8%，可以直接用于施工生产中。

但是，进行真空饱水马歇尔试验验证（没有要求），不同沥青用量的残余稳定度都很低（小于30%）。为此，在上述配比的基础上，掺入2%水泥代替矿粉，进行了对比试验。结果表明沥青用量基本没有变化，稳定度稍有提高，而对于真空饱水马歇尔试验，5.5%、6.0%、6.5%三个沥青用量的残余稳定度分别为（83%、100%和65%），比未掺水泥时有明显提高，也满足了规范要求。

表5 配比设计结果

表6 AC14配合比

2.3 施工注意事项

由于集料吸水率的变异性，且没有采取其它技术措施，将导致沥青混合料最佳用油量的波动，施工中针这一特性进行有效控制。首先，母岩的开采应该按纵断面全断面开取，以保证材质的均匀性；其次，破碎后的集料应按规格分别逐级归堆，而不得随意堆放；施工中应加强对集料和沥青混合料的检测，及时掌握实际情况，根据实际情况进行必要的调整。

3 结语

1）对于除吸水率外其它指标都满足规范要求的集料，不能只因吸水率不合格而判定为不能使用；

2）对于吸水率大的集料可以采用坚固性指标判定其耐久性能，即当坚固性检验合格时，吸水率可以不做要求或放宽要求；

3）对于拌制的沥青混合料的水稳定性能，应根据实际情况确定，必要时可采用适量的水泥或石灰取代矿粉等措施得到有效改善；

4）对于吸水率变异性导致最佳油石比变化问题，可采取添加木质纤维素等措施来控制；

5）在施工过程中，应加强对集料的采集、加工、堆放等的管理，以保证材料的均匀性；确保集料的充分干燥和加热；加强检测频率，掌握和控制混合料质量的变化规律。

[1] JTGF40—2004，公路沥青路面施工技术规范[S].

[2] BS EN 13043：2002，Aggregates for Bituminous Mixtures and Surface Treatments for Roads，Airfields and Other Trafficked Areas[S].

[3] British National Roads Authority.Specification for Road Work[M].British National Roads Authority，2007.

[4] 欧阳男.英安岩吸水率对沥青混合料最佳油石比影响的研究[D].长沙：长沙大学，2007.

[5] 杨瑞华，李宇峙，黄云涌.集料吸水率对沥青混合料最佳油石比的影响[J].长沙交通学院学报，2006，22（4）：52-53.