粗集料针片状颗粒含量对沥青混合料水稳定性的影响

张卫琳

【摘要】根据我国公路表面层沥青混合料用粗集料质量技术要求， 本研究针对碎石针片状指标对沥青混凝土性能的影响进行了室内试验研究。主要针对石灰岩粗集料的针片状含量对沥青混凝土的水稳定性的影响进行了试验研究。结果表明， 粗集料针片状含量对沥青混合料的水稳定性有不同程度的影响。

本次研究的最终结果告诉我们：随着针片状碎石含量的增加，混合料的水稳定性趋于不稳定。在设计施工中粗集料的针片状含量要控制在规定范围内，否则不仅仅造成路面使用寿命减短，路面后期的修补还会增加工程费用。

【关键词】针片状含量；水稳定性；沥青混合料

前言

近年来，随着我国经济的快速增长，交通事业蓬勃发展，交通量急劇增加，形成渠化交通，这对路面的要求也越来越高。

目前沥青混凝土路面我国多采用半刚性基层，所以路面破坏多是上面层和面层，而且早期破坏比较严重，这使我们在设计中更重视沥青混合料的力学性能，尤其是沥青的性能，因而往往忽视了集料中针片状含量对沥青混合料的影响。

本文从集料针片状含量对沥青混合料的水稳定性进行了一系列研究，从而为施工中对集料的选择、路面工程质量控制提供一定的参考。

集料质量差是目前我国公路建设中特别严重的问题， 突出的表现是： 材料脏、粉尘多、针片状颗粒含量高、级配不规格等 。为保证沥青混凝土良好的使用性能， 我国沥青路面施工技术规范对沥青混合料用集料质量技术要求进行了明确的规定。

本次设计过程主要分为四大步骤：一，以符合规范的普通碎石（测得其针片状含量为7.8%）、预估油石比制作马歇尔试件，按规范测定其物理、力学指标，从而确定设计所采用的最佳油石比；二，检验最佳油石比是否符合要求，如果不符合要求，必须调整，确定出最佳油石比。三，采用已经确定的最佳油石比、30%针片状碎石、40%针片状碎石制作试件，按规范测定试件的浸水马歇尔试验指标。四，把三种试件的浸水指标进行对比，得出结论。

1、拟定设计方案

根据所研究混合料的特性和所提供材料的特性。我选定二级公路沥青混凝土路面上面层的配合比设计，确定沥青混合料的类型为：上面层为AC-13型细粒式连续级配沥青混凝土。

由此拟定设计方案：

（1） 以预估油石比作出五组普通集料的S型配合比基本试件，测定其物理、力学指标；

（2） 根据所测的物理、力学指标确定普通集料混合料的最佳沥青用量；

（3） 用最佳沥青用量做出两组普通集料的马歇尔试件，一组用于测定混合料的高温稳定性能，另一组用于测定混合料的水稳定性能。

（4） 增加粗集料的整片状含量分别到30%、40%，用最佳沥青用量制备两组马歇尔试试件。

（5） 分别测定两组增加针片状后混合料的高温稳定性指标和水稳定性。

（6） 通过普通集料混合料试件、增加针片状含量集料沥青混合料三种试件的物理、力学指标对比，得出结论。

2、原材料的选择及性能检验

2.1 沥青的选择：根据相关规范、规定确定采用70号A级石油沥青。

2.2 粗集料的选择及检验：根据本文设计特点和规程规范选用5～15mm两种规格的碎石。

2.3 细集料的选择及检验：本设计选择河砂和石屑。

2.4 填料的选择及检验表：填料采用矿粉。

3、沥青混合料配合比设计

3.1 沥青混合料配合比设计程序

沥青混合料配合比设计包括：试验室配合比设计（目标配合比）、生产配合比设计和生产配合比验证三个阶段。根据现有条件进行试验室配合比设计。

（1）确定沥青混合料的类型，规定矿料级配范围。

（2）确定工程设计级配范围

（3）对选择的设计级配，初选5组沥青用量，拌和混合料，分别制作马歇尔试件

（4）确定最佳沥青用量。

（5）以最佳沥青用量制作两组试件，测定其物理、力学等指标，检验最佳沥青用量是否合格。

（6）技术经济分析确定1组设计级配及最佳沥青用量

（7）以增加针片状碎石制备马歇尔试件，测定其物理力学指标。

（8）对比马歇尔标准件和针片状马歇尔标准件，得出结论。

3.2 矿质混合料配合比计算

经调试，各矿料的比例为：5-15mm碎石：5-10mm碎石：砂：石屑：矿粉=33.1：21.4：15.5：21.2：8.8。

3.2.3 调整配合比

调整配合比为：5-15mm碎石：5-10mm碎石：砂：石屑：矿粉=37：22.3：17.7：20.0：3.0。

4、确定沥青混合料的沥青最佳用量

由于实际材料性质的差异，按理论公式计算得到的最佳沥青用量仍然要通过试验方法修正，因此理论法只能得到一个供试验的参考数据。

4.1 沥青混合料马歇尔试件制备（击实法）

普通沥青S型级配适宜的油石比预估为4.5%。以0.5%的沥青用量间隔制备一组马歇尔试件，选用3.5%、4.0%、4.5%、5.0%、5.5%四个油石比，制作五组试件，每一组试件为5块；

4.2 确定沥青最佳用量

4.2.1 绘制沥青用量与物理—力学指标关系图

以油石比为横坐标，以马歇尔试验各项指标为纵坐标，绘制沥青用量与物理、力学指标关系图。

4.2.2 确定沥青混合料最佳沥青用量

S型级配：OAC=（OAC1+OAC2）/2=（4.6%+4.5.0%）/2=4.8%

5、沥青混合料配合比设计检测

沥青混合料浸水马歇尔稳定度试验

由确定的最佳沥青用量根据S型的配合比打十个试件，五个用来做浸水常规马歇尔稳定度（浸水半小时），五个用来做浸水马歇尔稳定度（浸水48小时）。

6、测定计算马歇尔试件的物理、力学指标

7、试验结果分析

将用最佳沥青用量打制的试件，经试验处理取出后，用马歇尔仪测其浸水稳定度及流值。

结果显示，三种混合料的水稳定度都符合要求，而且普通碎石混合料残留稳定度最高，30%碎石混合料比40%碎石混合料残留稳定度要高。显然， 随着针片状含量的增加， 沥青混凝土的水稳定性有所降低。

结论

通过普通碎石沥青混合料、30%针片状碎石沥青混合料、40%针片状碎石沥青混合料制作的试件测得的各项物理力学指标分析比较得出：

（1） 从物理、力学指标来看，30%碎石沥青混合料各方面都比40%针片状碎石沥青混合料有很大改善，但是30%碎石混合料的各指标又比普通碎石混合料差。

（2） 从经济方面看，针片状含量高的碎石对碎石要求比较小，所以其费用比普通碎石小，但是针片状含量超过一定值时，碎石混合料的性能也会大幅度折减，因而影响了道路的寿命，增加了养护费用；普通碎石混合料的造价虽然相对要高一些，可是同时也能够保证路面的使用寿命，使得后期的养护费用大量减少。

总的来看，在低等级公路中，路面技术要求不高时，针片状含量稍微超过规范规定值时，其沥青混合料是可取的，但是这种混合料在高等级公路中是不提倡的。

参考文献

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[5] JTGF40-2004，公路沥青路面施工技术规范[S]

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