花岗岩的沥青混合料路用性能研究

杨茂军

摘要：为了研究花岗岩沥青混合料的水稳定性能，文章采用粗、细花岗岩集料进行了混合料配合比设计，以添加4‰抗剥落剂、4%抗剥落剂与2%水泥综合使用两种方式改善花岗岩粘附性，并采用浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、浸水汉堡车辙试验对花岗岩沥青混合料水稳定性进行了评价。试验结果表明：对于粗细集料均采用花岗岩时仅通过添加抗剥落剂难以满足混合料的水稳定性要求;在此基础上采用2%水泥替代矿粉后冻融劈裂残留强度比提升32.3%，显著提高水稳定性，且花岗岩沥青混合料的高温车辙变形降低14.8%，有效地改善了其高温稳定性。

关键词：道路工程;沥青混合料;水稳定性;花岗岩;抗剥落剂

中图分类号：U416.217 文献标识码：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.08.015

文章编号：1673-4874（2019）08-0053-03

0引言

花岗岩用于沥青路面建设面临的首要问题是水稳定性较差。水损害是沥青路面早期病害最主要的类型之一，也是道路建设者们普遍关注的焦点。为提高花岗岩与沥青的粘附性，行业学者通常采用添加抗剥落剂或者采用水泥、消石灰替代部分矿粉的方式。谭继宗通过采用石灰岩粗集料+石灰岩细集料、花岗岩粗集料+石灰岩细集料两种矿料组合方式，验证了添加抗剥落剂后花岗岩沥青混合料可达到石灰岩沥青混合料的路用性能指标。彭余华等对粗、细集料均采用花岗岩时的沥青混合料性能进行了研究，验证了采用0.2%水泥替代矿粉同时添加0.4%（沥青质量比）抗剥落剂的措施，可显著提高花岗岩沥青混合料的水稳定性能及高温抗变形能力。但此方法只是对比了添加抗剥落剂与不添加抗剥落剂时的花岗岩沥青混合料性能，并未突出水泥替代矿粉的作用。郑晓光等验证了采用水泥替代矿粉可显著提高沥青混合料的水稳定性和高温稳定性。艾长发等针对粗、细集料均采用花岗岩时，采用添加抗剥落剂、添加消石灰等不同方案的试验对比，验证了抗剥落剂、消石灰可明显提高花岗岩沥青混合料的水稳定性的设想。并与粗集料为花岗岩、细集料为石灰岩的组合方式进行对比，结果表明采用石灰岩细集料更有利于改善花岗岩沥青混合料的水稳定性。

国内虽然针对花岗岩沥青混合料水稳定性有较多研究，但主要是采用花岗岩粗集料和石灰岩细集料，而粗、细集料均采用花岗岩的沥青混合料路用性能研究则较少。本文以AC-20花岗岩沥青混合料为例，粗、细集料均采用花岗岩，采用添加抗剥落剂、抗剥落剂+水泥两种方式进行沥青混合料的水稳定性验证，并采用汉堡车辙试验模拟路面在水一温耦合作用下的动水压力循环作用状态，评价不同改善措施对花岗岩沥青混合料水稳定性能及高温稳定性能的改善作用。

1矿料级配设计

AC-20花岗岩沥青混合料粗集料为花岗岩碎石，细集料为花岗岩石屑，填料为石灰岩矿粉，沥青采用SBS（1-D）改性沥青。改性沥青技术指标如表1所示。

花岗岩沥青混合料矿料级配组成如表2所示，其中矿粉掺量为4%。矿料级配曲线如图1所示。

花岗岩属于酸性集料，与沥青粘附性较差，而且沥青路面在雨水、荷载反复作用下会因为集料与沥青的粘结力不足而引起集料的脱落、掉粒，并在交通荷载作用下不断加剧损坏而形成路面坑槽，严重影响路面的使用性能和使用寿命。大量的试验研究表明，花岗岩沥青混合料存在水稳定性风险，因此本试验采用添加4%的抗剥落剂以提升花岗岩沥青混合料的水稳定性。

为了确定最佳油石比，采用5个不同的油石比4.0%、4.5%、5。0%、5.5%和6.0%进行马歇尔试验。试验结果如表3所示。

根据设计目标空隙率4.5%及花岗岩沥青混合料的体积指标综合确定目标空隙率为4.6%。最佳油石比下混合料的体积指标如表4所示。

由试验结果可知各项体积指标均满足规范要求。

2路用性能

2.1水稳定性能

本试验采用浸水马歇尔残留强度比和冻融劈裂残留强度比对花岗岩沥青混合料水稳定性进行评价，采用两种方案进行对比。方案1：添加4%的抗剥落剂;方案2：添加4%0的抗剥落剂+2%水泥替代矿粉。试验结果如表5所示。

由试验结果可以看出，方案1残留稳定度指标刚達到规范85%的要求，冻融劈裂抗拉强度比规范要求的80%低很多;而方案2残留稳定度指标则达到90。3%，比方案1提高了6%，冻融劈裂抗拉强度比得到大幅提升，比方案1提高了32.3%。这表明粗、细集料均采用花岗岩集料时，仅通过添加抗剥落剂改善其水稳定性并不能发挥较好的效果，可结合抗剥落剂再添加水泥进一步改善花岗岩沥青混合料的水稳定性。

2.2高温稳定性能

为了研究实际路面在水一温度一荷载耦合作用下的使用状况，采用汉堡车辙试验模拟路面的环境状态，研究在动水压力下花岗岩沥青混合料的变形特性。试验采用两种方案，如表6所示，均在50℃水浴恒温条件下进行汉堡车辙试验，两种方案下花岗岩沥青混合料的变形特性如图2所示。

由图2可以看到，在加载初期，混合料的变形较快，主要发生压密变形，随着加载次数的增加，试件压密到一定程度后将不再发生压密变形，而会由于高温下混合料的粘塑性使混合料发生蠕变变形。在蠕变阶段，混合料的变形量以稳定的速率增长，变形速率越大，高温性能越差。当蠕变量达到一定程度时混合料会出现剪切变形，即剥落拐点，随着加载次数的继续增加，混合料开始出现剪切变形，直至混合料的剪切破坏。从图2可以看到，在添加抗剥落剂基础上再用2%水泥替代矿粉后，车辙变形明显减小。

为了得到两种方案下混合料在蠕变阶段的蠕变速率，对四个试件的蠕变阶段进行了线性拟合，相关系数均达到0.99。两种方案下的变形深度和蠕变速率如表7所示。

从表7可以看出，方案1的车辙变形和蠕变速率明显大于方案2，填料采用水泥时车辙变形降低14.8%，表明采用水泥替代矿粉时可以提高花岗岩沥青混合料的高温抗变形能力。这主要是因为水泥偏碱性，与SBS改性沥青具有更好的粘附性，且比表面积比矿粉更大，能够形成更多的结构沥青，提高沥青胶浆与花岗岩集料的粘结性能。因此水泥在一定程度上可以改善花岗岩沥青混合料的高温抗变形能力。

3结语

（1）当粗、细集料均采用花岗岩集料铺筑沥青路面时，仅采用抗剥落剂措施难以完全满足混合料的水稳定性要求，应结合其他措施显著提高花岗岩沥青混合料的水稳定性能，如添加水泥。

（2）采用2%水泥替代2%矿粉后，冻融劈裂残留强度比提升32.3%，对花岗岩沥青混合料水稳定性能有显著改善作用，但不宜过多使用，易增加路面的脆性，存在开裂风险。

（3）水泥替代矿粉不仅可以显著改善花岗岩沥青混合料的水稳定性，还能有效提高高温稳定性能，降低高温车辙风险。