抗滑表层机制砂沥青混合料AC-13的组成及性能分析

陆贤芬 覃婷 覃金寿

文章采用马歇尔法，确定了沥青混合料AC-13的最佳油石比，并评价分析了石灰岩机制砂、辉绿岩机制砂及其规格对抗滑表层沥青混合料AC-13的组成及性能的影响。结果表明：石灰岩机制砂沥青混合料AC-13的2.36 mm、0.6 mm、0.075 mm的通过率分别为23.1%、13.7%、6.7%时，最佳油石比为4.6%;辉绿岩机制砂沥青混合料AC-13的2.36 mm、0.6 mm、0.075 mm的通过率分别为27.7%、14.9%、7.0%时，最佳油石比为4.9%;相对辉绿岩机制砂沥青混合料AC-13，石灰岩机制砂沥青混合料AC-13的动稳定度、冻融劈裂抗拉强度比、粘聚力分别提高了13.3%、21.2%、3.4%;相同辉绿岩粗集料条件下，石灰岩机制砂沥青混合料AC-13的抗剪强度、抗滑性能相对更优。

机制砂;沥青混合料;路用性能;抗剪强度;抗滑性能

U416.02A060194

0 引言

广西高速公路AC类沥青路面抗滑表层高温稳定性、水稳定性能优良，但抗滑性能衰减较快。

抗滑表层沥青路面用粗集料多为广西田东、大化、龙胜等地产的辉绿岩碎石，细集料则多为石灰岩石屑，而沥青混合料的组成设计最重要的一个环节在于细集料、填料、油石比的用量设计。细集料在沥青混合料中起到填充作用，影响沥青混合料的胶（砂）浆性能，也影响沥青混合料的密实性与高温稳定性[1-9]。细集料中含砂的成分相对越多，沥青混合料越容易密实。为了探索不同岩性机制砂对抗滑表面层沥青混合料AC-13组成设计及性能的影响，本文选择圆锥式破碎机加工的辉绿岩普通机制砂、白色石灰岩普通机制砂作为细集料，粗集料选用同一种岩性和规格的辉绿岩，其试验结果可为广西高速公路表面层沥青混合料选材设计提供参考。

1 原材料

1.1 原材料

1.1.1 基质沥青

考虑到改性沥青可能掩盖不同岩性机制砂对沥青混合料的组成及性能影响，本文选用壳牌70#A级道路石油沥青，其测试结果如下页表1所示。

1.1.2 矿料

碎石1#（10～15 mm）、碎石2#（5～10 mm）为大化岩滩产的辉绿岩粗集料，细集料有上林洋渡石灰岩普通机制砂3#（0～3 mm），大化岩滩辉绿岩普通机制砂4#（0～3 mm），集料密度测试结果如表2所示，筛分结果如表3所示。

填料采用广西某石场提供的石灰岩矿粉5#，其测试结果如表4所示。

1.2 抗滑表层普通机制砂沥青混合料AC-13的配合比设计

1.2.1 级配设计

通过比对选择，兩种不同岩性普通机制砂沥青混合料AC-13的矿料设计如表5所示，其中，石灰岩普通机制砂抗滑表层沥青混合料的矿料组成设计为碎石1#（10～15 mm）：碎石2#（5～10 mm）：石灰岩普通机制砂3#（0～3 mm）：矿粉5#=38∶34∶25∶3;辉绿岩机制砂抗滑表层沥青混合料的矿料组成设计为碎石1#（10～15 mm）：碎石2#（5～10 mm）：辉绿岩普通机制砂4#（0～3 mm）：矿粉5#=33∶34∶30∶3。

1.2.2 最佳油石比的确定

采用马歇尔试验进行沥青混合料最佳油石比确定，结合相关实体工程，将油石比4.8%作为中值，以0.5%进行等间隔变化，即制备5组，油石比分别为3.8%、4.3%、4.8%、5.3%、5.8%，石灰岩普通机制砂抗滑表面层沥青混合料AC-13的马歇尔试验结果如表6所示。

从表6可以看出，随着油石比的增加，石灰岩普通机制砂沥青混合料AC-13的空隙率逐渐降低，饱和度逐渐增大。根据表6数据，采用插值法拟合，得到目标空隙率4.2%对应的油石比OAC1为4.6%;各指标符合沥青混合料技术要求的油石比范围OACmin～OACmax的平均值OAC2为4.65%，石灰岩普通机制砂抗滑表层沥青混合料AC-13的最佳油石比为4.6%。同理，按照上述方法，确定辉绿岩普通机制砂抗滑表层沥青混合料AC-13的最佳油石比为4.9%。

按最佳油石比，两种不同岩性普通机制砂抗滑表层沥青混合料AC-13的马歇尔试验结果如表7所示。

从表7可以看出，石灰岩普通机制砂、辉绿岩普通机制砂沥青混合料AC-13最佳油石比分别为4.6%、4.9%时，AC-13的空隙率、饱和度、间隙率、稳定度以及流值技术指标均满足技术要求。

2 不同岩性普通机制砂抗滑表面层沥青混合料AC-13的性能检验

2.1 高温稳定性检验

采用轮辗成型机分别成型两种不同岩性普通沥青混合料AC-13的块状试件，轮辗成型后，在室温冷却放置12 h，放在60 ℃恒温室保温5 h，在0.7 MPa轮压作用下进行车辙试验，以评定其抗永久变形能力，车辙试验结果如表8所示。

从表8可以看出，石灰岩普通机制砂沥青混合料AC-13的动稳定度较辉绿岩普通机制砂沥青混合料AC-13的提高了13.3%。4.6%的油石比下，石灰岩普通机制砂沥青混合料AC-13的空隙率为4.2%，石灰岩普通机制砂细集料用量为25%，相对而言，与辉绿岩普通机制砂沥青混合料AC-13相比，4.9%的油石比下，当辉绿岩普通机制砂用量为30%时，石灰岩普通机制砂沥青混合料AC-13粗集料的用量应相应增加，动稳定度也有所提高。

2.2 水稳定性检验

2.2.1 浸水马歇尔试验

分别设计两种不同岩性普通机制砂沥青混合料AC-13标准马歇尔试件，一组试件于60 ℃恒温水槽中保温0.5 h，一组试件于60 ℃恒温水槽中保温48 h，其余步骤与马歇尔试验一致，浸水马歇尔试验结果如表9所示。

从表9可以看出，石灰岩普通机制砂沥青混合料AC-13、辉绿岩普通机制砂沥青混合料AC-13浸水马歇尔稳定度都>10 kN，相对辉绿岩普通机制砂沥青混合料AC-13，石灰岩普通机制砂沥青混合料AC-13的浸水残留稳定度提高了9.6%。

2.2.2 冻融劈裂试验

在最佳油石比下，分别成型击实次数为50次的两种不同岩性普通机制砂沥青混合料AC-13马歇尔试件，其冻融劈裂试验测试结果如表10所示。

从表10可以看出，4.6%油石比下石灰岩普通机制砂沥青混合料AC-13冻融劈裂抗拉强度比较4.9%油石比下辉绿岩普通机制砂AC-13沥青混合料提高了21.2%，石灰岩机制砂属于碱性材料，辉绿岩机制砂属中性材料，碱性的石灰岩机制砂细集料形成沥青胶浆的黏度相对更大，沥青混合料的水稳性能相对更优。

2.3 普通机制砂沥青混合料 AC-13的抗剪强度

沥青混合料是一种较复杂的多相体系，根据传统强度理论，内摩擦角φ和粘聚力c提供沥青混合料的强度，可以用库仑内摩擦理论来解释。本文通过无侧限抗压强度和抗拉强度可以换算得到普通机制砂沥青混合料内摩擦角φ和粘聚力c。为了保证成型方式和试件尺寸都采用同一种标准，其中无侧限抗压强度和抗拉强度采用标准马歇尔试件，分别按照规范规定方法进行试验，试验结果如表11所示。

从表11可以看出，4.6%油石比下石灰岩普通机制砂沥青混合料AC-13的抗压强度、劈裂强度、粘聚力、内摩擦角较4.9%油石比下辉绿岩普通机制砂沥青混合料的大，其中，粘聚力相对增大3.4%，内摩擦角相对增大1.52°，说明石灰岩普通机制砂AC-13沥青混合料抗剪强度相对更高。

2.4 普通机制砂沥青混合料AC-13的抗滑性能

为了测试不同岩性普通机制砂抗滑表层沥青混合料AC-13抗滑能力，按照规范规定方法测其构造深度，首先根据轮辗法按最佳油石比制作沥青混合料试块，采用铺砂法测试块表面构造深度，其测试结果如表12所示。

从表12可以看出，石灰岩普通机制砂沥青混合料AC-13的构造深度相对较辉绿岩普通机制砂沥青混合料AC-13提高了24%。同一种规格粗集料，辉绿岩普通机制砂沥青混合料AC-13的辉绿岩粗集料碎石用量为67%，石灰岩普通机制砂沥青混合料AC-13辉绿岩粗集料碎石用量为72%，后者用量相对较多，可形成更大的构造深度，能提高表面层沥青路面的抗滑性能。

3 结语

（1）抗滑表层沥青混合料AC-13组成设计宜采用石灰岩机制砂作细集料。

（2）抗滑表层石灰岩机制砂沥青混合料AC-13的9.5 mm、4.75 mm、2.36 mm、0.6 mm、0.075 mm的通過率宜分别为68%、34%、24%、14%、6.5%。

[1]谭淑芳，邓廷权.细集料组成对沥青混合料的密实性影响分析[J].西部交通科技，2014（5）：11-14.

[2]冯晓萍.辉绿岩沥青混凝土AC-13C路用性能试验研究[J].山西建筑，2015（16）：109-110.

[3]杨玉芝，王佳康.机制砂沥青混合料路用性能的研究[J].低温建筑技术，2016（5）：30-31.

[4]谢百慧.细集料对沥青混合料路用性能影响研究[J].交通科技与经济，2015（3）：109-111.

[5]陈 璟.细集料敏感筛孔的判定研究[J].公路，2010（3）：154-158.

[6]申来明，杨海峰，房士伟.空隙率随机制砂关键筛孔的变化规律研究[J].筑路机械与施工机械化，2016（2）：52-56.

[7]何 军，陈 宁.广西不同岩性细集料SMA-13沥青混合料的性能对比分析[J].西部交通科技，2019（5）：64-67.

[8]王 模.海南万洋高速花岗岩集料[J].山西建筑，2019（12）：89-90.

[9]房士伟.机制砂在沥青混合料中的适用性研究[D].西安：长安大学，2015.