矿料对浇注式沥青混合料GA10性能的影响研究

莫正华　杨森　刘攀　盛兴跃　李璐

作者简介：

莫正华（1984—），工程师，主要从事钢桥面特殊路面铺装工程施工工作。

摘要：为了研究矿料对浇注式沥青混合料GA10性能的影响，文章以相同条件下制备的GA10为试验对象，考察集料种类、天然砂含量及矿粉细度对其流动性、高低温性能的影响。试验结果表明：集料种类对GA10性能指标的影响较小，不同集料制备的GA10均具有良好的路用性能，集料工程普适性较强;天然砂有利于提高GA10的流动性，但对混合料的高温性能不利，不宜采用天然砂;在一定范围内，随着矿粉细度的增加，GA10的流动性逐渐下降，但高低温性能逐渐增强，因此矿粉细度不宜过小，但也不能过大。

关键词：钢桥面铺装;矿料;浇注式沥青混合料;性能分析

中国分类号：U416.217

0 引言

浇注式沥青混合料是典型的悬浮密实结构，其粗、细集料分散于浇注式沥青与矿粉形成的沥青胶浆中[1]。该混合料具有良好的流动性、不透水性、抗开裂性能和协同变形能力，被广泛用于钢桥面铺装保护层[2-5]。

目前，工程上使用的集料种类繁多，包括玄武岩、石灰岩、辉绿岩等，其酸碱性、物理力学性质、洁净度等技术指标不尽相同，但都会在一定程度上影响沥青混合料的路用性能[6-8]。同时，在相同情况下采用天然砂和机制砂制备沥青混合料时，混合料的路用性能也表现出明显的差别[9-10]。由于浇注式沥青混合料沥青含量及矿粉用量高，故胶浆性能对混合料性能的影响很大。胶浆性能又主要取决于矿粉性质及细度、沥青性质及含量等因素[11]。因此，本文从矿料的角度出发，研究集料种类、天然砂含量及矿粉细度对浇注式沥青混合料路用性能的影响，为实体工程提供借鉴。

1 试验部分

1.1 试验原材料

本文采用自主研发的浇注式沥青，其技术要求及检测结果如下页表1所示。

本文采用六种技术指标合格的集料（包括玄武岩、石灰岩、花岗岩、凝灰岩、闪长岩、辉绿岩）以及天然砂、普通石灰岩矿粉进行级配设计。

1.2 级配设计

根据规范中的相应规定，采用0.075 mm通过率为85%的普通石灰岩矿粉进行配合比设计，结果如表2所示。

1.3 试验方法

按上述级配成型浇注式沥青混合料GA10试件，油石比均為7.8%，拌和温度均为230 ℃，拌和时间均为45 min，并分别进行浇注式沥青混合料GA10的刘埃尔流动性试验、贯入度试验和低温三点弯曲试验（大梁），系统评价集料种类、天然砂含量和矿粉细度对浇注式沥青混合料路用性能的影响。

1.3.1 刘埃尔流动性试验

将拌和好的混合料沿桶的边沿注入桶内，将支架立于桶的边沿，预热的落锤（与混合料温度之差≤5 ℃）通过支架的导孔垂直置于试样表面的正中央。放下落锤，记录落锤上两个刻度线通过导孔的时间间隔，即为混合料的刘埃尔流动性。

1.3.2 贯入度试验

贯入度试件尺寸为（70.7±1） mm×（70.7±1） mm×（70.7±1） mm，侧面作为测试面装入试模中，60 ℃水域保温60 min;初压后490.5 N加压60 min，30 min时的读数为贯入度;60 min时的读数与30 min时的读数差为贯入度增量。

1.3.3 低温三点弯曲试验

低温大梁试件尺寸为300 mm×100 mm×50 mm，试验温度为-10 ℃，加载速率为50 mm/min，在跨径中央施以集中荷载，直至试件破坏，记录最大荷载和跨中挠度，并计算弯拉强度、弯曲应变和劲度模量。

2 结果与讨论

2.1 集料种类对GA10性能的影响

集料会对沥青混合料的路用性能产生一定的影响。本文采用玄武岩、石灰岩、花岗岩、凝灰岩、闪长岩、辉绿岩等制备浇注式沥青混合料GA10，分别测试GA10的流动性、60 ℃贯入度及-10 ℃低温弯曲应变，试验结果如表3～5所示。

由表3～5试验结果可知，相同条件下，不同集料制备的浇注式沥青混合料的流动性十分相近。GA10的流动性主要受沥青结合料、油石比、矿粉比表面积、拌和温度及级配等因素的影响[12-13]，集料种类对其影响较小。六种GA10的贯入度及低温弯曲应变相差也较小，其中玄武岩制备的GA10具有较小的贯入度和较大的低温弯曲应变，说明其高低温性能更为突出。整体来看，不同集料制备的浇注式沥青混合料GA10的流动性、高温性能、低温性能均能满足规范要求。

本文所用的浇注式沥青为自主研发材料，自身具有较为优异的高低温性能，因而混合料均表现出较为优异的路用性能。同时，针对自主研发的浇注式沥青，集料普适性较强，若设计要求不高，可以根据实际情况因地制宜地选择集料，节约运输成本，降低工程造价。

2.2 天然砂含量对GA10性能的影响

细集料包括机制砂、天然砂、石屑等。本文在玄武岩集料中添加一定量的天然砂（保持级配不变）制备浇注式沥青混合料GA10，分别测试GA10的流动性、60 ℃贯入度及-10 ℃低温弯曲应变，试验结果如表6～8所示。

从表6可知，相同条件下，随着天然砂含量的增加，浇注式沥青混合料的流动性逐渐提高，说明天然砂有利于提高GA10的施工和易性。这是因为天然砂较为圆滑，少棱角，流动性更好。但从表7可以看出，随着天然砂含量的增加，GA10的贯入度及其增量逐渐增加，说明天然砂对浇注式沥青混合料的高温性能有负面影响。天然砂比表面积较小，降低了和沥青胶浆的接触面积，且与浇注式沥青的粘附性往往较差，进而减弱了GA10的粘结力和高温稳定性。同时，从表8还可以看出，随着天然砂含量的增加，GA10的弯曲应变略有下降，说明天然砂对GA10的低温性能有一定的负面影响。整体而言，无论采用天然砂还是机制砂，GA10的路用性能均满足规范要求。但技术指标要求较高的浇注式沥青混合料铺装工程不宜采用天然砂。

2.3 矿粉细度对GA10性能的影响

根据设计要求和工程实践经验，矿粉的0.075 mm通过率要达到80%～100%。在进行浇注式沥青混合料的配合比设计时，矿粉控制点主要是0.075 mm通过率，可以通过其反映矿粉的细度。本文采用不同0.075 mm通过率的矿粉制备浇注式沥青混合料GA10，分别测试GA10的流动性、60 ℃贯入度及-10 ℃低温弯曲应变，试验结果如表9～11所示。

由表9～11可知，矿粉细度对浇注式沥青混合料的性能有着较为明显的影响。随着矿粉细度的增加，GA10的流动性逐渐下降，60 ℃贯入度及其增量逐渐下降，低温弯曲应变逐渐减小。这是因为矿粉细度增加，比表面积也随之增加，相同油石比下，结构沥青也就越多，而自由沥青则相应减少，骨料之间的摩阻力和阻滞力会增大，从而降低了GA10的流动性[1]。结构沥青的增加降低了沥青结合料的温度敏感性，提高了GA10的内部粘聚力，因此混合料的高温性能逐渐增强。同时，矿粉细度的增加对混合料的低温性能有负面影响。考虑到浇注式沥青混合料的高温性能，矿粉细度不宜过小，但也不能过大，否则将明显影响施工和易性。

3 结语

（1）采用自主研发的浇注式沥青，相同条件下，集料种类对浇注式沥青混合料GA10的流动性、贯入度、抗弯应变有一定的影响，但不显著。不同集料制备的浇注式沥青混合料GA10的流动性及高低温性能均能满足规范要求。从工程原材料选取的角度看，不同地区钢桥面浇注式沥青铺装工程可就近取材，以节约运输成本，降低工程造价。

（2）相同条件下，掺入天然砂后，浇注式沥青混合料GA10的流動性逐渐提高，但对混合料的高低温性能有负面影响。一般情况下，浇注式沥青混合料不宜采用天然砂。

（3）相同条件下，矿粉细度对浇注式沥青混合料GA10的路用性能有较为明显的影响。综合考虑浇注式沥青混合料的高温性能和施工和易性，矿粉细度不宜过小，也不能过大。

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