不同细集料对沥青混合料抗车辙性能的影响研究

摘要: 细集料在沥青混合料中占有重要比例，不同细集料的应用对于沥青混合料的路用性能有着较大的影响，通过采用不同类型的细集料对沥青混合料抗车辙性能进行试验研究，以及对细集料在沥青混合料骨架的形成的做出分析，同时对骨架密实型矿料设计方法提出意见。

关键词: 沥青混合料；细集料；颗粒级配；骨架；车辙

Abstract: fine aggregate in asphalt mixture holds an important proportion, different fine aggregate application for asphalt mixture with properties of road has great influence, by the use of the different types of fine aggregate of asphalt mixture anti-rutting properties are studied, and the fine aggregate in asphalt mixture formation of a skeleton of analysis, and the skeleton type is mine materials design method comments.

Keywords: asphalt mixture; Fine aggregate; grain composition; Skeleton; rut 0 前言

贵州省地处中国西南部，常年多雨，气候不稳定，灾害性天气较多，夏季最高气温达35℃，沥青路面表层最高温度甚至达65℃，特别是贵州省遵义至毕节段交通呈现重型化，从通车数年的几条重交通高速公路来看，高温车辙是高速公路沥青路面的主要病害之一。每年都进行了大量的铣刨维修养护。由于这几条高速公路均是采用半刚性基层沥青路面结构，均有三层半刚性结构层，因此其车辙主要部分来自于沥青层，即沥青层在高温、重载作用下出现了高温剪切流动变形。如何提高沥青混合料的高温抗车辙性能是高速公路材料设计的一项主要内容，当然添加抗车辙剂是一种较好的途径，不过也大大增加了工程造价。因此，更重要的是如何从粗细集料的颗粒级配方面想办法提高沥青混凝土的高温抗剪切流变性能。

国内外研究表明,沥青混合料的高温抗车辙能力有60%~70%依赖于矿料级配的嵌挤作用,而沥青结合料的粘结性能只有30%~40%的作用。对于混合料骨架嵌挤的形成往往只考虑粗集料的作用，而忽略掉细集料对于其影响。本文依据在遵毕高速沥青路面沥青混合料设计中实际情况针对其抗车辙性能等试验进行了相关的试验研究。

1、不同石灰岩细集料在上沥青面层的试验研究

1.1集料及填料的选择

杭瑞高速公路贵州境遵义至毕节段路面工程第二十九标段路面采用沥青混凝土路面，上面层为设计厚度4cm的AC-13C沥青混凝土，其由10~15mm，5~10mm，0~5mm，矿粉和沥青这五部分组成。其5~10mm,10~15mm这两档料

粗集料均为业主指定厂家玄武岩轧制，集料坚硬，多呈棱柱体和正方体，无风化现象。细集料采用施工单位自有石灰岩轧制，其粒径大小为0~5mm, 填料采用矿粉。由于生产安排第二十九标段有1#和2#两个料场，其两个料场所产的细集料（0~5mm）颗粒级配，筛分[1]结果详见表1。

其1#和2#料场矿料合成级配曲线图如图1、图2所示。

图1 1#料合成级配曲线图图2 2#料合成级配曲线图

1.2沥青的选择

此AC-13C沥青混合料所用沥青为SBS改性沥青，其性能指标检测[2]结果详见表2。

表2 AC-13C所用沥青检测结果

由表2数据可知，沥青满足规范及设计要求。

2、马歇尔及车辙试验结果分析

根据施工经验分别选用4.5%、5.0%、5.5%、6.0%、6.5%的油石比进行试验验证，确定1#和2#料场的AC-13C最佳油石比为5.2%。

2.1 马歇尔试验

根据1#和2#料场的细集料和相同的粗集料制作马歇尔试件，进行马歇尔试验，其马歇尔体积指标见表3所示。

表3 AC-13C沥青混合料马歇尔试验结果

同时对1#和2#料场的细集料和相同的粗集料制作的车辙试件，进行了6O度车辙动稳定度试验，其试验结果见表4 。

表4 AC-13C沥青混合料高温稳定性

从表3可以看出1#料试件的空隙率4.6要大于2#料试件的空隙率4.0，其毛体积密度2.478要小于2#料的2.488。通过表4数据可见1#细集料高温稳定性明显强于2#细集料的高温稳定性。通过表3和表4数据可发现，沥青混合料的动稳定度和其最大密实度没有必然关系，其动稳定度受沥青混合料骨架影响。不同组成的沥青混合料,产生嵌挤作用的粗集料比例是重要因素。1#和2#料场所用粗集料的配比和沥青用量是相同的，但混合料的动稳定度相差很大，由此可推断细集料的颗粒级配对于混合料骨架的影响也非常之大。

根据填充理论和粒子干涉理论[3]认为：

（1）相同粒径的颗粒排列时，空隙率与其粒径的大小无关，仅与排列和填充方式有关；

（2）利用逐级填充理论设计集料级配，其骨架间隙率与填充方式和各级集料的填充比

例有关。

（3）要达到最大密实度，前一级颗粒间的空隙应由次一级颗粒填充，剩余的空隙再由更次一级颗粒填充，但填充的颗粒粒径不得大于其间隙的距离，否则大小颗粒之间势必发生干涉现象。

根据干涉理论（3），可从表1看到1#细集料中2.36mm和1.18mm这两档料的颗粒级配强于2#细集料，2#细集料过多的粒径小于1.18mm的颗粒，造成2#细集料和粗集料不能形成稳定的骨架嵌挤效果，粒径小于1.18mm的颗粒只是增大了混合料的密实度，但是在高温稳定性试验中不能有效的抵制车辙轮的来回碾压，造成其动稳定度明显小于1#料场试件的动稳定度。

通过上述试验数据可得骨架密实结构[4]内形成承载能力不仅只来自于粗集料，同样细集料对于混合料骨架的形成也有很大的影响，特别是细集料的颗粒级配。因此，如何确定粗集料和细集料的比例、细集料的颗粒级配、细集料对于骨架的填充方式是设计骨架密实型结构的关键因素。

3、结语

骨架密实型级配矿料设计方法中，细集料不仅是用来填充粗集料的空隙，以保证沥青混合料更密实，使混合料的空隙率更小，同时应该考虑其与粗集料之间形成的骨架结构。根据逐级填充理论和粒子干涉理论，细集料的各级粒径之间应该是逐级填充[5]，但由于在施工现场拌和场的冷料仓和热料仓的限制，一般只能采用四级或五级备料，实际上逐级填充只能是理论上的，施工现场只能合理地

确定2.36～4.75mm 、0～2.36mm的组成比例，达到细集料的最佳组合。如果最大公称粒径为 13.2 mm 或9.5mm，将只有一档细集料，其对混合料结构的影响更大，所以细集料就尤为重要。故沥青混合料配合比设计应注重与施工料场的沟通，帮助指导其调整料场筛皮控制细集料的颗粒级配，使试验结果达到最佳效果来调整施工配合比。

通过试验证明不同细集料，其物理力学特性等将不同程度地直接影响到沥青混合料的各种路用性能，尤其是高温稳定性。在诸多材料影响因素中,细集料的颗粒级配对于沥青混合料高温性能的影响往往被忽视，但是通过试验证明细集料颗粒级配对于混合料抗车辙性能影响很大。显然,选择合理的粗细集料比例、细集料的颗粒级配组成、细集料的填充方式及与合适的沥青用量,进行适当的级配设计,能显著地提高沥青混合量料的高温稳定性。。

参考文献

[1] JTG E42—2005公路工程集料试验规程[S]；

[2] JTJ 052—2000公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S]；

[3]黄开宇，吴超凡，彭红卫等抗车辙骨架密实型沥青混合料配合比方法研究[J]公路工程，2010，35（1）；

[4]黄启舒，许志鸿，韩振中.基于抗车辙性能的多碎石沥青混凝土骨架状态分析[J]公路工程，2008，33（3）:150-154.

[5]李红华等沥青路面车辙成因分析及车辙试验研究[D]西安：长安大学公路学院，2008.

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。