張彥君

(山西遠(yuǎn)方路橋(集團(tuán))有限責(zé)任公司　大同　 037006)

河砂作細(xì)集料在瀝青路面中的應(yīng)用研究

張彥君

(山西遠(yuǎn)方路橋(集團(tuán))有限責(zé)任公司大同 037006)

摘要河砂與石屑具有很好的互補(bǔ)性，適當(dāng)摻量能夠減小骨料之間的摩擦阻力，改善混合料的壓實(shí)性能與路用性能。文中級(jí)配設(shè)計(jì)時(shí)采用18%的河砂完全代替細(xì)集料，并通過(guò)室內(nèi)馬歇爾試驗(yàn)方法，確定最佳油石比為4.7%；室內(nèi)性能檢驗(yàn)表明瀝青混合料具有良好的水穩(wěn)定性與高溫性能；實(shí)體工程檢測(cè)結(jié)果表明，現(xiàn)場(chǎng)施工的級(jí)配、油石比、厚度、壓實(shí)度及路表性能都能夠滿(mǎn)足規(guī)范要求，證明混合料具有良好的施工和易性。

關(guān)鍵詞瀝青路面瀝青混合料細(xì)集料河砂

細(xì)集料是瀝青混合料的重要組成部分，其比例與性質(zhì)會(huì)對(duì)混合料的路用性能產(chǎn)生較大影響。研究表明，表面粗糙、棱角分明、針片狀含量低、強(qiáng)度高的細(xì)集料，拌和壓實(shí)成型后，石料顆粒之間具有良好的嵌擠作用，能夠有效提高混凝土的強(qiáng)度與穩(wěn)定性；而表面光滑、棱角性差、針片狀含量高、強(qiáng)度低的細(xì)集料經(jīng)過(guò)拌和壓實(shí)成型后，石料顆粒之間嵌擠作用較差，在外部荷載作用下積極出現(xiàn)滑移，從而導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)變形破壞，迅速降低其強(qiáng)度[1]。

目前，常用的瀝青混合料細(xì)集料有機(jī)制砂、石屑與天然砂3種[2]。機(jī)制砂表面粗糙、棱角分明，但價(jià)格較高，應(yīng)用范圍較??；石屑粉塵多、強(qiáng)度低、扁片和碎土含量高、施工性能差，但價(jià)格便宜、方便取材，應(yīng)用較為廣泛；天然砂包括河砂、海砂和山砂，河砂表面光滑、易于壓實(shí)，但摻量較高時(shí)會(huì)對(duì)混合料高溫性能產(chǎn)生不利影響；河砂與石屑具有很好的互補(bǔ)性，適當(dāng)摻量的河砂能夠改善混合料的壓實(shí)性能與路用性能，因此對(duì)河砂在瀝青混合料中的應(yīng)用進(jìn)行研究具有重要意義。謝兆星等[3]研究了不同天然砂含量對(duì)瀝青混合料性能的影響分析；徐志輝[4]通過(guò)改變天然砂摻量，研究混合料的性能，確定出最優(yōu)的天然砂摻量。

本文結(jié)合實(shí)體工程與室內(nèi)試驗(yàn)研究，以河砂為細(xì)集料，選用AC-20 2種混合料，研究河砂完全代替細(xì)集料對(duì)瀝青混合料性能的影響，為以后的工程設(shè)計(jì)與施工提供技術(shù)支撐。

1混合料原材料性能檢測(cè)

1.1　瀝青

由于該路段為重交通路段，對(duì)瀝青混凝土路面的高溫性能、水穩(wěn)定性等路用性能要求較高，因此選用SBS 1-D型瀝青作為膠結(jié)料，其技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1　SBS改性瀝青技術(shù)指標(biāo)

1.2　集料

(1) 粗集料。粗集料選用石灰?guī)r，細(xì)集料全部采用河砂代替，河砂必須滿(mǎn)足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)中的要求，尤其是吸水率指標(biāo)必須小于2%。根據(jù)《公路工程集料實(shí)驗(yàn)規(guī)程》[5]中的試驗(yàn)方法檢測(cè)集料的主要技術(shù)性質(zhì)，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2　集料試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果

檢測(cè)各檔集料密度，以計(jì)算最大理論密度，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3　密度檢測(cè)結(jié)果

(2) 礦粉。本次選用的礦粉由石灰?guī)r磨制而成，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4　礦粉試驗(yàn)結(jié)果匯總表

1.3　外摻劑

由于河砂為弱堿性集料，與瀝青的粘附性較差，特在混合料中摻加2%(外摻法)的水泥作為抗剝落劑，以改善瀝青與集料粘附性。水泥選用32.5普通硅酸鹽水泥，其技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表5。

表5　水泥技術(shù)指標(biāo)

2配合比設(shè)計(jì)

2.1　級(jí)配設(shè)計(jì)

對(duì)各檔集料進(jìn)行水洗篩分,篩分結(jié)果見(jiàn)表6。

表6　集料篩分結(jié)果

根據(jù)上述篩分結(jié)果及《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》[6]，并借鑒Superpave配合比設(shè)計(jì)方法，進(jìn)行AC-20型瀝青混合料級(jí)配的優(yōu)化與確定。以4.75 mm與9.5 mm為關(guān)鍵篩孔，嚴(yán)格控制其通過(guò)率，保證混合料級(jí)配形成顆粒密實(shí)嵌擠結(jié)構(gòu)和混合料組成的均勻性。各檔集料摻配比例見(jiàn)表7。

表7　各檔集料摻配比例

級(jí)配設(shè)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表8。

表8　級(jí)配設(shè)計(jì)結(jié)果

2.2　最佳油石比的確定

根據(jù)上述設(shè)計(jì)結(jié)果，初擬3.5%,4.0%,4.5%,5.0%和5.5% 5個(gè)油石比，成型標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件，測(cè)試其體積技術(shù)指標(biāo)，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表9。

表9　體積指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

(1) 確定最佳瀝青用量初始值OAC1。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，依據(jù)馬歇爾穩(wěn)定度最大值、密度最大值、設(shè)計(jì)孔隙率中值依次確定油石比a1=4.5%，a2=5.5%，a3=4.2%，從而得到最佳瀝青用量初始值OAC1：

(2) 確定最佳瀝青用量初始值OAC2。確定各項(xiàng)指標(biāo)均符合瀝青混合料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求的瀝青用量范圍，確定出OACmin=4.6%，OACmax=4.8%，從而得到最佳瀝青用量初始值OAC2：

(3) 綜合確定最佳瀝青用量OAC。一般情況下，以O(shè)AC1和OAC2的平均值作為最佳瀝青用量，即

3瀝青混合料性能驗(yàn)證及研究

3.1　體積指標(biāo)檢驗(yàn)

采用上述設(shè)計(jì)AC-20級(jí)配及4.7%最佳油石比，成型標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件，檢驗(yàn)其體積指標(biāo)，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表10，由表10可見(jiàn)，采用河砂代替細(xì)集料成型瀝青混合料馬歇爾試件的體積技術(shù)指標(biāo)能夠滿(mǎn)足規(guī)范要求。

表10　馬歇爾體積指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

3.2　水穩(wěn)定性檢驗(yàn)

根據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》[6]的規(guī)定，采用浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)的浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂殘留強(qiáng)度指標(biāo)評(píng)價(jià)瀝青混合料的水穩(wěn)定性，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表11。

表11　凍融劈裂/浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

由表11可見(jiàn)，瀝青混合料具有較高的劈裂強(qiáng)度，且凍融劈裂殘留強(qiáng)度比也能夠滿(mǎn)足要求。浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)都表明，采用河砂代替細(xì)集料拌制的瀝青混合料具有良好的水穩(wěn)定性。

3.3　高溫穩(wěn)定性檢驗(yàn)

根據(jù)《公路瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》[7]中車(chē)轍試驗(yàn)的方法，采用上述AC-20設(shè)計(jì)級(jí)配和4.7油石比成型30 cm×30 cm×5 cm的車(chē)轍板試件，常溫下養(yǎng)生24 h后放入60 ℃的烘箱中保溫4 h，然后進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的車(chē)轍試驗(yàn)，為了防止試驗(yàn)過(guò)程中由于高溫導(dǎo)致橡膠輪胎粘附瀝青，試驗(yàn)前在車(chē)轍板表面涂抹一層礦粉。根據(jù)動(dòng)穩(wěn)定度(DS)和車(chē)轍深度評(píng)價(jià)瀝青混合料的高溫性能，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表12。

表12　車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果

由表12可見(jiàn)，瀝青混合料具有較高的動(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)，高溫性能良好；但會(huì)產(chǎn)生一定的車(chē)轍深度，根據(jù)車(chē)轍發(fā)展曲線(xiàn)在試驗(yàn)開(kāi)始階段車(chē)轍發(fā)展較快，且深度較大，后期車(chē)轍深度變化非常緩慢，故初步分析主要由于車(chē)轍板成型過(guò)程中碾壓不充分所致。

4實(shí)體工程檢測(cè)

采用上述AC-20設(shè)計(jì)級(jí)配、4.7%油石比進(jìn)行生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)后指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，鋪筑某一級(jí)公路的下面層，厚度為5 cm。在施工過(guò)程中施工單位及監(jiān)理嚴(yán)格控制混合料的級(jí)配、油石比等指標(biāo)；現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)格按照施工技術(shù)要求進(jìn)行攤鋪及碾壓，施工結(jié)束后對(duì)現(xiàn)場(chǎng)瀝青路面的壓實(shí)度、抗滑、構(gòu)造深度、滲水等性能指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，并評(píng)價(jià)工程施工質(zhì)量。現(xiàn)場(chǎng)施工情況表明，整個(gè)施工過(guò)程中并沒(méi)有出現(xiàn)推移、離析等施工質(zhì)量問(wèn)題。

4.1　瀝青混合料抽提檢測(cè)

在施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)AC-20型瀝青混合料進(jìn)行取樣，室內(nèi)采用燃燒爐法測(cè)定油石比，并采用水洗法進(jìn)行級(jí)配篩分，對(duì)油石比與級(jí)配進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表13。

表13　級(jí)配檢測(cè)結(jié)果

由表11可見(jiàn)，現(xiàn)場(chǎng)施工級(jí)配能夠滿(mǎn)足規(guī)范級(jí)配要求，但9.5 mm篩孔通過(guò)率比設(shè)計(jì)級(jí)配小4.5%左右，這主要是因?yàn)槭┕み^(guò)程中發(fā)現(xiàn)采用設(shè)計(jì)級(jí)配進(jìn)行攤鋪碾壓時(shí)表面細(xì)料較多，影響瀝青路面骨架結(jié)構(gòu)，故應(yīng)增加10～15 mm集料比例，降低5～10 mm集料比例；經(jīng)過(guò)檢測(cè)油石比為4.6%，滿(mǎn)足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》JTG F40-2004的技術(shù)要求，說(shuō)明現(xiàn)場(chǎng)施工控制條件較好。

4.2　壓實(shí)度及路表性能檢測(cè)

竣工后，采用鉆心取樣方法檢測(cè)瀝青路面下面層厚度；采用水中重法測(cè)試瀝青混合料心樣的密度，并采用室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)密度及最大理論密度雙控指標(biāo)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)度進(jìn)行檢測(cè)；采用摩擦系數(shù)擺式測(cè)定儀、鋪沙法、滲水系數(shù)測(cè)定儀分別檢測(cè)路面的抗滑性能、構(gòu)造深度和滲水性能。檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表14。

表14　施工質(zhì)量及路表性能檢測(cè)結(jié)果

由表14可見(jiàn)，采用河砂代替細(xì)集料鋪筑一級(jí)公路瀝青路面下面層時(shí)，其厚度、壓實(shí)度即路表性能技術(shù)指標(biāo)都能夠滿(mǎn)足規(guī)范要求，尤其是壓實(shí)度較好，這主要是因?yàn)楹由氨砻孑^為光滑，合理的摻量能夠減小骨料之間的摩擦阻力，改善瀝青混合料的壓實(shí)性能。路表平整密實(shí)，施工結(jié)束后并沒(méi)有出現(xiàn)泛油、松散、裂縫和明顯離析等現(xiàn)象。這表明采用河砂代替細(xì)集料拌制瀝青混合料具有良好的施工和易性，易于施工質(zhì)量的控制，適用于公路瀝青路面。

5結(jié)語(yǔ)

河砂與石屑具有很好的互補(bǔ)性，適當(dāng)摻量的河砂能夠改善混合料的壓實(shí)性能與路用性能。本文級(jí)配設(shè)計(jì)時(shí)采用18%的河砂完全代替細(xì)集料，添加2%的水泥作為抗剝落劑，并通過(guò)室內(nèi)馬歇爾試驗(yàn)方法確定出最佳油石比為4.7%；浸水馬歇爾試驗(yàn)與凍融劈裂試驗(yàn)、車(chē)轍試驗(yàn)分別表明河砂代替細(xì)集料瀝青混合料具有良好的水穩(wěn)定性與高溫性能；實(shí)體工程檢測(cè)結(jié)果表明，現(xiàn)場(chǎng)施工的級(jí)配、油石比、厚度、壓實(shí)度及抗滑、滲水等路表性能都能夠滿(mǎn)足規(guī)范要求，混合料具有良好的施工和易性，易于施工質(zhì)量的控制；尤其是河砂表面較為光滑，合理的摻量能夠減小骨料之間的摩擦阻力，改善瀝青混合料的壓實(shí)性能。

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Application Research on River Sand Used as Fine Aggregate in Asphalt Pavement

ZhangYanjun

(Shanxi Yuanfang Road and Bridge (Group) Co., Ltd., Datong 037006, China)

Abstract：The river sand and stone chips have good complementary, and appropriate dosage in mixture is able to reduce frictional resistance between aggregates and improve compaction and road performance. The fine aggregate is completely replaced by 18 percent river sand in graded design, and 4.7% optimum asphalt ratio is determined through laboratory Marshall test methods. Indoor performance test shows that water stability and high temperature performance of asphalt mixture are very well. Entity engineering test results show that the construction site grading, ratio, thickness, degree of compaction and the road surface performance are able to meet the regulatory requirements, and the workability of mixture is well.

Key words:asphalt pavement; asphalt mixture; fine aggregate; river sand

收稿日期：2015-08-27

DOI 10.3963/j.issn.1671-7570.2015.06.039