雷 俊，湯 雄，王金國(guó)

(1.交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院，北京 100088；2.寧夏公路建設(shè)管理局，寧夏 銀川 750000)

紅砂巖與石灰?guī)r集料摻配后路用性能研究

雷 俊1，湯 雄1，王金國(guó)2

(1.交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院，北京 100088；2.寧夏公路建設(shè)管理局，寧夏 銀川 750000)

通過(guò)對(duì)紅砂巖和石灰?guī)r集料摻配后進(jìn)行磨光試驗(yàn)、混合料配合比設(shè)計(jì)、高溫、低溫及水穩(wěn)性的驗(yàn)證試驗(yàn)，探究了不同摻配比例下(紅砂巖)對(duì)集料磨光值、混合料各項(xiàng)性能的影響，并對(duì)主要影響因素進(jìn)行了分析，得到了將紅砂巖按一定比例(>25%)摻配于石灰?guī)r中，可以提高混合料路用性能的結(jié)果。

集料；摻配；磨光值；動(dòng)穩(wěn)定度

1 原材料

1.1 石灰?guī)r

本文試驗(yàn)所使用集料均為寧夏所產(chǎn)石灰?guī)r，參照《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》對(duì)其關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，得到檢測(cè)結(jié)果如表1所示。

表1 石灰?guī)r關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)

1.2 紅砂巖

參照《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》對(duì)紅砂巖關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，得到檢測(cè)結(jié)果如表2所示。

表2 紅砂巖關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)

1.3 瀝青

本文所采用的瀝青為SBS改性瀝青，其相關(guān)技術(shù)指標(biāo)如表3所示。

表3 SBS改性瀝青各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)

1.4 礦粉

參照《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》對(duì)礦粉各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，得到檢測(cè)結(jié)果如表4所示。

表4 礦粉各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

2 試驗(yàn)方案

通過(guò)對(duì)集料的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行了試驗(yàn)，可以看出，石灰?guī)r其他幾項(xiàng)指標(biāo)均能夠滿足使用的要求，但磨光值較小，考慮到汽車(chē)行駛的安全性，必須提高路面的抗滑水平，而集料的磨光值在一定程度上將直接影響路面的抗滑。通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，寧夏地區(qū)瀝青路面表面層使用最大公稱(chēng)粒徑大多為13.2 mm，因此，本試驗(yàn)采用9.5～13.2檔集料進(jìn)行摻配，摻配比例按0%、25%、50%、75%、 100%，進(jìn)行常規(guī)的磨光試驗(yàn)，分別檢測(cè)磨光試件磨光前后的擺值，經(jīng)過(guò)修正得到各摻配比例集料的磨光值，以此來(lái)得到不同摻配比例對(duì)磨光值的影響。

2.2 關(guān)于混合料性能的研究

由于寧夏地區(qū)表面層常用AC-13混合料，一般而言，集料的抗滑主要由粗集料決定的。為了改善混合料中集料的磨光性能，本試驗(yàn)將9.5～13.2檔集料進(jìn)行摻配使用，摻配比例按0%、25%、50%、75%、100%使用，其他各檔使用石灰?guī)r。在采用相同的級(jí)配通過(guò)率的前提下，對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的配合比設(shè)計(jì)及性能驗(yàn)證，然后對(duì)摻配后的AC-13混合料進(jìn)行評(píng)價(jià)。0%、25%、50%、75%、100%均為紅砂巖的摻配比例。摻配比例的計(jì)算如公式(1)所示。

(1)

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)與分析

3.1 不同摻配比例下磨光值

利用擺式儀對(duì)磨光前后的試件進(jìn)行擺值檢測(cè)，并通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)料進(jìn)行修正得到集料在不同摻配比例下磨光值的大小，如表5所示。

表5 集料試件磨光前后磨光值

圖1 不同摻配比例下磨光前后PSV

由表5可以分析得到，兩種磨光值不同集料摻配后PSV大小介于兩種集料之間，且隨著集料的摻配比例呈線性關(guān)系，不管是磨光前還是磨光后，其線性相關(guān)性均較好，相關(guān)系數(shù)均達(dá)到了0.96以上。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行線性擬合，可以發(fā)現(xiàn)，磨光前后擬合曲線斜率相差較大，這也反映了兩種集料的耐磨性能。由圖1可以看出，當(dāng)集料沒(méi)有摻配的時(shí)候，紅砂巖磨光前后PSV的差值為15，而石灰?guī)r的卻達(dá)到了22，二者在磨光前后PSV的衰變差值達(dá)到的7個(gè)值，這也說(shuō)明了紅砂巖在磨光過(guò)程中，PSV的衰變要小于石灰?guī)r，紅砂巖的耐磨性能要優(yōu)于石灰?guī)r。當(dāng)將紅砂巖與石灰?guī)r進(jìn)行摻配后，摻配后的PSV隨著紅砂巖(較高磨光值集料)的摻配比例增加而增大，磨光前后的PSV差值亦隨著紅砂巖的摻配比例增加而減小，且均成線性增長(zhǎng)或減少的關(guān)系。參考《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范(JTG F40-2004)》對(duì)半干或者干旱地區(qū)集料磨光值的要求，當(dāng)石灰?guī)r與紅砂巖進(jìn)行摻配時(shí)，當(dāng)紅砂巖的摻配比例達(dá)到25%時(shí)，摻配后的集料就能夠滿足規(guī)范對(duì)磨光值的要求。

我國(guó)絕大多數(shù)電力企業(yè)為國(guó)有企業(yè)，即便國(guó)有企業(yè)可以承擔(dān)一定損失，但在市場(chǎng)價(jià)格低于經(jīng)營(yíng)成本的情況下，需要對(duì)其進(jìn)行一定補(bǔ)償以維持其正常運(yùn)營(yíng)。

3.2 混合料最佳油石比及毛體積相對(duì)密度

通過(guò)對(duì)幾種摻配比例下混合料配合比設(shè)計(jì)，得到各混合料最佳油石比及毛體積密度如表6所示。

表6 不同摻配比例下最佳油石比

由表6可以看出，隨著紅砂巖摻配比例的增加，在相同級(jí)配通過(guò)率的情況下，最佳油石比增加，主要原因是紅砂巖吸水率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于石灰?guī)r，因此紅砂巖集料的吸油量也要大于石灰?guī)r；除此之外，紅砂巖為酸性集料，石灰?guī)r為堿性集料，紅砂巖的粘附性較差，集料與瀝青界面之間的粘聚面積將會(huì)減小，自由瀝青增多，因此最佳油石比增大?；旌狭系拿w積相對(duì)密度的變化是：隨著紅砂巖摻配比例的增加，毛體積相對(duì)密度逐漸減小，且呈線性關(guān)系。逐漸減小的原因是：紅砂巖集料毛體積相對(duì)密度要小于石灰?guī)r，最佳油石比相差不是太大。

圖2 不同摻配比例下毛體積相對(duì)密度的變化

3.3 不同摻配比例下混合料高溫性能分析

動(dòng)穩(wěn)定度是反映混合料抗車(chē)轍能力的重要指標(biāo)，可以對(duì)混合料的高溫性能進(jìn)行有效地評(píng)價(jià)。試驗(yàn)分別對(duì)不同摻配比例的混合料進(jìn)行室內(nèi)車(chē)轍試驗(yàn)，試驗(yàn)條件為60 ℃，0.7 MPa。試驗(yàn)結(jié)果如表7所示。

表7 不同摻配比例下動(dòng)穩(wěn)定度

圖3 不同摻配比例下動(dòng)穩(wěn)定度變化

由表7可以看出，5種混合料動(dòng)穩(wěn)定度均超過(guò)了4 000次/mm，最大的達(dá)到了8 500次/mm，由圖3可以看出，隨著紅砂巖摻配比例的增加，混合料動(dòng)穩(wěn)定度增加，且呈線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)達(dá)到了0.97。有研究表明：影響混合料動(dòng)穩(wěn)定度的主要因素為集料與集料之間的摩擦力和集料與瀝青之間的粘結(jié)力，而碎石的強(qiáng)度、表面粗糙度是影響集料與集料之間的摩擦力的因素之一，集料與瀝青的粘附性以及瀝青自身的性能(如粘度、軟化點(diǎn)等)是影響粘結(jié)力的主要因素。因此表現(xiàn)出了較高的動(dòng)穩(wěn)定度的主要原因?yàn)閮蓚€(gè)方面：(1)本次試驗(yàn)所采用的結(jié)合料為SBS改性瀝青，SBS改性瀝青自身?yè)碛休^高的粘度和軟化點(diǎn)，對(duì)混合料抗車(chē)轍性能有極大的提高；(2)紅砂巖的抗壓碎能力要優(yōu)于石灰?guī)r，隨著紅砂巖摻配比例的增加，摻配后的混合料抗壓碎的能力得到提升，因此而提升了摻配后混合料抗車(chē)轍的能力。

3.4 不同摻配比例下混合料水穩(wěn)性分析

水穩(wěn)性的優(yōu)劣反應(yīng)了混合料抵抗水損害的能力大小，而浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)是評(píng)價(jià)混合料水穩(wěn)性的主要試驗(yàn)，殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度是評(píng)價(jià)水穩(wěn)性的主要指標(biāo)。按照相關(guān)的試驗(yàn)規(guī)程，對(duì)混合料進(jìn)行浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)，得到試驗(yàn)結(jié)果如表8所示。

表8 不同摻配比例混合料殘留穩(wěn)定度及凍融劈裂強(qiáng)度

圖4 不同摻配比例下水穩(wěn)指標(biāo)的變化

由表8可以看出，不同摻配比例混合料殘留穩(wěn)定度均在90%以上，其相差不大；而凍融劈裂強(qiáng)度卻隨著摻配比例的增加而逐漸減小，且相差較大，達(dá)到了15%。水損害主要是由于進(jìn)入混合料空隙中的水會(huì)在動(dòng)水壓力及真空負(fù)壓抽吸的作用下，滲入到瀝青與集料的界面上，由于水與集料之間的親和力大于瀝青與集料之間的親和力，瀝青膜容易從集料表面剝離，致使瀝青混合料出現(xiàn)掉粒、松散、坑槽等。

3.5 不同摻配比例下混合料低溫性能分析

彎曲試驗(yàn)用來(lái)測(cè)定混合料在規(guī)定溫度和加載速率時(shí)彎曲破壞的力學(xué)性質(zhì)。得到的主要指標(biāo)為低溫彎曲應(yīng)變，可以用來(lái)評(píng)價(jià)混合料低溫性能。本試驗(yàn)采用低溫-10 ℃進(jìn)行彎曲試驗(yàn)，其低溫彎曲應(yīng)變結(jié)果見(jiàn)表9。

圖5 不同摻配比例下低溫彎曲應(yīng)變變化

表9 不同摻配比例混合料低溫彎曲應(yīng)變

由表9可以看出，不同摻配比例下的混合料低溫彎曲應(yīng)變值相差不大，且沒(méi)有明顯的增加或減小的規(guī)律，但當(dāng)摻配比例超過(guò)50%時(shí)，混合料彎曲應(yīng)變值增大，參考各混合料的最佳油石比，其原因可能是由于瀝青用量的增加，在低溫條件下，瀝青勁度提高，能夠在集料的斷裂過(guò)程中提供足夠的包裹粘結(jié)力，略有提高混合料的彎曲應(yīng)變。因此可以認(rèn)為：集料的摻配對(duì)混合料的低溫性能影響較小。

綜上所述，當(dāng)紅砂巖的摻配比例大于25%時(shí)，混合料各項(xiàng)性能均能達(dá)到使用要求。

4 結(jié) 論

(1)低磨光值集料可以通過(guò)摻配高磨光值集料來(lái)提高磨光性能；

(2)紅砂巖集料的摻配可以提高混合料的高溫穩(wěn)定性，且隨著比例的增加，高溫性能越好；

(3)紅砂巖集料的摻配降低了殘留穩(wěn)定度及凍融劈裂強(qiáng)度，減弱了抗水損害的性能，且隨著比例的增加，水穩(wěn)性越差；

(4)紅砂巖的摻配對(duì)低溫彎曲應(yīng)變的影響較??；

(5)將紅砂巖按一定比例(>25%)摻配于石灰?guī)r中，可以提高混合料路用性能。

[1] 胡超. 混合粗集料抗滑表層配制技術(shù)與性能分析[D]. 西南交通大學(xué), 2011.

[2] 龔翠芬. 集料摻配試驗(yàn)[J].云南交通科技, 2003，(2):16-20.

[3] 王萬(wàn)平. 抗車(chē)轍瀝青混合料的試驗(yàn)研究[D]. 長(zhǎng)沙理工大學(xué), 2010.

Adissertationonthepavementperformanceresearchofmixtureofredsandstoneandlimestoneaggregateblending

LEI Jun1, TANG Xiong1, WANG Jin-guo2

(1.Research Institute of Highway science，Ministry of Transport,Beijing 100088，China;2.Bureau of Ningxia HighwayConstruction Management, Yinchuan,Ningxia 750000,China)

In this paper, the experiment of polishing, mixing ratio design, high temperature, low temperature and water stability test are carried out, after the blending of red sandstone and limestone. The effects of different blending ratio (red sandstone) on the polishing value and the properties of the mixture were explored, And the main influencing factors were analyzed. It got the conclusion that the red sandstone in a certain proportion (> 25%) blending in limestone can be used to improve the performance of mixture.

aggregate；blending；polished stone value；dynamic stability

U416

A

1008-3383(2017)09-0003-03

2017-02-03

雷俊，男，碩士研究生。

寧夏公路瀝青面層典型結(jié)構(gòu)研究。