论文部分内容阅读
摘 要：为了研究针片状颗粒含量对沥青混合料路用性能影响，课题组按照《公路工程集料试验规程》（JTG E42-2005）的要求采用游标卡尺从现有集料的中挑出针片状颗粒，分别制备了10%、15%、18%三种针片状颗粒含量集料，成型Sup-20型沥青混合料试件;采用浸水马歇尔试验、车辙试验、低温小梁试验对混合料的路用性能进行研究;结果表明：当针片状颗粒含量超过15%后，沥青混合料的水稳定性和抗裂性能明显降低，残留稳定度已临近规范限值，破坏应变衰减10.77%;研究结果对沥青混合料的路用性能控制有一定指导意义。
关键词：针片状颗粒含量;沥青混合料;路用性能
中图分类号：U414 文献标识码：A
0 引言
随着交通事业的不断发展，公路的建设规模逐渐扩大，特别是高等级公路建设里程的不断增加，对集料的需求量也越来越大。近年来，由于优质石料资源的大量消耗，以及国家对环境保护的力度进一步加大，部分未能达到要求的料场都面临着被关闭的困境。
1 集料问题及质量波动
江苏省内交通工程建设市场面临如下问题：（1）省内没有本地石料可用，需从外省运送集料供工程应用，施工单位集料采购成本增加，工程造价增大。（2）施工企业对路用集料的选择余地较少，集料采购料场不固定，导致集料质量波动，影响混合料的性能。
目前江苏省所用的石料加工厂生产的石料针片状颗粒含量趋向控制范围临界值。由于针片状颗粒过于细长或扁平，在施工期间和交通荷载作用下容易断裂，使沥青混合料级配细化、强度降低，从而导致路面出现早期破坏，已经成为影响路面建设质量重要隐患之一。
为了进一步研究针片状颗粒含量对沥青混合料性能的影响，文章选用三种针片状颗粒含量的集料成型混合料试件，进行高温、低温、水稳定性的研究。
2 原材料及配合比设计
本文所用石灰岩集料产地为安徽来安，矿粉产地为安徽宣城，SBS改性沥青产地为江苏南京。
2.1 沥青
采用SBS改性石油沥青，其技术指标检测结果见表1。
2.2 集料
采用集料均为玄武岩石料，粗集料粒径为13.2 mm～19 mm、9.5 mm～13.2 mm、4.75 mm～9.5 mm，细集料粒径为2.36 mm～4.75 mm、0.075 mm～2.36 mm，填料采用石灰岩碱性集料磨细得到的矿粉，相应技术指标按照《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）进行检测，检测结果见表2。
2.3 配合比设计
本文采用江苏省中面层典型级配Sup-20对沥青混合料性能进行研究，首先选用3.9%、4.4%、4.9%、5.4%四个油石比成型马歇尔试件，通过试验分析确定最佳油石比为4.4%，矿料合成级配组成见表3。
3 试验方案
为了研究针片状颗粒含量对混合料路用性能影响，选择三种针片状颗粒含量（10%、15%、18%）成型试件，分别进行浸水马歇尔试验、冻融劈裂强度试验、动稳定度试验、小梁弯曲试验，对混合料的水稳定性、高温性能、低温性能进行分析评价。
4 试验结果与分析
4.1 水稳性能
10%、15%、18%三种针片状颗粒含量的Sup-20型沥青混合料的浸水马歇尔稳定度、冻融劈裂强度测试结果如表4。
由上表可知，（1）当针片状颗粒含量超过15%时，沥青混合料的水稳定性明显降低;针片状含量越大，混合料的劈裂强度比、残留稳定度越小，沥青混合料的冻融劈裂强度、浸水马歇尔稳定度单调递减，说明沥青混合料的水稳定性下降。（2）与10%的针片状含量相比，当针片状含量增加到15%时，沥青混合料的劈裂强度比增加1.1%，残留稳定度减小1.2%;当针片状含量增加到18%时，沥青混合料的残留稳定度已临近规范限值。（3）这是由于随着针片状颗粒含量的增加，混合料空隙率增大，增加了水进入其中的机会，即增加了水对混合料的影响;同时，随着针片状颗粒含量增加，集料的破碎率增大，在集料颗粒的破裂面上没有沥青裹覆，沥青与集料的粘结界面直接暴露在外，容易被水逐渐侵蚀而导致沥青膜剥落，使混合料的水稳定性变差;混合料空隙率的急剧增大必然导致混合料的冻融劈裂试验强度比明显降低，所以15%的针片状颗粒含量也是混合料冻融劈裂试验强度比降低的拐点。
4.2 高温性能
10%、15%、18%三种针片状含量的Sup-20型沥青混合料动稳定度测试结果如表5。
由上表可知，（1）针片状含量的增加对沥青混合料的高温性能造成不利影响，随针片状含量的增加，沥青混合料的动稳定度逐渐衰减。（2）与10%的针片状含量相比，当针片状含量增加到15%时，沥青混合料的动稳定度衰减23.65%;当针片状含量增加到18%，沥青混合料的动稳定度衰减33.02%。（3）这是由于针片状颗粒细长且薄，其强度较低，在碾压成型和车辙试验过程中，针片状颗粒会产生不同程度的破损，使级配细化，嵌挤能力降低;针片状颗粒易以平躺状在混合料中分布，该分布嵌挤效果较差，且集料易沿集料间接触面滑动，导致混合料抗车辙能力下降。
4.3 低温性能
10%、15%、18%三种针片状含量的Sup-20型沥青混合料低温弯曲试验测试结果如表6。
由上表可知，（1）随针片状含量的增加，沥青混合料的低温性能先提升后衰减，但总体来看，针片状含量的增加对沥青混合料的低温性能不利。（2）与10%的针片状含量相比，当针片状含量增加到15%时，沥青混合料的破坏应变出现小幅提升。这是由于针片状含量为15%时，沥青混合料的密度、饱和度较大，空隙率较小，材料在成型过程中形成整体性能较好，因此具有较好的低温抗裂性能。（3）当针片状含量超过15%后，沥青混合料的破坏应变逐渐衰减，当针片状含量增加到18%时，沥青混合料的破坏应变衰减10.77%。
5 结论
通过对不同针片状含量的集料制备的混合料的路用性能测试得出以下结论
（1）针片状含量的增加对沥青混合料的水稳性能造成非常明显的不利影响。针片状含量越大，混合料的劈裂强度比、残留稳定度越小。（2）针片状含量的增加对沥青混合料的高温性能造成不利影响，随针片状含量的增加，沥青混合料的动稳定度逐渐衰减。与10%的针片状含量相比，当针片状含量增加到18%，瀝青混合料的动稳定度幅度衰减超过30%。（3）随针片状含量的增加，沥青混合料的低温性能先提升后衰减，但总体来看，针片状含量的增加对沥青混合料的低温性能不利。
参考文献：
[1]Kandal P S，Parker F，Mallick R B.Aggergate tests for hot mix asphalt： state of the practice[J].Transportation Research Circular，1997.
[2]M.Shane Buchanan.Evaluation of the effect of flat and elongated particles on the performance of hot mix asphalt mixtures.NCAT Report No.2000-03.
[3]谢兆星，李鼎乐，韩森，等.针片状颗粒含量对沥青混合料性能的影响[J].建筑材料学报，2007（6）：736-739.
[4]张金柱，尚新鸿.集料针片状含量对沥青混合料的影响分析[J].甘肃科技，2007（11）：186-188.
关键词：针片状颗粒含量;沥青混合料;路用性能
中图分类号：U414 文献标识码：A
0 引言
随着交通事业的不断发展，公路的建设规模逐渐扩大，特别是高等级公路建设里程的不断增加，对集料的需求量也越来越大。近年来，由于优质石料资源的大量消耗，以及国家对环境保护的力度进一步加大，部分未能达到要求的料场都面临着被关闭的困境。
1 集料问题及质量波动
江苏省内交通工程建设市场面临如下问题：（1）省内没有本地石料可用，需从外省运送集料供工程应用，施工单位集料采购成本增加，工程造价增大。（2）施工企业对路用集料的选择余地较少，集料采购料场不固定，导致集料质量波动，影响混合料的性能。
目前江苏省所用的石料加工厂生产的石料针片状颗粒含量趋向控制范围临界值。由于针片状颗粒过于细长或扁平，在施工期间和交通荷载作用下容易断裂，使沥青混合料级配细化、强度降低，从而导致路面出现早期破坏，已经成为影响路面建设质量重要隐患之一。
为了进一步研究针片状颗粒含量对沥青混合料性能的影响，文章选用三种针片状颗粒含量的集料成型混合料试件，进行高温、低温、水稳定性的研究。
2 原材料及配合比设计
本文所用石灰岩集料产地为安徽来安，矿粉产地为安徽宣城，SBS改性沥青产地为江苏南京。
2.1 沥青
采用SBS改性石油沥青，其技术指标检测结果见表1。
2.2 集料
采用集料均为玄武岩石料，粗集料粒径为13.2 mm～19 mm、9.5 mm～13.2 mm、4.75 mm～9.5 mm，细集料粒径为2.36 mm～4.75 mm、0.075 mm～2.36 mm，填料采用石灰岩碱性集料磨细得到的矿粉，相应技术指标按照《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）进行检测，检测结果见表2。
2.3 配合比设计
本文采用江苏省中面层典型级配Sup-20对沥青混合料性能进行研究，首先选用3.9%、4.4%、4.9%、5.4%四个油石比成型马歇尔试件，通过试验分析确定最佳油石比为4.4%，矿料合成级配组成见表3。
3 试验方案
为了研究针片状颗粒含量对混合料路用性能影响，选择三种针片状颗粒含量（10%、15%、18%）成型试件，分别进行浸水马歇尔试验、冻融劈裂强度试验、动稳定度试验、小梁弯曲试验，对混合料的水稳定性、高温性能、低温性能进行分析评价。
4 试验结果与分析
4.1 水稳性能
10%、15%、18%三种针片状颗粒含量的Sup-20型沥青混合料的浸水马歇尔稳定度、冻融劈裂强度测试结果如表4。
由上表可知，（1）当针片状颗粒含量超过15%时，沥青混合料的水稳定性明显降低;针片状含量越大，混合料的劈裂强度比、残留稳定度越小，沥青混合料的冻融劈裂强度、浸水马歇尔稳定度单调递减，说明沥青混合料的水稳定性下降。（2）与10%的针片状含量相比，当针片状含量增加到15%时，沥青混合料的劈裂强度比增加1.1%，残留稳定度减小1.2%;当针片状含量增加到18%时，沥青混合料的残留稳定度已临近规范限值。（3）这是由于随着针片状颗粒含量的增加，混合料空隙率增大，增加了水进入其中的机会，即增加了水对混合料的影响;同时，随着针片状颗粒含量增加，集料的破碎率增大，在集料颗粒的破裂面上没有沥青裹覆，沥青与集料的粘结界面直接暴露在外，容易被水逐渐侵蚀而导致沥青膜剥落，使混合料的水稳定性变差;混合料空隙率的急剧增大必然导致混合料的冻融劈裂试验强度比明显降低，所以15%的针片状颗粒含量也是混合料冻融劈裂试验强度比降低的拐点。
4.2 高温性能
10%、15%、18%三种针片状含量的Sup-20型沥青混合料动稳定度测试结果如表5。
由上表可知，（1）针片状含量的增加对沥青混合料的高温性能造成不利影响，随针片状含量的增加，沥青混合料的动稳定度逐渐衰减。（2）与10%的针片状含量相比，当针片状含量增加到15%时，沥青混合料的动稳定度衰减23.65%;当针片状含量增加到18%，沥青混合料的动稳定度衰减33.02%。（3）这是由于针片状颗粒细长且薄，其强度较低，在碾压成型和车辙试验过程中，针片状颗粒会产生不同程度的破损，使级配细化，嵌挤能力降低;针片状颗粒易以平躺状在混合料中分布，该分布嵌挤效果较差，且集料易沿集料间接触面滑动，导致混合料抗车辙能力下降。
4.3 低温性能
10%、15%、18%三种针片状含量的Sup-20型沥青混合料低温弯曲试验测试结果如表6。
由上表可知，（1）随针片状含量的增加，沥青混合料的低温性能先提升后衰减，但总体来看，针片状含量的增加对沥青混合料的低温性能不利。（2）与10%的针片状含量相比，当针片状含量增加到15%时，沥青混合料的破坏应变出现小幅提升。这是由于针片状含量为15%时，沥青混合料的密度、饱和度较大，空隙率较小，材料在成型过程中形成整体性能较好，因此具有较好的低温抗裂性能。（3）当针片状含量超过15%后，沥青混合料的破坏应变逐渐衰减，当针片状含量增加到18%时，沥青混合料的破坏应变衰减10.77%。
5 结论
通过对不同针片状含量的集料制备的混合料的路用性能测试得出以下结论
（1）针片状含量的增加对沥青混合料的水稳性能造成非常明显的不利影响。针片状含量越大，混合料的劈裂强度比、残留稳定度越小。（2）针片状含量的增加对沥青混合料的高温性能造成不利影响，随针片状含量的增加，沥青混合料的动稳定度逐渐衰减。与10%的针片状含量相比，当针片状含量增加到18%，瀝青混合料的动稳定度幅度衰减超过30%。（3）随针片状含量的增加，沥青混合料的低温性能先提升后衰减，但总体来看，针片状含量的增加对沥青混合料的低温性能不利。
参考文献：
[1]Kandal P S，Parker F，Mallick R B.Aggergate tests for hot mix asphalt： state of the practice[J].Transportation Research Circular，1997.
[2]M.Shane Buchanan.Evaluation of the effect of flat and elongated particles on the performance of hot mix asphalt mixtures.NCAT Report No.2000-03.
[3]谢兆星，李鼎乐，韩森，等.针片状颗粒含量对沥青混合料性能的影响[J].建筑材料学报，2007（6）：736-739.
[4]张金柱，尚新鸿.集料针片状含量对沥青混合料的影响分析[J].甘肃科技，2007（11）：186-188.