河砂作細集料在瀝青路面中的應用研究

張彥君

(山西遠方路橋(集團)有限責任公司　大同　 037006)

河砂作細集料在瀝青路面中的應用研究

張彥君

(山西遠方路橋(集團)有限責任公司大同 037006)

摘要河砂與石屑具有很好的互補性，適當摻量能夠減小骨料之間的摩擦阻力，改善混合料的壓實性能與路用性能。文中級配設計時采用18%的河砂完全代替細集料，并通過室內(nèi)馬歇爾試驗方法，確定最佳油石比為4.7%；室內(nèi)性能檢驗表明瀝青混合料具有良好的水穩(wěn)定性與高溫性能；實體工程檢測結果表明，現(xiàn)場施工的級配、油石比、厚度、壓實度及路表性能都能夠滿足規(guī)范要求，證明混合料具有良好的施工和易性。

關鍵詞瀝青路面瀝青混合料細集料河砂

細集料是瀝青混合料的重要組成部分，其比例與性質會對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、強度高的細集料，拌和壓實成型后，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度與穩(wěn)定性；而表面光滑、棱角性差、針片狀含量高、強度低的細集料經(jīng)過拌和壓實成型后，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，從而導致混凝土出現(xiàn)變形破壞，迅速降低其強度[1]。

目前，常用的瀝青混合料細集料有機制砂、石屑與天然砂3種[2]。機制砂表面粗糙、棱角分明，但價格較高，應用范圍較?。皇挤蹓m多、強度低、扁片和碎土含量高、施工性能差，但價格便宜、方便取材，應用較為廣泛；天然砂包括河砂、海砂和山砂，河砂表面光滑、易于壓實，但摻量較高時會對混合料高溫性能產(chǎn)生不利影響；河砂與石屑具有很好的互補性，適當摻量的河砂能夠改善混合料的壓實性能與路用性能，因此對河砂在瀝青混合料中的應用進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瀝青混合料性能的影響分析；徐志輝[4]通過改變天然砂摻量，研究混合料的性能，確定出最優(yōu)的天然砂摻量。

本文結合實體工程與室內(nèi)試驗研究，以河砂為細集料，選用AC-20 2種混合料，研究河砂完全代替細集料對瀝青混合料性能的影響，為以后的工程設計與施工提供技術支撐。

1混合料原材料性能檢測

1.1　瀝青

由于該路段為重交通路段，對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型瀝青作為膠結料，其技術指標見表1。

表1　SBS改性瀝青技術指標

1.2　集料

(1) 粗集料。粗集料選用石灰?guī)r，細集料全部采用河砂代替，河砂必須滿足《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》(JTG F40-2004)中的要求，尤其是吸水率指標必須小于2%。根據(jù)《公路工程集料實驗規(guī)程》[5]中的試驗方法檢測集料的主要技術性質，檢測結果見表2。

表2　集料試驗檢測結果

檢測各檔集料密度，以計算最大理論密度，檢測結果見表3。

表3　密度檢測結果

(2) 礦粉。本次選用的礦粉由石灰?guī)r磨制而成，檢測結果見表4。

表4　礦粉試驗結果匯總表

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，其技術指標見表5。

表5　水泥技術指標

2配合比設計

2.1　級配設計

對各檔集料進行水洗篩分,篩分結果見表6。

表6　集料篩分結果

根據(jù)上述篩分結果及《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》[6]，并借鑒Superpave配合比設計方法，進行AC-20型瀝青混合料級配的優(yōu)化與確定。以4.75 mm與9.5 mm為關鍵篩孔，嚴格控制其通過率，保證混合料級配形成顆粒密實嵌擠結構和混合料組成的均勻性。各檔集料摻配比例見表7。

表7　各檔集料摻配比例

級配設計結果見表8。

表8　級配設計結果

2.2　最佳油石比的確定

根據(jù)上述設計結果，初擬3.5%,4.0%,4.5%,5.0%和5.5% 5個油石比，成型標準馬歇爾試件，測試其體積技術指標，檢測結果見表9。

表9　體積指標檢測結果

(1) 確定最佳瀝青用量初始值OAC1。根據(jù)檢測結果，依據(jù)馬歇爾穩(wěn)定度最大值、密度最大值、設計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。確定各項指標均符合瀝青混合料技術標準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OAC1和OAC2的平均值作為最佳瀝青用量，即

3瀝青混合料性能驗證及研究

3.1　體積指標檢驗

采用上述設計AC-20級配及4.7%最佳油石比，成型標準馬歇爾試件，檢驗其體積指標，檢測結果見表10，由表10可見，采用河砂代替細集料成型瀝青混合料馬歇爾試件的體積技術指標能夠滿足規(guī)范要求。

表10　馬歇爾體積指標檢測結果

3.2　水穩(wěn)定性檢驗

根據(jù)《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》[6]的規(guī)定，采用浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗的浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂殘留強度指標評價瀝青混合料的水穩(wěn)定性，檢測結果見表11。

表11　凍融劈裂/浸水馬歇爾試驗結果

由表11可見，瀝青混合料具有較高的劈裂強度，且凍融劈裂殘留強度比也能夠滿足要求。浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗都表明，采用河砂代替細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

根據(jù)《公路瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》[7]中車轍試驗的方法，采用上述AC-20設計級配和4.7油石比成型30 cm×30 cm×5 cm的車轍板試件，常溫下養(yǎng)生24 h后放入60 ℃的烘箱中保溫4 h，然后進行標準的車轍試驗，為了防止試驗過程中由于高溫導致橡膠輪胎粘附瀝青，試驗前在車轍板表面涂抹一層礦粉。根據(jù)動穩(wěn)定度(DS)和車轍深度評價瀝青混合料的高溫性能，試驗結果見表12。

表12　車轍試驗結果

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

4實體工程檢測

采用上述AC-20設計級配、4.7%油石比進行生產(chǎn)配合比設計后指導現(xiàn)場施工，鋪筑某一級公路的下面層，厚度為5 cm。在施工過程中施工單位及監(jiān)理嚴格控制混合料的級配、油石比等指標；現(xiàn)場嚴格按照施工技術要求進行攤鋪及碾壓，施工結束后對現(xiàn)場瀝青路面的壓實度、抗滑、構造深度、滲水等性能指標進行檢測，并評價工程施工質量。現(xiàn)場施工情況表明，整個施工過程中并沒有出現(xiàn)推移、離析等施工質量問題。

4.1　瀝青混合料抽提檢測

在施工現(xiàn)場對AC-20型瀝青混合料進行取樣，室內(nèi)采用燃燒爐法測定油石比，并采用水洗法進行級配篩分，對油石比與級配進行檢測，檢測結果見表13。

表13　級配檢測結果

由表11可見，現(xiàn)場施工級配能夠滿足規(guī)范級配要求，但9.5 mm篩孔通過率比設計級配小4.5%左右，這主要是因為施工過程中發(fā)現(xiàn)采用設計級配進行攤鋪碾壓時表面細料較多，影響瀝青路面骨架結構，故應增加10～15 mm集料比例，降低5～10 mm集料比例；經(jīng)過檢測油石比為4.6%，滿足《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》JTG F40-2004的技術要求，說明現(xiàn)場施工控制條件較好。

4.2　壓實度及路表性能檢測

竣工后，采用鉆心取樣方法檢測瀝青路面下面層厚度；采用水中重法測試瀝青混合料心樣的密度，并采用室內(nèi)標準密度及最大理論密度雙控指標對現(xiàn)場壓實度進行檢測；采用摩擦系數(shù)擺式測定儀、鋪沙法、滲水系數(shù)測定儀分別檢測路面的抗滑性能、構造深度和滲水性能。檢測結果見表14。

表14　施工質量及路表性能檢測結果

由表14可見，采用河砂代替細集料鋪筑一級公路瀝青路面下面層時，其厚度、壓實度即路表性能技術指標都能夠滿足規(guī)范要求，尤其是壓實度較好，這主要是因為河砂表面較為光滑，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性能。路表平整密實，施工結束后并沒有出現(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集料拌制瀝青混合料具有良好的施工和易性，易于施工質量的控制，適用于公路瀝青路面。

5結語

河砂與石屑具有很好的互補性，適當摻量的河砂能夠改善混合料的壓實性能與路用性能。本文級配設計時采用18%的河砂完全代替細集料，添加2%的水泥作為抗剝落劑，并通過室內(nèi)馬歇爾試驗方法確定出最佳油石比為4.7%；浸水馬歇爾試驗與凍融劈裂試驗、車轍試驗分別表明河砂代替細集料瀝青混合料具有良好的水穩(wěn)定性與高溫性能；實體工程檢測結果表明，現(xiàn)場施工的級配、油石比、厚度、壓實度及抗滑、滲水等路表性能都能夠滿足規(guī)范要求，混合料具有良好的施工和易性，易于施工質量的控制；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性能。

參考文獻

[1]郭玉民.粗集料對瀝青混合料路用性能的影響研究[J].交通科技,2008(3):73-75.

[2]畢紅艷.天然砂在瀝青混凝土中的應用分析[J].山西交通科技,2013(6):25-26.

[3]謝兆星,李鼎樂,韓森，等.天然砂含量對瀝青混合料性能影響分析[J].武漢理工大學學報,2008(11):69-71.

[4]徐志輝.天然砂在瀝青混合料的應用[J].廣東建材,2015(1):45-48.

[5]JTG E42-2005公路工程集料試驗規(guī)程[S].北京：人民交通出版社，2005.

[6]JTG F40-2004公路瀝青路面施工技術規(guī)范[S]. 北京：人民交通出版社，2004.

[7]JTG E20-2011公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程[S]. 北京：人民交通出版社，2011.

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