莫正華　楊森　劉攀　盛興躍　李璐

作者簡(jiǎn)介：

莫正華（1984—），工程師，主要從事鋼橋面特殊路面鋪裝工程施工工作。

摘要：為了研究礦料對(duì)澆注式瀝青混合料GA10性能的影響，文章以相同條件下制備的GA10為試驗(yàn)對(duì)象，考察集料種類、天然砂含量及礦粉細(xì)度對(duì)其流動(dòng)性、高低溫性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明：集料種類對(duì)GA10性能指標(biāo)的影響較小，不同集料制備的GA10均具有良好的路用性能，集料工程普適性較強(qiáng);天然砂有利于提高GA10的流動(dòng)性，但對(duì)混合料的高溫性能不利，不宜采用天然砂;在一定范圍內(nèi)，隨著礦粉細(xì)度的增加，GA10的流動(dòng)性逐漸下降，但高低溫性能逐漸增強(qiáng)，因此礦粉細(xì)度不宜過小，但也不能過大。

關(guān)鍵詞：鋼橋面鋪裝;礦料;澆注式瀝青混合料;性能分析

中國(guó)分類號(hào)：U416.217

0 引言

澆注式瀝青混合料是典型的懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)，其粗、細(xì)集料分散于澆注式瀝青與礦粉形成的瀝青膠漿中[1]。該混合料具有良好的流動(dòng)性、不透水性、抗開裂性能和協(xié)同變形能力，被廣泛用于鋼橋面鋪裝保護(hù)層[2-5]。

目前，工程上使用的集料種類繁多，包括玄武巖、石灰?guī)r、輝綠巖等，其酸堿性、物理力學(xué)性質(zhì)、潔凈度等技術(shù)指標(biāo)不盡相同，但都會(huì)在一定程度上影響瀝青混合料的路用性能[6-8]。同時(shí)，在相同情況下采用天然砂和機(jī)制砂制備瀝青混合料時(shí)，混合料的路用性能也表現(xiàn)出明顯的差別[9-10]。由于澆注式瀝青混合料瀝青含量及礦粉用量高，故膠漿性能對(duì)混合料性能的影響很大。膠漿性能又主要取決于礦粉性質(zhì)及細(xì)度、瀝青性質(zhì)及含量等因素[11]。因此，本文從礦料的角度出發(fā)，研究集料種類、天然砂含量及礦粉細(xì)度對(duì)澆注式瀝青混合料路用性能的影響，為實(shí)體工程提供借鑒。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原材料

本文采用自主研發(fā)的澆注式瀝青，其技術(shù)要求及檢測(cè)結(jié)果如下頁表1所示。

本文采用六種技術(shù)指標(biāo)合格的集料（包括玄武巖、石灰?guī)r、花崗巖、凝灰?guī)r、閃長(zhǎng)巖、輝綠巖）以及天然砂、普通石灰?guī)r礦粉進(jìn)行級(jí)配設(shè)計(jì)。

1.2 級(jí)配設(shè)計(jì)

根據(jù)規(guī)范中的相應(yīng)規(guī)定，采用0.075 mm通過率為85%的普通石灰?guī)r礦粉進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，結(jié)果如表2所示。

1.3 試驗(yàn)方法

按上述級(jí)配成型澆注式瀝青混合料GA10試件，油石比均為7.8%，拌和溫度均為230 ℃，拌和時(shí)間均為45 min，并分別進(jìn)行澆注式瀝青混合料GA10的劉埃爾流動(dòng)性試驗(yàn)、貫入度試驗(yàn)和低溫三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)（大梁），系統(tǒng)評(píng)價(jià)集料種類、天然砂含量和礦粉細(xì)度對(duì)澆注式瀝青混合料路用性能的影響。

1.3.1 劉埃爾流動(dòng)性試驗(yàn)

將拌和好的混合料沿桶的邊沿注入桶內(nèi)，將支架立于桶的邊沿，預(yù)熱的落錘（與混合料溫度之差≤5 ℃）通過支架的導(dǎo)孔垂直置于試樣表面的正中央。放下落錘，記錄落錘上兩個(gè)刻度線通過導(dǎo)孔的時(shí)間間隔，即為混合料的劉埃爾流動(dòng)性。

1.3.2 貫入度試驗(yàn)

貫入度試件尺寸為（70.7±1） mm×（70.7±1） mm×（70.7±1） mm，側(cè)面作為測(cè)試面裝入試模中，60 ℃水域保溫60 min;初壓后490.5 N加壓60 min，30 min時(shí)的讀數(shù)為貫入度;60 min時(shí)的讀數(shù)與30 min時(shí)的讀數(shù)差為貫入度增量。

1.3.3 低溫三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)

低溫大梁試件尺寸為300 mm×100 mm×50 mm，試驗(yàn)溫度為-10 ℃，加載速率為50 mm/min，在跨徑中央施以集中荷載，直至試件破壞，記錄最大荷載和跨中撓度，并計(jì)算彎拉強(qiáng)度、彎曲應(yīng)變和勁度模量。

2 結(jié)果與討論

2.1 集料種類對(duì)GA10性能的影響

集料會(huì)對(duì)瀝青混合料的路用性能產(chǎn)生一定的影響。本文采用玄武巖、石灰?guī)r、花崗巖、凝灰?guī)r、閃長(zhǎng)巖、輝綠巖等制備澆注式瀝青混合料GA10，分別測(cè)試GA10的流動(dòng)性、60 ℃貫入度及-10 ℃低溫彎曲應(yīng)變，試驗(yàn)結(jié)果如表3～5所示。

由表3～5試驗(yàn)結(jié)果可知，相同條件下，不同集料制備的澆注式瀝青混合料的流動(dòng)性十分相近。GA10的流動(dòng)性主要受瀝青結(jié)合料、油石比、礦粉比表面積、拌和溫度及級(jí)配等因素的影響[12-13]，集料種類對(duì)其影響較小。六種GA10的貫入度及低溫彎曲應(yīng)變相差也較小，其中玄武巖制備的GA10具有較小的貫入度和較大的低溫彎曲應(yīng)變，說明其高低溫性能更為突出。整體來看，不同集料制備的澆注式瀝青混合料GA10的流動(dòng)性、高溫性能、低溫性能均能滿足規(guī)范要求。

本文所用的澆注式瀝青為自主研發(fā)材料，自身具有較為優(yōu)異的高低溫性能，因而混合料均表現(xiàn)出較為優(yōu)異的路用性能。同時(shí)，針對(duì)自主研發(fā)的澆注式瀝青，集料普適性較強(qiáng)，若設(shè)計(jì)要求不高，可以根據(jù)實(shí)際情況因地制宜地選擇集料，節(jié)約運(yùn)輸成本，降低工程造價(jià)。

2.2 天然砂含量對(duì)GA10性能的影響

細(xì)集料包括機(jī)制砂、天然砂、石屑等。本文在玄武巖集料中添加一定量的天然砂（保持級(jí)配不變）制備澆注式瀝青混合料GA10，分別測(cè)試GA10的流動(dòng)性、60 ℃貫入度及-10 ℃低溫彎曲應(yīng)變，試驗(yàn)結(jié)果如表6～8所示。

從表6可知，相同條件下，隨著天然砂含量的增加，澆注式瀝青混合料的流動(dòng)性逐漸提高，說明天然砂有利于提高GA10的施工和易性。這是因?yàn)樘烊簧拜^為圓滑，少棱角，流動(dòng)性更好。但從表7可以看出，隨著天然砂含量的增加，GA10的貫入度及其增量逐漸增加，說明天然砂對(duì)澆注式瀝青混合料的高溫性能有負(fù)面影響。天然砂比表面積較小，降低了和瀝青膠漿的接觸面積，且與澆注式瀝青的粘附性往往較差，進(jìn)而減弱了GA10的粘結(jié)力和高溫穩(wěn)定性。同時(shí)，從表8還可以看出，隨著天然砂含量的增加，GA10的彎曲應(yīng)變略有下降，說明天然砂對(duì)GA10的低溫性能有一定的負(fù)面影響。整體而言，無論采用天然砂還是機(jī)制砂，GA10的路用性能均滿足規(guī)范要求。但技術(shù)指標(biāo)要求較高的澆注式瀝青混合料鋪裝工程不宜采用天然砂。

2.3 礦粉細(xì)度對(duì)GA10性能的影響

根據(jù)設(shè)計(jì)要求和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，礦粉的0.075 mm通過率要達(dá)到80%～100%。在進(jìn)行澆注式瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)時(shí)，礦粉控制點(diǎn)主要是0.075 mm通過率，可以通過其反映礦粉的細(xì)度。本文采用不同0.075 mm通過率的礦粉制備澆注式瀝青混合料GA10，分別測(cè)試GA10的流動(dòng)性、60 ℃貫入度及-10 ℃低溫彎曲應(yīng)變，試驗(yàn)結(jié)果如表9～11所示。

由表9～11可知，礦粉細(xì)度對(duì)澆注式瀝青混合料的性能有著較為明顯的影響。隨著礦粉細(xì)度的增加，GA10的流動(dòng)性逐漸下降，60 ℃貫入度及其增量逐漸下降，低溫彎曲應(yīng)變逐漸減小。這是因?yàn)榈V粉細(xì)度增加，比表面積也隨之增加，相同油石比下，結(jié)構(gòu)瀝青也就越多，而自由瀝青則相應(yīng)減少，骨料之間的摩阻力和阻滯力會(huì)增大，從而降低了GA10的流動(dòng)性[1]。結(jié)構(gòu)瀝青的增加降低了瀝青結(jié)合料的溫度敏感性，提高了GA10的內(nèi)部粘聚力，因此混合料的高溫性能逐漸增強(qiáng)。同時(shí)，礦粉細(xì)度的增加對(duì)混合料的低溫性能有負(fù)面影響?？紤]到澆注式瀝青混合料的高溫性能，礦粉細(xì)度不宜過小，但也不能過大，否則將明顯影響施工和易性。

3 結(jié)語

（1）采用自主研發(fā)的澆注式瀝青，相同條件下，集料種類對(duì)澆注式瀝青混合料GA10的流動(dòng)性、貫入度、抗彎應(yīng)變有一定的影響，但不顯著。不同集料制備的澆注式瀝青混合料GA10的流動(dòng)性及高低溫性能均能滿足規(guī)范要求。從工程原材料選取的角度看，不同地區(qū)鋼橋面澆注式瀝青鋪裝工程可就近取材，以節(jié)約運(yùn)輸成本，降低工程造價(jià)。

（2）相同條件下，摻入天然砂后，澆注式瀝青混合料GA10的流動(dòng)性逐漸提高，但對(duì)混合料的高低溫性能有負(fù)面影響。一般情況下，澆注式瀝青混合料不宜采用天然砂。

（3）相同條件下，礦粉細(xì)度對(duì)澆注式瀝青混合料GA10的路用性能有較為明顯的影響。綜合考慮澆注式瀝青混合料的高溫性能和施工和易性，礦粉細(xì)度不宜過小，也不能過大。

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