■戴文斌

（福建省路橋建設集團有限公司，福州 350005）

集料在瀝青混合料中有著不可或缺的地位，為提升瀝青混合料的質(zhì)量，實踐中必須充分了解集料摻量和瀝青混合料路用性能相關關系。 由材質(zhì)所決定的材料實際特征和反映集料中針片狀顆粒含量、粗糙度以及顆粒級配等重要指標的加工特征是集料性能的技術要點。 針片狀顆粒含量作為其中的關鍵性分項，不僅會影響施工順暢度，還會改變路面的抗車轍性能以及耐疲勞性能，有必要對其作用機理進行深入探究[1]。

1 針片狀顆粒特征及定義

針片狀顆粒是指粗集料中細長的針狀顆粒與扁平的片狀顆粒，是顆粒形狀的諸方向中的最小厚度（或直徑）與最大長度（或?qū)挾龋┑某叽缰刃∮谝?guī)定比例的顆粒。 由于針片狀顆粒的外形是扁平型且過于細長，因此瀝青混合料路施工和投產(chǎn)運營過程中，很容易在外部載荷作用下出現(xiàn)斷裂，進而導致瀝青混合料的強度下降，從而對整體的路面質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響[2]。

2 試驗材料

本試驗中使用的原材料共包含以下幾種：（1）集料，由龍巖適中豐田南霞碎石場提供，規(guī)格為9.5～16 mm、4.75～9.5 mm、2.36～4.75 mm 以及0～2.36 mm，檢測結果見表1。 （2）礦粉，由龍巖宇聯(lián)重鈣有限公司提供，樣品狀態(tài)良好，不存在團粒結塊。（3）SBS 改性瀝青， 由福建中物振華瀝青科技有限公司提供，形態(tài)為黑色固體。 （4）抗剝落劑，樣品型號為AR-II，樣品取樣狀態(tài)為棕褐色液態(tài)。

表1 瀝青混合料用集料檢測結果

3 瀝青混合料路用性能試驗結果與分析

3.1 最佳瀝青用量分析

為充分考察針片狀顆粒含量對瀝青混合料性能的影響，最大限度規(guī)避無關變量的干擾，進行了最佳瀝青用量試驗，集料篩分結果見表2。

表2 集料篩分數(shù)據(jù)

依據(jù)篩分結果調(diào)出級配1、級配2 以及級配3這3 種級配，各檔采用了不同的集料礦粉摻配比例見表3，其合成級配見表4，最終的級配曲線見圖1。

圖1 瀝青混合料級配曲線圖

表3 各礦料比例

表4 混合料礦料合成級配

通過目標配合比設計，最終結果是最佳瀝青用量為4.6%。

3.2 水穩(wěn)性能分析

為明確針片狀顆粒含量對混合料水穩(wěn)性能的影響，本試驗以9.5～16 mm 粒徑碎石的不同針片狀含量為唯一自變量， 針對9.5～16 mm 粒徑碎石，根據(jù)軋石場不同的碎石破碎工藝，破碎出3 種不同的針片狀顆粒含量的碎石， 針片狀顆粒含量分別為10.3%、15.6%、19.1%（其單檔篩分結果見表5），再與其他檔碎石和礦粉合成對應合成級配曲線見圖2，AC-16C 瀝青用量遵照3.1 節(jié)所述統(tǒng)一控制， 試驗結果見表6。

圖2 合成級配曲線

表5 9.5～16 mm 粒徑碎石不同針片狀含量的篩分結果

表6 針片狀顆粒對瀝青混合料水穩(wěn)定性能的影響

由表6 可知，當針片狀顆粒的含量高于15.6%時，瀝青混合料路用性能中的水穩(wěn)定性就會出現(xiàn)明顯的下降，其針片狀顆粒的含量越高，瀝青混合料的劈裂強度比就會變得越小，殘留穩(wěn)定系數(shù)MS0也會出現(xiàn)小幅度的下降。 當瀝青混合料的凍融劈裂強度以及馬歇爾穩(wěn)定度在逐漸變小時，其自身的水穩(wěn)定性也就會隨之下降。 其次，與含量為10.3%的針片狀顆粒相比較而言，顆粒含量為15.6%的針片狀顆粒， 其瀝青混合料的凍融劈裂強度比要有所增加，但是殘留穩(wěn)定度卻有所降低，當針片狀顆粒的含量到達19.1%時，其瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度已經(jīng)臨近限值。 分析后認為，這可能是因為針片狀顆粒的含量不斷增加，導致當前瀝青混合料中的空隙變得越來越大， 從而使得地表水滲漏進空隙之中，進而對瀝青混合料的質(zhì)量造成不良的影響。 并且，隨著針片狀顆粒含量的不斷增加，集料的破碎概率也會隨之增加，集料與瀝青連接的部位缺少瀝青的覆蓋，使得其連接處會直接暴露在外部，在地表水的侵蝕下，其瀝青膜就會出現(xiàn)脫落，導致瀝青混合料的水穩(wěn)定性下降。 同時對其凍融劈裂強度造成一定的影響。 由上可知，顆粒含量為15.6%的針片狀顆粒是影響瀝青混合料路用性能的重要拐點[3]。

3.3 高溫性能分析

設置車轍試驗評估瀝青混合料高溫性能，處理方式與3.2 節(jié)一致，不同組別進行了3 次重復試驗，最后依次記錄試驗數(shù)據(jù)并計算平均值，具體的測試結果可見表7。

表7 針片狀顆粒含量對瀝青混合料高溫性能的影響

從表7 可知，針片狀顆粒含量與瀝青混合料高溫性能之間的相關性表現(xiàn)是較為明顯的，一定溫度條件下針片狀顆粒含量的增加會導致混合料動穩(wěn)定度下降。 當針片狀顆粒含量從10.3%上升到15.6%時，動穩(wěn)定測試平均值從8 170 次/mm 下降到了6 238 次/mm， 較好地印證了二者之間的負相關關系。 此時混合料的動穩(wěn)定性衰減趨勢是較為明顯的，下降系數(shù)約為23.5%。 當其含量上升到19.1%時，動穩(wěn)定性能下降幅度會更加可觀，下降系數(shù)可以達到33%。 分析后認為，這主要是因為針片狀顆粒的自身外形呈現(xiàn)細長形狀，且自身的厚度相對較低，導致其自身的強度也是相對較低的，在試驗人員對其進行車轍試驗時，針片狀顆粒都會在試驗中受到不同程度的損傷，導致集料嵌擠結構出現(xiàn)破壞，荷載能力降低。 針片狀顆粒會在混合料中平躺分布， 這種分布效果對其質(zhì)量會產(chǎn)生一定的影響，從而使得混合料的抗車轍性能降低。

3.4 低溫性能分析

設置低溫小梁彎曲試驗探究針片狀顆粒含量的影響，采用雙點加載模式展開試驗，該種模式下小梁為純彎曲狀態(tài)， 應力加載點沿中心點對稱分布，破壞出現(xiàn)在加載點之間，可以較為客觀地反映組織較弱區(qū)段情況。 不同的組別處理方式同上，試驗數(shù)據(jù)可見表8。

表8 針片狀顆粒含量對瀝青混合料低溫性能的影響

由表8 可知，針片狀顆粒含量對瀝青混合料低溫性能的影響是較為復雜的， 其中最大載荷指標、勁度模量指標均呈現(xiàn)出下降趨勢，當見針片顆粒含量達到19.1%時，各項指標均降至最低值，說明針片狀顆粒的增加對瀝青混合料的低溫性能存在不利影響。 而“跨中撓度”和“破壞應力”兩項中，數(shù)據(jù)出現(xiàn)了明顯波動，當針片狀顆粒的含量由10.3%上升到15.3%時， 破壞應力從2597.6 με 提升到了2601.3 με，但針片狀顆粒含量繼續(xù)上升到19.1%后，這種上升趨勢并未延續(xù)，而是由高點2601.3 με 一路下降到2314.8 με，下降系數(shù)約為10.7%。 分析后認為，這可能與雙點加載試驗模式有關，雙點加載下應力，施加更為均勻，針片狀顆粒為10.3%的試件中結構更加緊湊，瀝青飽和度更高，因此結構的剛度和承載能力更強。 當針片狀顆粒含量上升到15.6%后，雖然空隙率增加、剛度強度指標下降，但跨中撓度有所上升， 對應力的吸收能力稍有加強，相應的破壞應力也會小幅度上升。 但綜合來看這種正面作用的力度十分有限，當針片狀顆粒持續(xù)上漲到19.1%后，結構空隙率增大，針片狀顆粒在低溫條件下的脆度也會上升，破壞應力將會迎來大幅度下跌，瀝青混合料路面質(zhì)量也會受到較大影響。

3.5 疲勞性能分析

疲勞性能試驗環(huán)節(jié)， 主要使用了MTS-810 試驗機輔助操作， 借助疲勞方程lgN=k-nlgσ 計算疲勞強度，不同組別載荷次數(shù)相當，均為106。 當路面受到重力負載時， 路面所表現(xiàn)出來的疲勞系數(shù)越高，則說明其抗疲勞性能越強，試驗結果見表9。 分析后發(fā)現(xiàn)，當針片狀顆粒含量在10.3%和15.6%時，混合料試件的疲勞強度是一致的，均為0.80%，當針片狀顆粒含量高于15.6%時，混合料的抗疲勞性能就會出現(xiàn)明顯衰減，在設定試驗范圍內(nèi)會下降到0.67%。分析后認為，這是由于針片狀顆粒含量上升時，混合料的空隙會隨之增大，在集料級配和瀝青用量一定的情況下，抗疲勞壽命自然會隨著空隙率的提升而降低，二者整體上呈現(xiàn)負相關關系。 且抗疲勞試驗中應力載荷不斷作用于路面，質(zhì)地較薄且形狀細長的針片狀顆粒很容易被壓碎，最終導致瀝青混合料的內(nèi)部出現(xiàn)大量微型裂縫， 當載荷持續(xù)發(fā)揮效用時，這些微型裂縫還可能擴大，進一步提升結構空隙率，從而造成瀝青混合料抗疲勞性的下降[4]。

表9 針片狀顆粒含量對混合料疲勞強度的影響

4 結論

綜上所述，本研究重點探究了針片狀顆粒含量與瀝青混合料路用性能之間的關系，結合研究需求設置了馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗、車轍試驗等組試驗類型，分析結果表明：（1）在級配一定且瀝青用量均為4.6%的前提條件下，針片狀顆粒含量與瀝青水穩(wěn)性能之間為負相關關系，伴隨針片狀顆粒含量的提升，瀝青混合料的劈裂強度比、殘留穩(wěn)定度均會明顯下降。 （2）針片狀顆粒含量與瀝青混合料高溫性能之間同樣存在負相關關系，含量指標的提升，會導致混合料動穩(wěn)定系數(shù)下降，在設定試驗區(qū)間內(nèi)衰減系數(shù)甚至可達30%。 （3）針片狀顆粒含量對瀝青低溫性能的影響較為復雜，分析時需要結合結構剛度強度指標， 以及柔性吸收能力等全方位分析，但總體來說不利影響更為明顯。 （4）當疲勞試驗載荷作用次數(shù)為106次時， 針片狀顆粒含量的提升同樣不利于瀝青混合料疲勞強度的優(yōu)化，其中15.6%是一個重要拐點， 針片狀顆粒含量超過該限值時，試件疲勞強度會明顯下降。 針片狀顆粒含量對瀝青混凝土路面路用性能影響較大，而不同的碎石破碎技術得到的針片狀顆粒含量也不同， 在實際施工過程中，要根據(jù)石料需求的不同，來選擇更有針對性的破碎方式， 從而有效的降低針片狀顆粒含量，切實提升瀝青混合料的路用性能。