周權(quán) 王濤利 羅正宇

摘要 文章采用數(shù)字圖像處理技術(shù)對(duì)玄武巖細(xì)集料和石灰?guī)r細(xì)集料以及混摻細(xì)集料的二維形狀指數(shù)和棱角性指數(shù)進(jìn)行定量表征，并評(píng)價(jià)了細(xì)集料形貌特征對(duì)SMA-13瀝青混合料路用性能的影響規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果顯示：隨著細(xì)集料二維形狀指數(shù)的減小，SMA-13瀝青混合料的高溫性能提高，低溫抗裂性和水穩(wěn)定性降低；隨著細(xì)集料棱角性指數(shù)的增大，SMA-13瀝青混合料的高溫性能和水穩(wěn)定性提高，低溫抗裂性降低。

關(guān)鍵詞 玄武巖細(xì)集料；二維形狀指數(shù)；棱角性指數(shù)；SMA-13瀝青混合料；路用性能

中圖分類號(hào) U414 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）04-0081-03

0 引言

細(xì)集料在瀝青混凝土中起著充填縫隙、傳遞荷載和膠結(jié)的作用^[1]，細(xì)集料形貌特征對(duì)瀝青混合料的體積、力學(xué)和路用性能有顯著影響^[2-4]。我國《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》雖然提出采用棱角性（流動(dòng)時(shí)間）評(píng)價(jià)細(xì)集料形貌特征^[5]，但現(xiàn)有研究尚未表明此方法對(duì)細(xì)集料形貌特征評(píng)價(jià)的合理性與準(zhǔn)確性。

玄武巖集料由于其耐久性好、穩(wěn)定性高、壓碎值較小、抗磨耗性能好、耐腐蝕性能好等優(yōu)點(diǎn)被廣泛用于路面材料。因此，該文針對(duì)玄武巖細(xì)集料和石灰?guī)r細(xì)集料，通過AIMS集料成像系統(tǒng)開展細(xì)集料形貌特征研究，并探究細(xì)集料形貌特征對(duì)SMA-13瀝青混合料性能的影響規(guī)律。

1 試驗(yàn)材料及細(xì)集料形貌特征

1.1 原材料

試驗(yàn)用瀝青為SBS改性瀝青，其軟化點(diǎn)為92 ℃，5 ℃延度為43.8 cm，針入度為53.1（0.1 mm），技術(shù)性能指標(biāo)滿足規(guī)范要求。試驗(yàn)用粗集料為玄武巖，細(xì)集料采用玄武巖和石灰?guī)r，礦粉為石灰?guī)r，均由浙江交投麗新礦業(yè)有限公司生產(chǎn)提供。SMA-13設(shè)計(jì)級(jí)配組成見表1，油石比為6.0%。

1.2 細(xì)集料形貌特征

為了分析細(xì)集料形貌特征對(duì)瀝青混合料路用性能的影響，將玄武巖細(xì)集料和石灰?guī)r按照不同比例混合，按玄武巖細(xì)集料占細(xì)集料總量的100%、50%、0%組成3種不同形貌特征的混合細(xì)集料，主要獲得細(xì)集料的棱角性和二維形狀指標(biāo)。試驗(yàn)樣品數(shù)為50，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

由表2可知，隨著玄武巖細(xì)集料含量的減少，細(xì)集料的二維形狀指數(shù)增加，棱角性指數(shù)降低。100%玄武巖細(xì)集料二維形狀指數(shù)比100%石灰?guī)r細(xì)集料小約12%，細(xì)集料二維形狀指數(shù)越小，細(xì)集料更接近圓形，說明玄武巖細(xì)集料形狀比石灰?guī)r細(xì)集料更接近圓形；玄武巖細(xì)集料棱角性指數(shù)比石灰?guī)r細(xì)集料高9%，說明玄武巖細(xì)集料微觀棱角性比較豐富。

2 細(xì)集料形貌特征對(duì)SMA-13瀝青混合料路用性能的影響

2.1 高溫性能

根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）對(duì)采用固定玄武巖粗集料、不同細(xì)集料的SMA-13瀝青混合料進(jìn)行路用性能評(píng)價(jià)，每種細(xì)集料的混合料進(jìn)行三組平行實(shí)驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

由表3結(jié)果可知，采用不同種類細(xì)集料的SMA-13瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度大小順序?yàn)樾鋷r細(xì)集料>50%玄武巖細(xì)集料>石灰?guī)r細(xì)集料，均滿足規(guī)范要求（≥3 000 次/mm）。相比100%石灰?guī)r細(xì)集料，采用100%、50%玄武巖細(xì)集料的SMA-13動(dòng)穩(wěn)定度分別高11%、2%。

不同細(xì)集料的二維形狀指數(shù)和棱角性指數(shù)對(duì)SMA-13瀝青混合料高溫性能的影響規(guī)律如圖1所示。

根據(jù)圖1可知，隨著細(xì)集料二維形狀指數(shù)的增大，瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度隨之減小。當(dāng)細(xì)集料二維形狀指數(shù)增加14%，SMA-13動(dòng)穩(wěn)定度降低12%。這是由于隨著細(xì)集料二維形狀指數(shù)的增加，其形狀更偏離圓形，趨向于針片狀，導(dǎo)致瀝青混合料在高溫荷載作用下變形加大，使混合料高溫性能降低。

此外，隨著細(xì)集料棱角性指數(shù)增加，瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度隨之增大。當(dāng)細(xì)集料棱角性指數(shù)增加9%，SMA-13動(dòng)穩(wěn)定度提高12%。這是由于細(xì)集料棱角性指數(shù)越大，細(xì)集料的微觀棱角性越豐富，細(xì)集料與瀝青的黏附性增大，瀝青混合料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性增加，故動(dòng)穩(wěn)定度增加。

綜合上述分析，顆粒形狀接近圓形、棱角豐富的細(xì)集料能提高SMA-13高溫穩(wěn)定性。

2.2 低溫抗裂性能

該文采用低溫小梁彎曲試驗(yàn)來評(píng)價(jià)SMA-13瀝青混合料的低溫抗裂性能，試驗(yàn)結(jié)果見表3。由表結(jié)果可知，不同細(xì)集料的SMA-13瀝青混合料最大彎拉應(yīng)變均滿足規(guī)范要求，抗彎拉強(qiáng)度和彎曲勁度模量大小順序?yàn)樾鋷r細(xì)集料>50%玄武巖細(xì)集料>石灰?guī)r細(xì)集料，最大彎拉應(yīng)變的大小順序相反。

彎曲勁度模量綜合了抗彎拉強(qiáng)度與最大彎拉應(yīng)變，其值越小則低溫抗裂性能越好。相比石灰?guī)r細(xì)集料，采用100%、50%玄武巖細(xì)集料的SMA-13彎曲勁度模量分別高14%、8%。由此可見，采用石灰?guī)r細(xì)集料的SMA-13混合料的低溫性能較好。

不同細(xì)集料的二維形狀指數(shù)和棱角性指數(shù)對(duì)SMA-13瀝青混合料低溫性能的影響規(guī)律如圖2所示。

根據(jù)圖2可知，隨著細(xì)集料二維形狀指數(shù)的增大，瀝青混合料彎曲勁度模量隨之減小。當(dāng)細(xì)集料二維形狀指數(shù)增加14%，SMA-13彎曲勁度模量降低12%。此外，隨著細(xì)集料棱角性指數(shù)增加，瀝青混合料彎曲勁度模量隨之增大。當(dāng)細(xì)集料棱角性指數(shù)增加9%，SMA-13彎曲勁度模量提高12%。

綜合上述分析，顆粒形狀接近圓形、棱角豐富的細(xì)集料能降低瀝青混合料低溫抗裂性。

2.3 水穩(wěn)定性能

該文通過凍融劈裂試驗(yàn)評(píng)價(jià)SMA-13瀝青混合料的水穩(wěn)定性能，試驗(yàn)結(jié)果見表3。從水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果看，采用石灰?guī)r細(xì)集料和50%玄武巖細(xì)集料的SMA-13瀝青混合料凍融劈裂強(qiáng)度比較大，水穩(wěn)定性較好。相比石灰?guī)r細(xì)集料，采用100%玄武巖細(xì)集料的SMA-13混合料的TSR降低5%，混摻50%玄武巖細(xì)集料的SMA-13瀝青混合料水穩(wěn)定性與石灰?guī)r細(xì)集料的瀝青混合料相近。

不同細(xì)集料的二維形狀指數(shù)和棱角性指數(shù)對(duì)SMA-13瀝青混合料水穩(wěn)定性的影響規(guī)律如圖3所示。

根據(jù)圖3可知，細(xì)集料二維形狀指數(shù)、棱角性指數(shù)與SMA-13瀝青混合料TSR關(guān)系均呈線性關(guān)系。當(dāng)細(xì)集料二維形狀指數(shù)增加14%、棱角性指數(shù)增加9%，SMA-13混合料的TSR提高6%。

綜合上述分析，顆粒形狀偏離圓形、棱角豐富的細(xì)集料能提高瀝青混合料水穩(wěn)定性。

3 結(jié)語

（1）采用100%玄武巖細(xì)集料的SMA-13高溫穩(wěn)定性最好，采用50%玄武巖細(xì)集料的混合料高溫性能次之；SMA-13瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度隨著細(xì)集料二維形狀指數(shù)的減小、棱角性指數(shù)的增大而增加；顆粒形狀接近圓形、棱角豐富的細(xì)集料能提高SMA-13高溫穩(wěn)定性。

（2）采用100%石灰?guī)r細(xì)集料的SMA-13混合料的低溫抗裂性最好，采用50%玄武巖細(xì)集料的混合料低溫性能次之；SMA-13瀝青混合料的彎曲勁度模量隨著細(xì)集料二維形狀指數(shù)的減小、棱角性指數(shù)的增大而增加；顆粒形狀接近圓形、棱角豐富的細(xì)集料能降低SMA-13瀝青混合料低溫抗裂性。

（3）采用100%石灰?guī)r細(xì)集料和50%玄武巖細(xì)集料的SMA-13瀝青混合料水穩(wěn)定性較好；SMA-13瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比隨著細(xì)集料二維形狀指數(shù)和棱角性指數(shù)的增大而增加；顆粒形狀偏離圓形、棱角豐富的細(xì)集料能提高SMA-13瀝青混合料水穩(wěn)定性。

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收稿日期：2024-01-10

作者簡(jiǎn)介：周權(quán)（1974—），男，本科，高級(jí)工程師，研究方向：道路工程。

通信作者：王濤利（1978—），男，碩士研究生，副高級(jí)工程師，研究方向：道路材料。