1、石灰巖瀝青混合料路用性能研究摘要：本文分別以石灰巖和玄武巖為集料的瀝青混合料為研究對象，進行高溫穩定性、水穩定性以及低溫穩定性等試驗。通過比較兩者的試驗結果，以評價石灰巖瀝青混合料的路用性能。研究發現石灰巖瀝青混合料具有較優的水穩性和低溫穩定性，在低溫多雨地區有較大的工程適用性。引言玄武巖是修建公路、鐵路等所用石料中較優質的材料，具有耐磨性好、壓碎值低等優點。目前，玄武巖大量應用于瀝青混合料中。然而，考慮到成本和供應量不足的原因，公路建設過程中也較常采用石灰巖替代玄武巖。許多專家學者1-5對相關問題進行了研究，但石灰巖能否取代玄武巖進行大規模的應用，仍然存在諸多疑問。瀝青路面表面層直接承受車輛

2、荷載的作用，加之水環境作用，光照老化等環境因素的影響，集料的性能好壞直接影響著瀝青路面的各項性能，如：耐久性，整體性，強度等。本文以石灰巖和玄武巖瀝青混合料為研究對象，分別對石灰巖和玄武巖集料的物理力學性能進行測試，并對相應的瀝青混合料進行車轍試驗、浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗以及低溫彎曲試驗，以期發現石灰巖瀝青混合料的性能優勢，并論證其工程應用的可行性。1 原材料1.1 粗集料根據公路工程集料試驗規程(JTG E42-2005)6對粗集料進行物理力學性能測試，技術指標結果如表 1 所示。通過比較石灰巖和玄武巖的壓碎值、洛杉磯磨耗值及針驗，旨在通過流值、密實度等的分析，提出合適的瀝青混合料的組

3、成和最佳瀝青含量。以 5 組油石比進行試驗，試件采用雙面擊實 75 次。通過馬歇爾試驗結果分析，得出石灰巖瀝青混合料的最佳瀝青用量為 4.4%，玄武巖瀝青混合料的最佳瀝青用量為 4.7%。3 路用性能3.1 高溫穩定性車轍是瀝青路面最有危害的破壞形式之一。本試驗按照公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程(JTG E20-2011)7，對 300mm³300mm³50mm 標準尺寸車轍板試件進行車轍試驗，研究瀝青混合料的高溫性能，以 60min 車轍深度與動穩定度來評價瀝青混合料的高溫穩定性，試驗結果見表 6 所示。對比表 6 中的數據，可以看出：石灰巖集料的總變形深度比玄武巖大，

4、動穩定度比玄武巖小。表明玄武巖集料的 AC-16 型瀝青混合料的高溫抗車轍性能較優，但是兩者均能滿足施工技術規范要求。這是因為兩種集料的物理力學性質存在差異，石灰巖相對于玄武巖而言，其抗壓碎能力明顯較差，因此其瀝青混合料更容易出現破碎現象，從而引起骨架結構不穩定，導致動穩定度偏低。其次，由于石灰巖與瀝青的粘附性較好，表面的瀝青膜較厚，在高溫條件下容易出現滑動，導致高溫穩定性不良。3.2 水穩定性片狀含量可知，石灰巖的物理力學性能雖然劣于玄武巖的性水損害是瀝青混凝土路面早期病害中最常見的一種病害。瀝青路面水穩定性的優劣會直接影響到瀝青路面的耐久能，但亦滿足規范要求。性，嚴重影響著路面的使用性能。

5、影響瀝青路面的水穩定性1.2 細集料的因素有很多，諸如原材料的性質與組成、瀝青混合料的配對細集料進行表觀密度測試，結果如表 2 所示。合比、環境條件、施工條件等，但主要是由瀝青混合料的抗水損害能力所決定。根據公路瀝青路面施工規范(JTG1.3 礦粉F40-2004)8的要求，瀝青混合料水穩定性的評價主要是通礦粉對瀝青混合料的水穩定性有，礦粉技術指標如表 3過浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗。所示。 浸水馬歇爾試驗試件采用雙面擊實 75 次的馬歇爾試件，試驗溫度為1.4 瀝青60，進行浸水馬歇爾穩定度試驗，最后得出殘留穩定度，本研究采用的瀝青為 SBS 改性瀝青，技術指標如表 4 所示。試驗結果如表

6、 7 所示。2 石灰巖瀝青混合料從表 7 可以看出，以石灰巖為集料的瀝青混合料具有較2.1 原材料與級配高的殘留穩定度，表明其抵抗水損害的能力較強；而以玄武本試驗采用我國較為常用的 AC-16 型的級配類型瀝青混巖為集料的瀝青混合料的殘留穩定度相對較低，且整體穩定合料，為了簡化試驗過程，礦料級配采用公路瀝青路面施度水平較石灰巖瀝青混合料低。這從一方面表明，集料與瀝工技術規范給定的級配范圍，選定級配范圍上、下限，確青的粘附相對較薄弱，其整體抗水損害能力相對較差。定級配中值，并以級配中值作為最終的設計級配進行試驗分 凍融劈裂試驗析。級配組成如表 5 所示。根據規范，試驗采用馬歇爾方法成型試件，一組

7、置于常2.2 最佳瀝青用量溫 20保溫，另一組置于-18保溫 16 小時再置于 60水按照試驗規程中的相關試驗方法進行馬歇爾試驗，通過浴中保溫 24 小時后進行試驗，試驗結果如表 8 所示。馬歇爾試驗確定最佳瀝青用量。馬歇爾法需要進行室內試表 1 粗集料技術指標各篩孔粗集料的表觀密度/(g²cm-3)洛杉磯磨耗值集料種類壓碎值/%針片狀含量/ %/%16mm13.2mm9.5mm4.75mm玄武巖2.8652.8662.8712.85510.28.57.46石灰巖2.7332.7322.7312.71320.017.910.56技術要求2.5283015表 2 細集料表觀密度集料種類

8、篩孔尺寸/(mm)2.361.180.60.30.150.075玄武巖表觀密度2.8802.8702.8412.8652.8552.841石灰巖表觀密度2.7812.7812.7352.7212.7312.720表 3 礦粉技術指標項目試驗結果技術要求表觀密度(g²cm-3)2.6952.50含水量(%)0.51粒度范圍<0.6mm(%)100100粒度范圍<0.15mm(%)97.390100粒度范圍<0.075mm(%)85.575100外觀無團粒結塊無團粒結塊親水系數0.7<1塑性指數2.4<4加熱安定性無顏色變化實測記錄表 4SBS 改性瀝青基本

9、性能指標試驗項目試驗結果技術要求相對密度 151.035實測針入度 25(0.1mm)4740-60針入度指數 PI0.510軟化點()8360延度15 (cm)>100-5(cm)3340RTFOT 后殘留物質量變化(%)0.1±1.0針入度比 25(%)7065延度 5cm²min-1，5(cm)1915表 5 AC-16 級配設計級配設計范圍通過方篩孔(mm)的質量百分率/%1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075級配上限10092806248362618148級配下限9076603420139754設計級配95847048342

10、4.517.512.59.56關鍵性篩孔級配<38表 6 車轍試驗結果試件編號D1(mm)D2(mm)DS總變形均值(mm)動穩定度均值(次/mm)石灰巖1.19471.30115920石灰巖1.13991.256154211.28065488石灰巖1.16151.28455123玄武巖0.82180.904576210.92797198玄武巖0.83510.92357123玄武巖0.86350.95556850表 7 浸水馬歇爾試驗以及體積參數計算結果集料&編號非條件(0.5h)條件(48h)殘 留 穩 定穩定度(KN)流值(0.1mm)孔隙率(%)穩定度(KN)流值(0.1m

11、m)孔隙率(%)度(%)6.3819.44.995.6518.65.06石6.0717.14.936.2516.24.9491.72灰6.3916.95.045.3917.24.95巖均值6.2817.84.995.7617.34.986.7617.15.545.3418.85.48玄6.3713.85.485.0016.85.51武6.2815.55.455.6222.15.4382.23巖均值6.4715.55.495.3219.25.47表 8凍融劈裂試驗結果集料&編號凍融前劈裂強度（MPa）凍融后劈裂強度（MPa）TSR(%)0.610.55石0.590.56灰91.670.6

12、00.54巖均值0.600.550.670.50玄0.620.55武82.810.630.54巖均值0.640.53由表 8 結果可知：在凍融前，以玄武巖為集料的瀝青混合料的劈裂強度大于以石灰巖為集料的瀝青混合料的劈裂強度，但經過凍融后發現，玄武巖瀝青混合料的劈裂強度低于石灰巖瀝青混合料的劈裂強度，并且石灰巖瀝青混合料的 TSR 值明顯大于玄武巖瀝青混合料的 TSR 值，所以石灰巖瀝青混合料的水穩定性優于玄武巖瀝青混合料。在水、溫度的作用下，石灰巖集料與瀝青的粘附性優于玄武巖，瀝青不易剝落，具有較大的抗拉強度。3.3 低溫穩定性瀝青路面的低溫收縮裂縫是造成瀝青路面損壞的主要原因之一，是目前尚未

13、完全解決的道路病害問題之一，路面裂縫的危害在于會從裂縫處不斷進入水分，導致路面的承載能力下降，加速路面的破壞，使道路面強度明顯降低。瀝青面層開裂后，在承受重復車輛荷載時，路面會產生臺階、沖刷、唧泥等現象，致使道路的使用性能和質量嚴重下降，從而發展成為網裂、龜裂而很快發生結構性破壞。瀝青路面的低溫裂縫不僅會出現在北方冰凍地區，而且在南方非冰凍地區也會出現，使得它成為了一個較為普遍路面病害問題。瀝青混合料的低溫性能主要跟混合料料的組成設計以及原材料的性質有關，而評價瀝青混合料的低溫抗裂性能主要采用小梁低溫彎曲試驗。本文采用輪碾成型的車轍試件，經過切割成型后呈250mm³30mm³

14、;35mm 的棱柱體小梁，在試驗溫度為-10，單點集中荷載，加載速率 50mm/min 的條件下，進行彎曲破壞試驗，試驗結果如表 9 所示。表 9 低溫彎曲試驗計算結果(均值)混 合 料抗 彎拉強 度極限彎拉應變彎 曲 勁度模 量類型(MPa)()(MPa)石灰巖9.0235212907.3玄武巖11.3230013871.2（1）在測試溫度條件下，玄武巖瀝青混合料的抗彎拉強度優于石灰巖瀝青混合料，但差異性并不大。石灰巖集料比玄武巖集料抗彎拉強度小。這主要是由于玄武巖集料的強度指標要明顯高于石灰巖集料。（2）石灰巖瀝青混合料的極限彎拉應變比玄武巖的大，而低溫彎拉極限應變反映了瀝青混合料的低溫變形特性，彎拉極限應變越大，低溫變形特性越好，從而具有更強的抵抗低溫開裂的能力。表明石灰巖瀝青混合料在低溫下比玄武巖瀝青混合料允許更大的拉應變，可以提供更大的變形，因而具有較佳的低溫抗開裂能力。影響這一能力的主要因素為瀝青的性能，在相同的瀝青用量和性質下，石灰巖瀝青混合料具有較厚的有效瀝青膜