细集料岩性对沥青路面水稳定性影响的试验研究

沈晨卫

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市　200092）

细集料岩性对沥青路面水稳定性影响的试验研究

沈晨卫

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市200092）

在城市道路广泛应用的沥青路面，其水稳定性不仅影响着道路的寿命，同时制约着城市道路的排水效能，因此水稳定性是控制沥青路面材料设计的主要因素。作为沥青混合料的重要组分，细集料岩性及组成影响着混合料的细观结构与内部损伤，进而对其水稳定性有重要影响。针对沥青混凝土，采用冻融劈裂试验，以残留强度比为指标，对比评价了细集料岩性对其水稳定性的影响，结果表明石灰岩机制砂因有良好的颗粒性状、与沥青容易发生良好的交互作用，可很好地保障沥青混合料的水稳定性，而玄武岩机制砂的水稳定性较差，不宜在密级配沥青混凝土中应用。

细集料；岩性；沥青路面；水稳定性

0　引言

作为沥青混合料的重要组分，细集料不仅决定着其体积指标，而且更深层次地影响着沥青混合料的细观结构及演化。随着高速、重载交通的发展，沥青路面的水损害成为城市公路的主要破坏模式之一，而且是我国高速公路发展过程中早期损害的最重要形式。这其中，细集料对水稳定性的影响显然不容忽视。

细集料的加工工艺决定了自身的物理、力学性质。石屑，不仅由于含有较多的杂质，容易导致混合料水稳定性不足，而且由于石屑中片状颗粒较多，在重载作用下容易被压碎，从而导致混合料内部出现微裂纹等损伤，路面容易发生水损害。天然砂，虽然由于自身棱角性不足而被认为易于碾压，但因为同沥青黏附性很差等因素，也容易发生水损害。而机制砂，虽然颗粒形状、物理特性、表面特性与力学特性都优于前两种材料，但由于棱角性过大，可能发生碾压不足现象，从而空隙率过大，则也可能发生水损害。

进而细集料的岩性不同，其微观结构与表面特性各异，因此与沥青、沥青胶浆的交互作用机理差异显著，对沥青路面的水稳定性同样可能产生重要影响。

因此，针对城市道路常用的路面材料AC型沥青混凝土，研究沥青混合料的水稳定性能，从而指导细集料的比选与混合料设计。

1　沥青混合料水稳定性的评价方法

沥青混合料在浸水条件下，由于沥青与矿料的黏附力降低，导致损坏，最终表现为沥青混合料的力学强度的衰减与丧失。因此，其水稳定性普遍采用浸水条件下沥青混合料物理力学指标降低的程度来表征。

借鉴国内外经验，根据国内技术水平和习惯，“八五”国家科技攻关专题选择了以下七种试验方法进行了对比和筛选：（1）浸水马歇尔试验，（2）真空饱水马歇尔试验，（3）浸水劈裂试验，（4）真空饱水劈裂试验，（5）冻融劈裂试验（试件双面击实各75次），（6）冻融劈裂试验（试件双面击实各50次），（7）浸水车辙试验。研究表明、国内外使用较多且应用便捷、数据统计性好的浸水马歇尔试验及双面击实50次的冻融劈裂试验是水稳定性的标准试验方法。

其中，浸水马歇尔试验方法将试件分为两组，一组在60℃水温中保养0.5 h后测其马歇尔稳定度S1；另一组在60℃水温中恒温保养48 h后测其马歇尔稳定度S2。然后，计算残留稳定度S0=S2/S1× 100。

而冻融劈裂试验方法的试件成型方法有两种，双面击实各50次或75次。每种试件分为两组，一组在25℃水温中浸泡2 h后测其劈裂强度R1；另一组在0.09 MPa浸水抽真空15 min，再放到-18℃冰箱中放置16 h，而后放到60℃水温中恒温24 h，再放到25℃水中浸泡2 h后测其劈裂强度R2。然后，计算其残留强度比R0=R2/R1×100。

工程实践和研究表明，浸水马歇尔试验与路面的实际有较大差异，所用残留稳定度指标不能反映沥青混合料水稳定性的真实状况。与之相对应，冻融劈裂试验采用真空饱水、加速冻融和高温融解的条件，将沥青路面所承受的水力耦合效能综合反映，从而在较短时间内快速模拟路面在水侵蚀下的损伤状况，不仅可直观反映北方地区的路面服役条件，也适用于南方潮湿地区。因此，该项目选择双面击实各50次的冻融劈裂试验来评价不同沥青混合料的水稳定性。

2　成型方式及细集料类型对沥青混合料水稳定性的影响

目前沥青混合料室内成型方式包括旋转压实与击实法，两者在试样成型中施加的压实功不同，会使得混合料的性能各异。特别是，成型方式会影响细集料在混合料中的组成结构。因此，应通过室内试验确定适宜的成型方式。

采用击实法时AC-13的马歇尔试验结果与体积指标见表1所列。现综合确定最佳沥青用量为4.3%。

表1　击实法AC-13沥青混合料马歇尔试验结果一览表

采用旋转压实法时AC-13的马歇尔试验结果与体积指标见表2所列。现综合确定最佳沥青用量为4.1%。

表2　旋转压实AC-13沥青混合料马歇尔试验结果一览表

为保证沥青混合料有较好的变形能力和水密实能力，采用击实法成型试件，从而为沥青混合料提供较多的结构沥青，降低其空隙率。

3　机制砂与石屑岩性对沥青混合料水稳定性的影响

室内采用击实试验的成型方式，分别利用玄武岩机制砂、石灰岩机制砂、石屑和天然砂，制备沥青混合料试件，测定4类混合料的冻融残留强度比，试验结果见表3所列。

表3　四种细集料AC-13冻融劈裂试验对比一览表

试验结果表明采用玄武岩机制砂，沥青混合料的水稳定性最差。

集料性质对沥青混合料水稳定性影响主要包括：

（1）集料对水的吸附能力。亲水性集料对水的吸附能力比沥青大，憎水性集料恰好相反。通常亲水性集料呈酸性，憎水性集料呈碱性。

（2）集料表面的洁净程度。泥土粉尘将成为沥青粘附的隔离剂，如果遇水，水分浸润泥土，更容易造成剥落。

因此颗粒规整、洁净、破碎面丰富的石灰岩机制砂，掺加到混合料，其水稳定性应该是最好的。加之石灰岩质的细集料，表面有较为丰富的碱性物质，同沥青容易发生丰富的交互作用，从而提高沥青混合料的界面强度，保证沥青混合料具有很好的水稳定性。

为便于工程应用，进一步采用机制砂和天然砂按一定比例掺配，完成相应沥青混合料的冻融劈裂试验，测定结果见表4所列。

表4　机制砂与天然砂等量掺配的沥青混合料冻融劈裂试验结果一览表

试验结果表明，掺入天然砂后可改善沥青混合料的压实性质，因此可提高沥青混合料的密实程度，改善混合料的水稳定性；但玄武岩机制砂的沥青混合料仍然难以达到标准要求，其推广应用要十分慎重。

4　结语

细集料作为沥青混合料的重要组成部分，其岩性、加工工艺都影响着沥青混合料的成型效果、密实程度、界面强度，进而制约沥青混合料的水稳定性。为综合提高沥青混合料的高温抗剪、中温疲劳等路用性能，推广机制砂细集料具有很好的工程实践意义。但更应注意细集料岩性的选择，其中石灰岩机制砂因兼具颗粒性状好、表面构造丰富、与沥青交互作用强烈，适宜于作为混合料的细集料推广应用，而玄武岩机制砂则应慎重使用。

TU502、U416.217

A

1009-7716（2016）06-0286-02

2016-03-28

沈晨卫（1983-），男，江苏南通人，工程师，从事城市道路交通设计工作。