集料特性对沥青混合料抗剪性能的影响研究

许 萌 ，李志超 ，陈 杰

(1.山东交通学院交通土建工程学院，山东济南 250357；2.山东公路技师学院，山东济南 250014)

集料特性对沥青混合料抗剪性能的影响研究

许 萌1，李志超2，陈 杰1

(1.山东交通学院交通土建工程学院，山东济南 250357；2.山东公路技师学院，山东济南 250014)

从集料特性入手，通过单轴贯入试验和三轴压缩试验，研究分析不同集料类型和特性对AC-13沥青混合料抗剪性能的影响规律。研究表明，玄武岩沥青混合料的抗剪性能优于石灰岩，同时，减小集料的针片状颗粒含量、压碎值、磨耗值，提高其棱角性，能够增大沥青混合料的粘聚力和内磨擦角，从而提高沥青混合料的抗剪性能。

沥青混合料；抗剪性能；单轴贯入试验；三轴压缩试验

近年来，我国道路建设飞速发展，交通量激增，人们对道路的行车安全性、舒适性及行车速度等要求越来越高，多轴次、重轴载、高轮压在交通轴载组成中的比例越来越大，道路路面的车辙现象也越来越普遍。路面车辙主要是沥青层内过大剪应力导致的剪切变形[1]。因此在沥青混合料路面设计和沥青混合料组成设计过程中，需要对沥青混合料抗剪强度给予足够的重视。沥青层中产生的剪切应力，主要由荷载、外界环境和路面结构引起，与材料本身无关；而沥青混合料抗剪强度则是材料的本身属性。沥青混合料是沥青结合料和集料胶结在一起组成的路面材料，其强度和稳定性是由沥青的胶结作用和集料的骨架作用共同提供的，沥青和集料各自的特性以及它们的组合特性(比如级配)决定了沥青混合料的路用性能。

本文从影响抗剪强度的几个主要因素入手，进行试验研究，通过单轴贯入试验，结合三轴压缩试验，对沥青混合料抗剪特性进行评价，研究分析在相同沥青结合料情况下，不同集料类型和特性对AC-13 沥青混合料抗剪强度的影响规律[2-6]。

1 集料的性质

为了比较不同集料对沥青混合料抗剪性能的影响，本文根据实际条件，选择了3 种不同来源和产地的集料，其中2 种为石灰岩石料，1 种为玄武岩。在试验室内对这3 种集料性质进行试验[7]。试验结果如表1所示。

表1 集料物理力学指标

2 不同集料沥青混合料的抗剪性能

图1 AC-13 级配曲线

为了更加直观的比较不同集料组成的沥青混合料抗剪性能的差异[8-10]，对3 种集料均采用AC-13 级配(见图1)[11-13]。

制备沥青混合料试件(空隙率控制在4.0%左右)，沥青均采用壳牌70#(技术指标见表2)，每种集料成型4 个试件：2 个做单轴贯入试验，2 个做三轴压缩试验。试验结果见表3 、4。

由表3 可知，玄武岩沥青混合料的平均最大抗剪强度为3.340 MPa，远大于石灰岩沥青混合料。来源地不同的石灰岩沥青混合料平均最大抗剪强度相差0.370 MPa，对抗剪强度的影响不大。因此，在考虑沥青混合料的抗剪强度时集料类型的选择不容忽视[14]。

表2 沥青的技术指标

表3不同集料沥青混合料单轴贯入试验结果

集料类型 最大抗剪强度/MPa 试验1试验2平均石灰岩12．0981．9632．030石灰岩22．3942．4082．400玄武岩3．1663．5173．340

表4不同沥青混合料三轴压缩试验结果

集料类型C/MPaφ/(°)τ/MPa石灰岩10．19640．7730．902石灰岩20．21840．5490．937玄武岩0．27141．8321．151

注：C为粘聚力；φ为内摩擦角；τ为抗剪强度。

由表4 可知：1)2 种不同产地的石灰岩沥青混合料的抗剪强度相差不大；但玄武岩沥青混合料的抗剪强度明显比石灰岩沥青混合料高得多。2)2 种不同产地的石灰岩沥青混合料的内摩擦角有一定的差别，但是差别不大；玄武岩沥青混合料的内摩擦角明显比石灰岩沥青混合料大，玄武岩沥青混合料的内摩擦角优于石灰岩沥青混合料。3)不同来源的2种石灰岩沥青混合料相差不大；玄武岩沥青混合料的粘聚力明显比石灰岩沥青混合料大得多，说明玄武岩沥青混合料的粘聚力优于石灰岩沥青混合料。

将不同集料的针片状颗粒的质量分数、压碎值、磨耗值、棱角性分别与它组成的混合料的抗剪参数(c、φ、τ)绘成曲线，如图2～4 所示[15]。

由图2可以看出，随着3种集料(石灰岩1、石灰岩2、玄武岩)针片状颗粒的质量分数的递减，C呈增大趋势；压碎值和磨耗值的减小，也使得C呈增大趋势；而随着棱角性的增大，C增大。由此，玄武岩沥青混合料具有最大粘聚力。

由图3可以看出，3种集料(石灰岩1、石灰岩2、玄武岩)针片状颗粒的质量分数、压碎值和磨耗值呈递减趋势，但2种石灰岩沥青混合料内摩擦角相差不大，而玄武岩沥青混合料内摩擦角要大得多；同时3种集料的棱角性责呈递增趋势，但其对2种石灰岩沥青混合料内摩擦角影响不大，而对玄武岩沥青混合料内摩擦角的影响则要大得多。

图2 不同集料性质对C 的影响

图3 不同集料性质对φ 的影响

图4 不同集料性质对τ 的影响

由图4可以看出，随着3种集料(石灰岩1、石灰岩2、玄武岩)针片状颗粒的质量分数、压碎值、磨耗值的递减，τ呈增大趋势；而随着3种集料棱角性的增大，τ也增大。由此，玄武岩沥青混合料具有最大抗剪强度。

3 结论

1)玄武岩沥青混合料的最大抗剪强度大于石灰岩。这是因为玄武岩的压碎值、磨耗值、棱角性等各项物理力学指标均优于石灰岩，静压后能相互嵌挤锁结而具有较大的内摩擦角；而石灰岩在静压过程中容易压碎，集料本身的级配在成型过程中可能已经发生了变化；且石灰岩表面相对玄武岩较光滑，玄武岩的表面粗糙度优于石灰岩，压实后的嵌锁作用强，故玄武岩沥青混合料最大抗剪强度比较大。2)随着集料针片状颗粒的质量分数的减少，C大致呈增加的趋势，也就是说，集料针片状颗粒的质量分数对混合料的抗剪性能有一定的影响，针片状颗粒的质量分数的减小在一定程度上对增加沥青混合料的粘聚力和抗剪强度有利。3)对于同一种集料，压碎值的减小可以增加沥青混合料的粘聚力和抗剪强度，但也会降低内摩擦角。4)随着磨耗值的减少，抗剪强度大致呈增大趋势；但对于同一种集料，磨耗值的减少会或增大沥青混合料的内摩擦角。5)棱角性越强，粘聚力和抗剪强度越大，内摩擦角也越大，沥青混合料抗剪性能越好。

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TheEffectofAggregatePropertyonShearPerformanceofAsphaltMixture

XUMeng1,LIZhi-chao2,CHENJie1

(1.SchoolofTransportationandCivilEngineering，ShandongJiaotongUniversity，Jinan250357,China;2.ShangdongTechnicianInstitute,Jinan250014,China)

Beginning with the aggregate characteristics, this article analyzes the effect of different types and characteristics of aggregate on the shear performance of AC-13 asphalt mixture through the uniaxial penetration test and triaxial compression test. The research shows that the shear properties of basalt asphalt mixture is better than those of limestone and meanwhile the basalt asphalt mixture reduces the acicular content, crushing value as well as abrasion value, and also increases the angularity. Furthermore, the basalt asphalt mixture can improve the cohesion and internal friction angle of asphalt mixture and the shear performance of asphalt mixture as well.

asphalt mixture;aggregate characteristics;uniaxial penetration test;triaxial compression test

郎伟锋)

2014-05-12

许 萌(1988—)，女，济南人，山东交通学院硕士研究生，主要研究方向为港航路桥与隧道工程.

10.3969/j.issn.1672-0032.2014.03.013

U414

A

1672-0032(2014)03-0062-04