红砂岩与石灰岩集料掺配后路用性能研究

雷 俊，汤 雄，王金国

(1.交通运输部公路科学研究院，北京 100088；2.宁夏公路建设管理局，宁夏 银川 750000)

红砂岩与石灰岩集料掺配后路用性能研究

雷 俊1，汤 雄1，王金国2

(1.交通运输部公路科学研究院，北京 100088；2.宁夏公路建设管理局，宁夏 银川 750000)

通过对红砂岩和石灰岩集料掺配后进行磨光试验、混合料配合比设计、高温、低温及水稳性的验证试验，探究了不同掺配比例下(红砂岩)对集料磨光值、混合料各项性能的影响，并对主要影响因素进行了分析，得到了将红砂岩按一定比例(>25%)掺配于石灰岩中，可以提高混合料路用性能的结果。

集料；掺配；磨光值；动稳定度

1 原材料

1.1 石灰岩

本文试验所使用集料均为宁夏所产石灰岩，参照《公路工程集料试验规程》对其关键技术指标进行检测，得到检测结果如表1所示。

表1 石灰岩关键技术指标

1.2 红砂岩

参照《公路工程集料试验规程》对红砂岩关键技术指标进行检测，得到检测结果如表2所示。

表2 红砂岩关键技术指标

1.3 沥青

本文所采用的沥青为SBS改性沥青，其相关技术指标如表3所示。

表3 SBS改性沥青各项技术指标

1.4 矿粉

参照《公路工程集料试验规程》对矿粉各项关键技术指标进行检测，得到检测结果如表4所示。

表4 矿粉各项技术指标检测结果

2 试验方案

通过对集料的各项指标进行了试验，可以看出，石灰岩其他几项指标均能够满足使用的要求，但磨光值较小，考虑到汽车行驶的安全性，必须提高路面的抗滑水平，而集料的磨光值在一定程度上将直接影响路面的抗滑。通过调查发现，宁夏地区沥青路面表面层使用最大公称粒径大多为13.2 mm，因此，本试验采用9.5～13.2档集料进行掺配，掺配比例按0%、25%、50%、75%、 100%，进行常规的磨光试验，分别检测磨光试件磨光前后的摆值，经过修正得到各掺配比例集料的磨光值，以此来得到不同掺配比例对磨光值的影响。

2.2 关于混合料性能的研究

由于宁夏地区表面层常用AC-13混合料，一般而言，集料的抗滑主要由粗集料决定的。为了改善混合料中集料的磨光性能，本试验将9.5～13.2档集料进行掺配使用，掺配比例按0%、25%、50%、75%、100%使用，其他各档使用石灰岩。在采用相同的级配通过率的前提下，对其进行相应的配合比设计及性能验证，然后对掺配后的AC-13混合料进行评价。0%、25%、50%、75%、100%均为红砂岩的掺配比例。掺配比例的计算如公式(1)所示。

(1)

3 试验数据与分析

3.1 不同掺配比例下磨光值

利用摆式仪对磨光前后的试件进行摆值检测，并通过标准料进行修正得到集料在不同掺配比例下磨光值的大小，如表5所示。

表5 集料试件磨光前后磨光值

图1 不同掺配比例下磨光前后PSV

由表5可以分析得到，两种磨光值不同集料掺配后PSV大小介于两种集料之间，且随着集料的掺配比例呈线性关系，不管是磨光前还是磨光后，其线性相关性均较好，相关系数均达到了0.96以上。通过对试验结果进行线性拟合，可以发现，磨光前后拟合曲线斜率相差较大，这也反映了两种集料的耐磨性能。由图1可以看出，当集料没有掺配的时候，红砂岩磨光前后PSV的差值为15，而石灰岩的却达到了22，二者在磨光前后PSV的衰变差值达到的7个值，这也说明了红砂岩在磨光过程中，PSV的衰变要小于石灰岩，红砂岩的耐磨性能要优于石灰岩。当将红砂岩与石灰岩进行掺配后，掺配后的PSV随着红砂岩(较高磨光值集料)的掺配比例增加而增大，磨光前后的PSV差值亦随着红砂岩的掺配比例增加而减小，且均成线性增长或减少的关系。参考《公路沥青路面施工技术规范(JTG F40-2004)》对半干或者干旱地区集料磨光值的要求，当石灰岩与红砂岩进行掺配时，当红砂岩的掺配比例达到25%时，掺配后的集料就能够满足规范对磨光值的要求。

我国绝大多数电力企业为国有企业，即便国有企业可以承担一定损失，但在市场价格低于经营成本的情况下，需要对其进行一定补偿以维持其正常运营。

3.2 混合料最佳油石比及毛体积相对密度

通过对几种掺配比例下混合料配合比设计，得到各混合料最佳油石比及毛体积密度如表6所示。

表6 不同掺配比例下最佳油石比

由表6可以看出，随着红砂岩掺配比例的增加，在相同级配通过率的情况下，最佳油石比增加，主要原因是红砂岩吸水率远远大于石灰岩，因此红砂岩集料的吸油量也要大于石灰岩；除此之外，红砂岩为酸性集料，石灰岩为碱性集料，红砂岩的粘附性较差，集料与沥青界面之间的粘聚面积将会减小，自由沥青增多，因此最佳油石比增大。混合料的毛体积相对密度的变化是：随着红砂岩掺配比例的增加，毛体积相对密度逐渐减小，且呈线性关系。逐渐减小的原因是：红砂岩集料毛体积相对密度要小于石灰岩，最佳油石比相差不是太大。

图2 不同掺配比例下毛体积相对密度的变化

3.3 不同掺配比例下混合料高温性能分析

动稳定度是反映混合料抗车辙能力的重要指标，可以对混合料的高温性能进行有效地评价。试验分别对不同掺配比例的混合料进行室内车辙试验，试验条件为60 ℃，0.7 MPa。试验结果如表7所示。

表7 不同掺配比例下动稳定度

图3 不同掺配比例下动稳定度变化

由表7可以看出，5种混合料动稳定度均超过了4 000次/mm，最大的达到了8 500次/mm，由图3可以看出，随着红砂岩掺配比例的增加，混合料动稳定度增加，且呈线性关系，相关系数达到了0.97。有研究表明：影响混合料动稳定度的主要因素为集料与集料之间的摩擦力和集料与沥青之间的粘结力，而碎石的强度、表面粗糙度是影响集料与集料之间的摩擦力的因素之一，集料与沥青的粘附性以及沥青自身的性能(如粘度、软化点等)是影响粘结力的主要因素。因此表现出了较高的动稳定度的主要原因为两个方面：(1)本次试验所采用的结合料为SBS改性沥青，SBS改性沥青自身拥有较高的粘度和软化点，对混合料抗车辙性能有极大的提高；(2)红砂岩的抗压碎能力要优于石灰岩，随着红砂岩掺配比例的增加，掺配后的混合料抗压碎的能力得到提升，因此而提升了掺配后混合料抗车辙的能力。

3.4 不同掺配比例下混合料水稳性分析

水稳性的优劣反应了混合料抵抗水损害的能力大小，而浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验是评价混合料水稳性的主要试验，残留稳定度和冻融劈裂强度是评价水稳性的主要指标。按照相关的试验规程，对混合料进行浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验，得到试验结果如表8所示。

表8 不同掺配比例混合料残留稳定度及冻融劈裂强度

图4 不同掺配比例下水稳指标的变化

由表8可以看出，不同掺配比例混合料残留稳定度均在90%以上，其相差不大；而冻融劈裂强度却随着掺配比例的增加而逐渐减小，且相差较大，达到了15%。水损害主要是由于进入混合料空隙中的水会在动水压力及真空负压抽吸的作用下，渗入到沥青与集料的界面上，由于水与集料之间的亲和力大于沥青与集料之间的亲和力，沥青膜容易从集料表面剥离，致使沥青混合料出现掉粒、松散、坑槽等。

3.5 不同掺配比例下混合料低温性能分析

弯曲试验用来测定混合料在规定温度和加载速率时弯曲破坏的力学性质。得到的主要指标为低温弯曲应变，可以用来评价混合料低温性能。本试验采用低温-10 ℃进行弯曲试验，其低温弯曲应变结果见表9。

图5 不同掺配比例下低温弯曲应变变化

表9 不同掺配比例混合料低温弯曲应变

由表9可以看出，不同掺配比例下的混合料低温弯曲应变值相差不大，且没有明显的增加或减小的规律，但当掺配比例超过50%时，混合料弯曲应变值增大，参考各混合料的最佳油石比，其原因可能是由于沥青用量的增加，在低温条件下，沥青劲度提高，能够在集料的断裂过程中提供足够的包裹粘结力，略有提高混合料的弯曲应变。因此可以认为：集料的掺配对混合料的低温性能影响较小。

综上所述，当红砂岩的掺配比例大于25%时，混合料各项性能均能达到使用要求。

4 结 论

(1)低磨光值集料可以通过掺配高磨光值集料来提高磨光性能；

(2)红砂岩集料的掺配可以提高混合料的高温稳定性，且随着比例的增加，高温性能越好；

(3)红砂岩集料的掺配降低了残留稳定度及冻融劈裂强度，减弱了抗水损害的性能，且随着比例的增加，水稳性越差；

(4)红砂岩的掺配对低温弯曲应变的影响较小；

(5)将红砂岩按一定比例(>25%)掺配于石灰岩中，可以提高混合料路用性能。

[1] 胡超. 混合粗集料抗滑表层配制技术与性能分析[D]. 西南交通大学, 2011.

[2] 龚翠芬. 集料掺配试验[J].云南交通科技, 2003，(2):16-20.

[3] 王万平. 抗车辙沥青混合料的试验研究[D]. 长沙理工大学, 2010.

Adissertationonthepavementperformanceresearchofmixtureofredsandstoneandlimestoneaggregateblending

LEI Jun1, TANG Xiong1, WANG Jin-guo2

(1.Research Institute of Highway science，Ministry of Transport,Beijing 100088，China;2.Bureau of Ningxia HighwayConstruction Management, Yinchuan,Ningxia 750000,China)

In this paper, the experiment of polishing, mixing ratio design, high temperature, low temperature and water stability test are carried out, after the blending of red sandstone and limestone. The effects of different blending ratio (red sandstone) on the polishing value and the properties of the mixture were explored, And the main influencing factors were analyzed. It got the conclusion that the red sandstone in a certain proportion (> 25%) blending in limestone can be used to improve the performance of mixture.

aggregate；blending；polished stone value；dynamic stability

U416

A

1008-3383(2017)09-0003-03

2017-02-03

雷俊，男，硕士研究生。

宁夏公路沥青面层典型结构研究。