沥青砼中河砂和石屑作用对比分析.doc

沥青砼中河砂和石屑作用对比分析成安洪1 涂相友1 杨志平2 徐辉3（1 江西交通工程咨询监理中心 南昌 330008）（2 抚州赣南公路设计院 临川 344000）（3 南昌市城市规划设计研究总院 南昌 330008）摘 要：通过在实践中对C-25I型和AC-20I型沥青砼0-5mm规格料分别选用纯石屑和掺入一定比例河砂的对比，分析其对沥青混合料质量的影响。关键词：道路工程；沥青砼;河砂;石屑;对比1 0 前言目前道路的交通量日益剧增，尤其是重载车辆运输呈上升趋势，对路面的破坏程度越来越大，因此在沥青路面施工过程中对配合比设计也不断提出更高要求： 0.1要有良好的高温稳定性与低温抗裂性，夏季高温时不易发生车辙、泛油、鼓包；冬季低温不易脆化；雨季要有抗渗性、耐久性和抗水浸蚀破坏能力，尽量减少或推迟裂纹的出现和发展。0.2要有良好的整体性，不松散、不离析，延长路面使用寿命。0.3要有较高的可操作性，要发挥现有人员、设备的作用，尽可能地降低施工难度。笔者现结合杭金衢高速公路建设过程中的一些体会，谈谈沥青砼中河砂和石屑作用及对比分析。杭金衢高速公路衢州段位于浙西丘陵盆地区，夏季高温多雨，冬季稍寒潮湿，一年气温在-540之间。四季分明，年降水量10001500mm左右，夏季时常有暴雨，雨量丰富，沥青路面受水浸蚀作用明显。根据我国交通部颁发的现行规范公路沥青路面施工规范（JTJ032-94）中对高速公路、一级公路沥青路面用细集料的规定，石屑用量不宜超过天然砂及砂的用量。但在实际施工中，常用的天然砂一般是河砂（以下简称为砂），以及选用在加工沥青砼用集料时所得的石屑为细集料的补充材料，较少采用由制砂机专门用碎石加工得到的机制砂。在杭金衢高速公路,沥青路面施工单位在选择加工碎石设备时，挑选以反击式破碎机为主的大型联合破碎筛分设备。所加工出的各档规格集料经各方试验室按规定频率和要求进行取样试验，均认为各档集料规格匀称，各项技术指标符合规范要求。为满足空隙率、沥青饱和度尽可能小；流值适中；稳定度、残留稳定度、车辙强度尽可能高、矿料间隙率符合要求的设计思想，根据杭金忂高速公路总监办的安排，我们在对中面层AC-20I、下面层AC-25I型沥青砼进行配合比设计时，采用了细集料分别为石屑加砂以及只用石屑的方法做对比试验，并对试验数据进行了分析整理。1 原材料选择1.1沥青：采用韩国产SK-AH-70型重交通道路石油沥青，经检验各项指标均满足设计要求（表1）。沥青性能指标试验结果 表1试验项目针入度（25。C、100g、5s）0.1mm延度（15。C）cm软化点（环球法）。C（三氯乙烯）%薄膜烘箱试验（160。C、5h）质量损失%针入度比%延度25。Ccm 含蜡量（蒸馏法）%闪点(coc)%密度g/cm3试验结果7315049.099.50.4701500.82601.030规范要求60-8010044-5499.00.855502301.2集料采用路面施工队伍自己加工的、经过除尘处理的石灰石质10-30mm、10-20mm、5-10mm规格碎石、0-5mm石屑和矿粉，砂为河砂。经检验，碎石、石屑、砂、矿粉试验结果汇总于表2、表3、表4。从中可以看出：石屑的视密度稍大于砂，2.36mm0.6mm筛子上通过率石屑小于砂，但0.3mm0.075mm筛子上通过率石屑大于砂。在进行沥青砼配合比设计时，石屑和砂在各筛子上级配互补， 4.75mm、2.36mm、0.075mm筛子上通过率能较好地接近设计级配范围中值。2 配合比确定2.1集料组成确定综合现行技术规范中的要求，同时参考Superpave设计概念，按预定的设计理念，尽量使较大的粗集料通过量多一些，而较小的粗集料通过量少一些，同时尽量使通过4.75mm、2.36mm和0.075m粗细集料质量技术要求及结果 表2指 标技术要求试 验 结 果10-30mm10-20mm5-10mm0-5mm砂石料压碎值%2816.2/洛杉矶磨耗损失%3019.7/视密度（g/cm3）2.502.7212.7202.7342.7362.670毛体积密度（g/cm3）2.7112.7112.704/吸水率%2.00.30.40.6/细长扁平颗粒含量%158.79.410.3/含泥量（0.075颗粒含量）%10.30.50.63.40.7对沥青的粘附性4级4级/塑性指数/1.01.0矿粉质量技术要求及试验结果 表3指标技术要求试验结果视密度(g/cm3)2.502.729含水量（%）10.1 粒度范围0.6mm%100100.00.15mm%90-100100.00.075mm%75-10094.2外观无团料结块无团料结块亲水系数10.78液塑限21.0塑限指数1.0粗细集料级配（水洗法） 表4级配通过率31.526.519.016.013.29.54.752.361.180.60.30.150.075规格AC-25I10095-10075-9062-8253-7443-6332-5225-4218-3213-258-185-133-7AC-20I10095-10075-9062-8052-7238-5828-4620-3415-2710-206-143-8材料筛分析河砂100.097.690.882.667.224.85.20.70-5mm100.099.280.452.637.526.711.83.45-10mm100.022.91.51.20.60.60.60.610-20mm100.095864.238.713.50.90.40.40.40.40.40.40.410-30mm100.047.512.20.80.40.40.40.40.40.30.30.30.3矿粉100.094.2筛子的集料接近规范级配范围的中值。由此确定了中、下面层各自的集料组成（目标配合比）。2.2油石比的确定用马歇尔试验法，以经验估计油石比和估计油石比0.5%、1.0%等的沥青用量按规定的试验方法测定试件中的密度、吸水率、流值、稳定度并计算空隙率、沥青体积的百分比、空隙率、粒料间空隙率、饱和度等指标，最后根据试验数据整理结果算出最佳油石比和最佳沥青用量。因为是试验段对比试验,配合比未加抗剥落剂。2.3配合比的最终确定通过目标、生产、验证生产的三阶段配合比试验，最终完成沥青砼配合比设计。其中目标配合比见表5目标配合比 表5规格用类型 量10-30mm碎石10-20mm碎石5-10mm碎石0-5mm石屑河砂矿粉朝国SK-AH-70沥青AC-25I31.517.510.637.4/3.04.3131.517.510.627.410.03.04.17AC-20I/41.016.038.0/5.04.32/41.016.028.010.05.04.183 试验段施工在相同的自然条件下，对同一段路基的左右半幅用同一套人员、机械、设备，采用相同的施工工艺控制手段（根据理论计算结果混合料松铺系数微有差别）分别按表5中所列各类型沥青砼进行（加砂与不加砂）施工对比。施工后，对其进行压实度、弯沉、渗水系数、车辙及马歇尔稳定度等试验。结果如表6所示。在进行细集料中加砂的沥青砼路面试验段施工过程中，沥青砼搅拌站废气排放口有白色水汽冒出，同时对各热料仓及时取样试验时发现4#仓（细料仓）中集料含水量为0.206%。试验段技术指标 表6 项目指标型号标准密度g/cm3压实度%渗水系数ml/min车辙次/mm弯沉0.1mm平整度mm 稳定度KN流值0.1mm空隙率%沥青饱和度%残留稳定度%粒料间隙率%沥青体积百分比%AC-25I2.45496.86115.42.012.029.03.879.7101.014.510.7AC-25I（加砂）2.45497.08315.01.011.432.53.972.198.014.010.1AC-20I2.45696.597266318.61.212.827.93.674.699.514.410.7 AC-20I（加砂）2.45596.6102258116.90.512.130.33.673.795.013.710.1此时取沥青混合料试样装在铁丝吊蓝中浸入将沸未沸的热水中不久，即可见沥青混合料表面有若干气泡鼓起。而在不加砂的沥青砼路面试验段施工时，未见上述现象发生，各热料仓中集料含水量也基本为0%。4 作用对比分析河砂与石屑相比，河砂因长期水洗冲刷风化，外形呈球形或蛋形，外表圆光，锁结力差。主要化学成分为SiO2，呈酸性，与沥青粘附能力很弱。在施工现场采取搭棚存料的条件下，含水量仍可达到7-8%，集料加热时水分不易排干，更进一步削弱了沥青与集料的粘附能力。因此，在进行配合比设计时，就必须考虑使用抗剥离措施，且河砂用量不宜多。而石屑是用石灰岩片石加工而成的，其颗粒富有棱角，锁结力强，0.075mm颗粒液塑限指标与矿粉相近，细长扁平颗粒少，含泥量小。石灰石屑主要化学成份为CaCO3，与沥青有很好的粘附性能。经除尘设备回收部分矿粉后，不仅环境污染小，石屑中的细小粉尘含量也大为降低，不但降低了生产成本，减少了对沥青拌和机上降尘设备的更换次数，同时也方便了集料的组成配合设计。0-5mm规格石屑与河砂在2.36mm筛子上的通过率相差较大。掺用了河砂可以明显调整颗粒级配，相互弥补了各自在级配上的缺陷。与不加砂的配合比相比，加10%砂可降低沥青的最佳用油量。在南方广大地区，河砂价格相对石屑要便宜很多，而进口沥青价格高出其他材料很多，因此，经济效益非常显著。不加砂的沥青混合料摊铺油面层表面粗糙，平整度稍差但抗渗水性能好，竣工后路面不松散，不离析，不泛油，不鼓包，抗车辙能力强。未发现有裂纹出现。细集料中加入10%砂后路面平整度有所改善，表面粒料布置均匀，不松散，不离析，不泛油，不鼓包，也有较高的抗车辙能力，同样未见裂纹。但是这仅仅是施工结束后短时期的观察结果。根据通车一年其间的连续观测，加砂试验段出现了较严重的车辙等早期破坏现象。因此可见，沥青砼中河砂还是迅速地剥离了。根据杭金衢高速公路总监办路面专家组反馈意见，建议某合同段将细集料由全部用河砂改为最多用15%河砂，其余由石屑替代的情况，笔者认为：河砂用量太多，至少在南方高温气候地区有耐久性不足的缺陷。细集料应以石屑为主，虽然经济效果显著，但最多不宜掺入5%河砂，且同时宜考虑