1、多孔玄武巖集料在瀝青面層的應用研究周繼業(yè)任惠渠許志鴻【同濟大學上海200092】摘要：本文介紹了多孔玄武巖集料在滬寧高速公路蘇州段B標瀝青上面層的應用情況，包括多孔集料在拌和樓烘干前后含水量的變化、集料瀝青浸漬密度的測定和多孔集料瀝青混合料配合比設計及施工要點。關鍵詞：多孔集料瀝青浸漬密度二瀝青面層1前言滬寧高速公路蘇州段B標瀝青上面層供應的集料為江蘇吁哈古桑和打石山料場的多孔玄武巖，其吸水率大于3%。根據我國公路瀝青路面施工技術規(guī)范(JTJ032-94)的規(guī)定，瀝青面層用粗集料吸水率不大于2%,對多孔玄武巖可放寬至3%,但必須得到主管部門的批準。日本高等級公路設計規(guī)范對集料吸水率的規(guī)定也不得

2、大于3%;美國、澳大利亞也有類似的規(guī)定。吸水率高的集料，由于其孔隙率大，在拌和和使用過程中，會吸收一部分瀝青，給室內試驗中最佳瀝青用量的確定及混合料油石比的檢測造成困難；又由于多孔集料經雨淋濕后，水分不易蒸發(fā)，含水量較大，從而在拌和樓干燥筒中集料難以充分干燥，殘留的水分將使拌制的瀝青混合料難以壓實，鋪成路面后容易出現(xiàn)剝離現(xiàn)象。但由于料源關系又必須使用。為此，江蘇省高速公路指揮部和蘇州市高速公路指揮部委托同濟大學對此進行專題研究。本研究通過大量的室內外試驗研究，取得了相應的成果，主要包括多孔集料在拌和樓烘干前后含水量的變化情況、集料瀝青浸漬密度的測定和多孔集料瀝青混合料配合比設計及施工的要點2多

3、孔玄武巖集料拌和樓烘干前后含水量的變化多孔玄武巖集料孔隙內水分難以充分干燥，為了定量地了解集料在拌和樓干燥筒內烘干前后含水量的變化，同時也是為室內制作相應模擬含水量集料的瀝青混合料馬氏試件，從而比較不同含水量的集料對瀝青混合料性能的影響，對古桑集料按烘干前、一次烘干(又分前取樣、后取樣)及二次烘干(也分前取樣、后取樣)五種狀態(tài)取樣測定其含水量。“二次烘干”是采用第一次烘干后的集料從拌和樓卸料后堆放二晝夜后送入干燥筒進行第二次烘干后的集料?！扒叭印笔侵冈诟稍锿查_始運轉后集料達到施工溫度時取的試樣，“后取樣”是指在干燥筒在達到施工溫度后繼續(xù)運轉20min時所取的試樣，代表拌和樓連續(xù)生產時的狀態(tài)。

4、很顯然，“前取樣”和“后取樣”取樣的時間間隔為20min。試樣還按粒徑大小分三種規(guī)格分別測定，測定結果見表1。根據表中數(shù)據可分析如下：(1)古桑集料各檔規(guī)格的吸水率均大于3%,且粒徑越小吸水率越大。(2)烘干前集料的含水率也為粒徑越小，其值越大。從表中還可看出烘干前細集料的含水率大于相應的吸水率，這是吸水率是按標準方法測定的，而在測定相應集料烘干前自然含水率時所取的試樣是包含了一部分游離水的。(3)二次烘干集料的平均含水率僅為一次烘干料的(16.421.9)%,顯然采用二次烘干的集料較一次烘干的要好，但是采用二次烘干的工藝無論是從堆放場地和生產所需時間上都要困難得多，因此必須通過室內試驗、試拌

5、試鋪才能最后決定采用哪種方法。(4)盡管集料的粒徑越小，烘干前含水量越大，但無論是一次烘干還是二次烘干后，粒徑越小其剩余含水率反而越小，這是因為粒徑小的集料其比表面積越大，因此吸水量或蒸發(fā)量就越大所致古桑集料吸水率和烘干前后含水率測定值表1集料規(guī)格(mm)吸水率皿烘干前(%)一次烘干()二次烘干()前取樣后取樣前取樣后取樣19.0013.203.241.71.461.250.290.29113.204.753.904.10.270.420.1104.752.364.327.30.100.10003目標配合比設計由于多孔玄武巖集料的吸水率大于3%,因此在目標配合比設計中，對下列幾方面作了特別的分

6、析研究，也是配合比設計中應注意的要點。3.1集料的瀝青浸漬密度我國公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程(JTJ-052-93)(以下簡稱試驗規(guī)程)中，在計算馬氏試件的理論密度時規(guī)定：在一般情況下，集料與水的相對密度米用表觀相對密度，這對于多孔集料，必然得出偏大的理論密度，而使計算的空隙率偏大；如采用集料的毛體積密度來計算必然得出較小的理論密度，而使計算的空隙率偏小，這二種方法都不符合實際情況。根據試驗規(guī)程的條文說明，統(tǒng)一采用日本高等級公路設計規(guī)范的規(guī)定：“對于吸水率大于1.5%的粗集料應采用瀝青浸漬密度，當測定瀝青浸漬密度有困難時，可采用集料的初密度和毛體積密度的平均值”。應該指出，采用平均值的方

7、法只是近似的。從理論上來分析，任何集料在瀝青混合料拌和及使用過程中或多或少總要吸收一定瀝青的，因此嚴格地說，在計算馬氏試件的理論密度時，集料都應采用相應瀝青的浸漬密度，只是當集料的吸水率較小時，采用表觀相對密度來代替瀝青浸漬密度的影響較小，而對吸水率大于3%的多孔集料，其影響是不可忽視的，因此本課題研究中決定采用集料的瀝青浸漬密度來計算馬氏試件的理論密度。集料的瀝青浸漬密度測定在國內尚沒見報道，本課題中的測定方法基本參照日本道路公團試驗方法KODAN212-19由于來不及配備專用的加熱設備，瀝青溫度既要保持在規(guī)定的140c左右又不能采取直接加熱的方法，因此本研究中采用導熱油作介質自行設計制備了

8、加熱保溫系統(tǒng)，解決了這一技術難點。試驗結果見表2和表3。集料的瀝青浸漬密度測試記錄表（古桑玄武巖）瀝青混合料類型：AC-16B集料產地：古桑玄武巖瀝青種類：AH-70ESSO表2項目編號集料尺寸集料+瀝青+容器容器集料烘干重A空氣中重T-A-P瀝青密度Gb浸漬密度空氣中重T水中重Tw體積T-Tw空氣中重P水中重Pw體積P-Pw實測值g/cm3平均值g/cm319.01409.2413.3995.9126.271.05,5.2500.07831.01.0292.7812.77113.21261.8398.4863.4113.6(61.35：2.3500.0648.22.76013.21345.7

9、404.8940.9116.2(63.75：2.5500.0729.52.7864.751456.4415.41041.012L5.271.154.1500.()831.22.7912.7894.751427.8425.31002.51413.481.262.2500.()784.42.8092.361410.1415.1995.0128.672.95,5.7500.0781.52.7802.7952.361460.7415.51045.212?5.469.755.7500.()835.32.8130.61436.7417.81018.91330.774.556.25。.（)806.02.78

10、72.800注：瀝青密度為25c密度集料的瀝青浸漬密度測試記錄表（打石山玄武巖）混合料類型：AC-16B集料產地：打石山玄武巖瀝青種類：AH-70ESSO表3項目編號集料尺寸集料+瀝青+容器容器集料烘干重A空氣中重T-A-P密度Gb浸漬密度空氣中重T水中重TW體積T-TW空氣中重P水中重Pw體積P-Pw實測值g/cm3平均值g/cm319.01295.5399.2896.3113.264.948.3492.6689.71.0292.77211336.4413.6952.8126.072.353.7501.5738.92.7702.77113.213.24.751346.5408.8937.71

11、16.865.451.4504.8724.92.7762.7651341.9403.6938.3113.464.149.3500.9727.62.7544.752.361431.0418.71012.3128.174.154.0502.9800.02.7812.7801421.7414.71007.0124.471.652.8501.0796.32.778混合料1600.8477.21123.6126.170.755.4600.0876.42.7712.7731465.2474.6990.6122.869.853.0600.2742.22.775注：1.瀝青密度為25c密度。2.根據日本規(guī)范，

12、2.36mm以下集料的密度可用同巖性2.364.75mm集料的密度來代替，古桑集料的瀝青浸漬密度測定也證明了這一點（見表2）,故打石山集料2.36mm以下這檔規(guī)格集料的浸漬密度以2.78計3.混合料是指19.013.2,13.24.75,4.752.36及2.36四檔料按設計配比17：32：18：26.5混合后的試樣。3.2馬氏試件和路面芯樣的實測密度瀝青混合料馬氏試件的實測密度是計算空隙率、瀝青體積百分率、瀝青飽和度和礦料間隙率等物理指標的依據，不同的測定方法對其測定值有一定的影響。其中水中重法是最簡單的方法，也是我國工程實踐中最常用的一種方法，但一般只適用于很密實的I型瀝青混凝土試件而不適

13、用集料吸水率較大的試件。本課題采用表干法來測定馬氏試件及路面鉆孔芯樣的密度，即均以表干密度作為集料的實測密度。3.3空隙率和瀝青飽和度技術標準的確定江瀝青路面施工指導意見中要求：瀝青蘇省高速公路建設指揮部在滬寧高速公路上面層采用AC-16B型級配；馬氏試驗技術標準中的空隙率為3%6%,瀝青飽和度為70%85%。這是采用我國規(guī)范中I型級配的標準。試驗結果表明，AC-16B型瀝青混合料的瀝青飽和度要達到省高指的要求，必須增加瀝青用量，提高油石比，而從試拌情況來看再提高油石比是不合適的。AC-16B型既是介于我國規(guī)范I型和n型之間的一種級配，理應采用I型和n型之間的標準。I型和II型的空隙率標準分別

14、為3%6%和4%10%,瀝青飽和度標準分別為85%70%和75%60%。因止匕，XtAC-16Ba瀝青混合料建議采用空隙率標準為4%8%,相應的瀝青飽和度標準為75%65%。3.4最佳油石比的確定室內目標配合比試驗是在工地已作了油石比為4.0%,4.5%,5.5%和6.0%大量馬氏試驗的基礎上，又按4.9%,5.4%和5.9%三組油石比馬氏常規(guī)試驗（試驗結果匯總于表4）和非常規(guī)試驗。試驗結果表明：當試件的理論密度根據集料的瀝青浸漬來計算時，可用常規(guī)方法來確定最佳油石比。根據試驗結果，古桑和打石山多孔集料瀝青混合料的OAC盼加J為5.33%和5.38%,考慮到車輛渠化和江蘇的氣候條件，最佳油石比

15、宜低于OAC2均定為5.2%。瀝青混合料馬氏試驗結果匯總表表4集料油石比理論密匕g/cm3表干密度g/cm3空隙率飽和度流值0.01mm穩(wěn)定度kN古桑4.92.5792.3947.2603113.85.42.5612.4384.8匚723313.45.92.5432.4414.0773113.3最佳油石比：5.2%（OAC去5.33%）打石山4.92.5732.4066.5633113.45.42.5552.4185.4693214.25.92.5372.4383.9773714.2最佳油石比：5.2%(OAC=5.38%)為了及時給試驗路段提供生產油石比，根據集料的瀝青浸漬密度測定值（見表2

16、和表3）,對于古桑和打石山的多孔集料，按混合料的組配比例（見表5）計算，其平均吸油率分別為1.7%和1.5%,考慮到瀝青與粗、細集料及礦粉拌和中瀝青變稠，實際吸油率將隨之減少，經討論采用30%的吸油率加上金壇集料（非多孔）上面層目標配合比設計油石比4.9%之和，即5.4%初步作為古桑和打石山集料瀝青混合料的最佳油石比。根據試驗路段試拌情況來看，顯得油稍偏多，說明室內目標配合比確定5.2%為最佳油石比是合適的。集料組配比例（）表5規(guī)格集料19.013.213.24.754.752.362.360.6礦粉占桑27329266打后山17321826.56.53.5對比試驗為了解集料中水分及瀝青加抗剝

17、離劑對瀝青混合料性能的影響，在目標配合比室內試驗中，對每種集料還按三種狀態(tài)進行了對比試驗：烘干集料，加抗剝離劑；含水集料，加抗剝離劑；含水集料，無抗剝離劑。上述烘干集料是指按規(guī)定在烘箱中烘至恒重的集料，含水集料的含水量是模擬在拌和樓干燥筒一次烘干后實測含水量（見表1）,抗剝離劑采用西安PA-1型，摻加量為3%0o對比試驗結果見表6。通過常規(guī)穩(wěn)定度、殘留穩(wěn)定度和非常規(guī)試驗的對比結果表明：從耐久性角度來看，烘干集料的瀝青混合料要優(yōu)于含水集料的瀝青混合料，加抗剝離劑的又優(yōu)于不加抗剝離劑的。但是各種狀態(tài)瀝青混合料的各項技術指標均符合要求，無十分明顯的區(qū)別。瀝青混合料馬氏試驗結果比較匯總表表6集料性狀油

18、石比%理論密度g/cm3表干密度g/cm3空隙率%飽和度%流值0.01mm穩(wěn)定度1kN60c飽水殘留穩(wěn)定度（）48h96h144h桑烘干料5.42.5612.4235.4693213.6959184含水，加抗剝落劑2.4215.5693213.8888577含水，無抗剝落劑2.4315.1703014.3807874打烘干料|5.42.5552.4215.2170,3413.9959290石山含水，加抗剝落劑2.4165.4692912.7878276含水，無抗剝落劑2.4165.4692811.98277754試驗路現(xiàn)場攤鋪4.1 概況根據蘇州市高速公路指揮部的安排，試驗路位于滬寧高速公路東

19、橋鄉(xiāng)的互通立交匝道上，最大橫坡為8%,最小為0,最大縱坡為2.5%。路面結構組成為：路基頂面以下080cm路基土摻10%消石灰穩(wěn)定，路面為32cm二灰+20cm灰碎石+6cm中面層+4cm上面層。4.2 上面層攤鋪上面層試驗路共分5個小段，具體安排見表7:瀝青混和料按5種情況的不同要求，分5次拌和分別裝車，第一車與最后一車裝料時間相差僅2h。運料車同時到達現(xiàn)場后再依次從第一段攤鋪、碾壓到第五段。施工過程中，不同集料不同烘干次數(shù)瀝青混合并未顯示異常情況，的碾壓結束后，從外表觀察五小段也無明顯區(qū)別。試驗路完成后，對其各種技術指標測定結果見表8:表中路表彎沉為已經溫度修正的代表彎沉值，均小于要求的3

20、0x0.01mm且各段無太大的明顯差異。壓實度是每段取2個芯樣實測后計算的平均值，其中第二段有一個點小于96%,經查該點處于最大橫坡8%位置，壓實條件較差，第四段壓實度不足是由于該段攤鋪時料車上的瀝青混合料表層溫度有較大降低，增加碾壓困難。平整度是用3m直尺測定的，均滿足省高指1.0mm的要求。擺值是用省科所用進口擺式儀及同濟用國產擺式儀測定的平均值，各段均大于50的要求。構造深度各段均大于0.5mm符合我國規(guī)范要求。試驗路分段情況表7分段樁號(東橋鄉(xiāng)匝道)長度(m)集料集料狀態(tài)油石比E線0-100+3040占桑一次烘干5.4%E線0+300+6030打后山一次烘干5.4%E線0+600+8525哈桑1#料二次烘干5.4%E線0+850+11025打后山1#料二次烘干5.3%E線0+1100+14535占桑1#、2#料均二次烘5.4%段段段段段一二三四五第第第第第試驗路各段技術指標測定值表8分段路表彎沆平均壓實度平整度20c擺值構造深度編號x0.01mm%mmmm第一段29.997.90.65620.91第二段24.094.90.89570.85第三段2