浅谈细集料的棱角性对Superpave沥青混合料

浅谈细集料的棱角性对Superpave沥青混合料体积性指标及施工成本的影响吴江市明港道桥工程有限公司岳光斌关键词细集料棱角性体积指标成本摘要在相同沥青用量条件下，用辉绿岩做细集料的沥青混合料的孔隙率比用石灰岩做细集料的沥青混合料的孔隙率大的多。所以，在考虑相同的混合料质量的条件下，用辉绿岩石屑比用石灰岩石屑做沥青混合料增加了施工成本，本文就这两种细集料对混合料的影响展开一些简单的论述。一概述S230省道吴江北段养护改善路面工程沥青下面层结构设计为8cm的Superpave-20,在混合料目标配合比设计阶段采用了两种设计方案：1粗集料采用石灰岩，细集料采用辉绿岩；2粗集料采用石灰岩，细集料亦采用石灰岩。在以往的施工过程中，大多数采用第二种设计方案。但是从施工过程中对混合料的检测结果看来：0.075的通过量偏大，旋转压实的孔隙率偏小，最终导致路面压实度超密。这样势必会应影响路面的使用性能及寿命。故我们在选择细集料时，考虑辉绿岩压碎值小，辉绿岩细集料0.075的通过量偏小，如此必然会使混合料的0.075mm的通过量减小，混合料的体积性指标比较容易满足规范要求。但是我们在设计过程中发现，用辉绿岩做为细集料与用石灰岩做为细集料在混合料配合比设计过程中有比较大的差别：1相同的沥青用量，用辉绿岩的混合料的孔隙率比用石灰岩的混合料的孔隙率要大的多；2在相同的孔隙率的条件下，用辉绿岩为细集料的混合料比石灰岩的混合料的沥青用量要大的多。二混合料配合比设计（一）原材料试验结果汇总（粗集料从大到小分别命名为1#料、2#料、3#料、细集料为4#料）表2-1粗集料性质试验结果汇总表试验项目试验结果Superpave规范要求粗集料棱角性（%）100100%细长扁平颗粒（%）7.410%洛杉矶磨耗值（%）21.535~45%坚固性（%）535~45%表2-2.1细集料性质试验结果汇总表（石灰岩）试验项目试验结果Superpave规范要求细集料棱角性（%）47.545%砂当量（%）6550%表2-2.2细集料性质试验结果汇总表（辉绿岩）试验项目试验结果Superpave规范要求细集料棱角性（%）52.545%砂当量（%）7650%表2-2.2密度实验结果汇总表矿料表观相对密度毛体积相对密度吸水率（%）1#料2.7052.6790.362#料2.7352.7030.433#料2.7332.6900.584#料（石灰岩）2.6732.6021.024#料（辉绿岩）2.7202.6421.09矿粉2.7822.782//沥青1.035（二）各种原材料的级配在这里我们不做赘述，现将最终采用调试出来的两种混合料级配做简单表述（细集料为石灰岩的级配命名为级配1、为辉绿岩的命名为级配2）：表2-3级配合成汇总表筛孔尺寸26.519.013.29.54.752.361.180.60.30.150.075级配110093.975.560.536.525.519.112.28.57.04.4级配210092.174.659.536.525.916.59.37.06.25.1级配合成图如下：SUP-20合成级配曲线图0.0750.150.30.61.182.364.759.513.219.026.50102030405060708090100筛孔尺寸（mm)通过百分率（%）最大理论密度线级配1级配2根据superpave的设计方法，计算出两种级配的初始沥青用量，然后用初始沥青用量成型试件，根据实验结果计算混合料相对应的体积性指标。估算沥青用量汇总表如下：表2-4沥青用量估算汇总表试验级配GsaGsbGseVbaVbeWsPbi级配12.7122.6722.7040.0100.0902.3114.29级配22.7222.6812.7140.0110.0902.3194.28为此我们采用4.3%的沥青用量成型试件，其试验结果出乎我们意料：级配2的孔隙率远远大于级配1的孔隙率（superpave设计孔隙率通常取4%）。试验结果汇总如下表2-4体积性指标实验结果汇总表级配设计压实次数时矿粉/有效沥青比例初始压实度压实度（%）孔隙率（%）VMA（%）VFA（%）级配196.103.9013.2570.51.1685.51级配295.005.0014.1564.71.3283.21孔隙率=100-压实度从上表我们可以看出级配1的孔隙率是比较接近我们设计的孔隙率，远远小于级配2的孔隙率，说明在级配基本相同的情况下。采用相同的沥青用量，石灰岩石屑的混合料的孔隙率更容易满足设计要求。三试验分析是什么原因而导致了这种现象的产生呢？从常理来分析，不外乎有两种情况才会导致这种现象的发生：1混合料的级配：2不同性质的细集料。（一）级配分析从我们长期的施工经验来看，级配的差异不会导致这样大的差别。我们知道，规范要求与标准级配的误差：0.075mm的±2、≤2.36的±5、4.75的±6,假如我们将级配1做为我们的标准级配，级配2为我们的生产级配，二者的误差都在规范范围内，那么二者的孔隙率差值应该在±1%以内，是不会超过2%的。（二）棱角性分析1对棱角性的孔隙率试验方法分析我们从表2-2.1和表2-2.2看，辉绿岩的棱角性比石灰岩的棱角性要好，即辉绿岩振实后残余的孔隙率比石灰岩的大。故在施工中或者是在室内试验中，有辉绿岩做为细集料的混合料经压实后残余的孔隙率比石灰岩的较大。2从压实原理分析沥青混合料的压实是通过压实机具对混合料做功，使其内部颗粒重新排列而达到密实。在压实过程中，主要是克服矿料颗粒间的内摩阻力而使颗粒间的位移增加而达到密实状态。我们可以通过下列公式来说明辉绿岩与石灰岩的差别。ζ=C+tanΦζ-剪应力C-内聚力Φ-内摩擦角我们从公式来看，Φ越大则势必会导致ζ越大，那么沥青混合料压实就越困难，从前面我们对棱角性的分析知道辉绿岩的内摩擦角必然石灰岩的要大，故其剪应力也必然增大，所以对辉绿岩的混合料压实就很困难，固然就会出现(二)中的情况。综上所述：我们可以得出这样的结论：在相同的沥青用量条件下，在相同的压实条件下，用辉绿岩做细集料的沥青混合料比石灰岩做细集料的沥青混合料更不容易压实，混合料残余的孔隙率更大。四相同体积指标沥青用量的比较根据表2-4中数据的分析，我们们可以得出混合料在4%孔隙率的条件下的沥青用量，调整如下：1辉绿岩将孔隙率变成4%需要沥青用量引起的变化⊿Pb=0.4*⊿Vv=0.4*(5.0-4.0)=0.4所以用辉绿岩做细集料的混合料，要使混合料的孔隙率达到4%，其所用沥青用量必须要增加到4.7%。2石灰岩将孔隙率变成4%需要沥青用量引起的变化⊿Pb=0.4*⊿Vv=0.4*(3.9-4.0)=-0.04所以用石灰岩做细集料的混合料，要使混合料的孔隙率达到4%，其所用沥青用量可以减小到4.26%。所以要达到相同的设计孔隙率，辉绿岩做为细集料的混合料的沥青用量比石灰岩做为细集料的混合料的要高出0.44%，故增加了施工成本。五结束语本文通过对两种细集料拌制的沥青混合料的体积指标进行分析发现，由于辉绿岩的棱角性要好于石灰岩，但是碾压比较困难，而且施工成本增加。故而我们选定细集料的过程中，我们不能单方面考虑细集料的砂当量及粉尘含量，而应该综合考虑其使用性能及价值，这样才能更好的指导我们的施工。