破碎卵石沥青混凝土在新疆地区的应用研究.pdf

第 3 8卷 ， 第 4期 2 0 1 3 年 8 月 公 路 工 程 Hi g hwa y En g i n e e r i n g Vo 1 3 8，No 4 Au g， 20 1 3 破碎卵石沥青混凝土在新疆地 区的应用研究 张海伟 ，郝培文，梁建军 ( 长安大学 公路学院 ， 陕西 西安7 1 0 0 6 4 ) 摘 要 以新疆 $ 3 0 1线托乌公路 T w 一1 标工程为依托 ， 将破 碎卵石应用 于沥青路面面层 ， 分析 了破碎卵石 在沥青路面中的适用性。上面层选用 A C一1 3 C型混合料 ， 下面层选用 A C一1 6 C型混合料 ， 分别对其进行配合 比设 计 及路 用性能验 证。试验 结果表 明在新疆 大部 分地区将破 碎卵石进 行抗剥 落处理 后作为 沥青混合料 的集料 是完 全 可行 的。另外 破碎 卵石应用于沥青路 面面层 具有较高的社 会 、 经济效益 。 关键词 】破碎卵石 ；沥青混合料 ；路用性能 ；效益分析 中图分类号 】U 4 1 4 1 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 4 0 6 1 0 ( 2 0 1 3 ) O 4 一 O l 8 3 一 O 4 Re s e a r c h o n Ap pl i c a t i o n o f Br o k e n Co b b l e i n As p h a l t P a v e me n t i n Xi n J i a n g Re g i 0 n Z HANG Ha i w e i ， HAO P e i w e n，L I AN G J i a n j a n ( C o l l e g e o f H i g h w a y ， C h a n g a n U n i v e r s i t y ， X i a n ，S h a n x i 7 1 0 0 6 4， C h i n a ) A b s t r a c t T h i s p a p e r i s b a s e d o n t h e T W一 1 s t a n d a r d o f t h e$ 3 0 1 l i n e T u o w u h i g h w a y i n X i n j i a n g ， wh e r e t h e b r o k e n c o b b l e wi l l b e u s e d i n t h e s u rfa c e o f t h e a s p h a l t p a v e me n t t o e x p l o r e t h e a pp l i c a b i l i t y o f t h e br o k e n c o b b l e i n t h e a s p h a l t p a v e me n t Th e t o p l a y e r s e l e c t s AC- 1 3 C a n d t h e b e l o w l a y e r s e l e c t s AC 1 6 C，t h e n t h e mi x t u r e d e s i g n a nd t he p a v e me n t p r o p e r t i e s wi l l b e t e x t e dTh e t e x t r e s u l t s s h o w t h a t t h e b r o k e n c o b b l e a s a g g r e g a t e i n t h e a s p h a l t mi x t u r e mi x e d wi t h a n t i s t r i p p i n g a g e n t i s e n t i r e l y f e a s i bl e i n mo s t p a r t s o f Xi n j i a n g I n a d d i t i o n，b r o k e n c o b b l e u s e d i n a s p h a l t p a v e me n t s u a c e h a s a h i g h e r s o c i a l a n d e c o n o mi e a l be n e fit s Ke y w o r d s b r o k e n c o b b l e ； a s p h a l t m i x t u r e ；p a v e me n t p e r f o r m a n c e ； b e n e f i t a n a l y s i s 1 概 述 随 着 我 国公 路 交通 建 设 不 断 向纵 深发 展 ， 沥 青 路面对原材料的需求量尤其对集料的需求仍然是巨 大的。由于石料是不可再生资源 ， 并且 沥青路面常 用 的石 料为石 灰 岩 和玄 武 岩 等 优 质 石 料 ， 这 就造 成 了传统石料的过渡开采 日益匮乏 ， 石料产地环境破 坏严重 ， 公路建设成本高涨 ， 运输人员和车辆存在较 大安 全风 险等 不 良影 响 。然 而 在 我 国 很 多 地 区 广泛分布着一些非传统石料如 卵石 ， 公路建设 中如 果 能就地 取材 利用 当地 卵 石进 行 破碎 作为 沥青 面层 的集 料无 疑具 有 很 大 的 社会 、 经 济 效 益 。但 是 由于 破碎 卵 石属 于酸性 石 料 且 表 面 存 在 光 滑 面 ， 以破 碎 卵石作为集料的沥青混合料 的水稳定性难以达到使 用要求 ， 所以实际工程中破碎 卵石在沥青面层 中的 应用较少 。本文以新疆 $ 3 0 1线托乌公路 T w一 1 标工程为依托通过相关的室内试验分析了破碎卵石 作为沥青混合料集料的可能性及其优越性 。 2 工 程 概 况 该 工程 所建 道路 为 二级 公 路 ， 标段 全 长 1 8 6 7 2 k m ， 按 自然区划划分工程处于4区 一天山 一界山 地 区。区内气候属典型大陆性干旱气候 ， 年最高气 温为 4 2 8 ， 最低气温为 一2 3 5， 年均降雨量为 8 8 mm， 但 在阿拉沟流域年均降雨量可 达到 4 4 8 mm。道路沿线路基土主要是砂砾土， 新建路 基回弹 模 量可 达 到 7 0 MP a 。托 克 逊 一阿乐 惠 段 路 面 结 构 采 用 4 c m A C 一 1 3 C上 面层 、 5 e m A C一 1 6 C下 面层 、 1 c m下封层、 3 2 c m水泥稳定砂砾基层 、 2 0 c m级配 砂砾底基层的组合形式 ， 阿乐 惠 一乌拉斯 台段路面 收稿 日期 】2 0 l 2 一l 1 2 8 作者简介 】张海伟 ( 1 9 8 9 一)， 男 ， 河南汤阴人 ， 博士 ， 主要从事公 路路 面结构 与材料设计研究 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m l 8 4 公路工程 3 8卷 结构采用 5 c m A C一1 6 C面层、 1 c m下封层、 3 2 e m 水泥稳定砂砾基层、 2 0 e n l 级配砂砾底基层 的组 合 形式 。 3 原材料 3 1 沥青 沥青采用新疆克拉玛依石油公 司生产 的 7 0号 沥青 ， 考虑到破碎卵石本身属于酸性石料， 为使沥青 与集料之间粘附性达 到规范要求， 在沥青 中加入 了 3 o 的抗剥落剂。抗剥落剂为重庆海木生产 的 A MR 非胺类抗剥落剂 ， 呈褐色黏稠液体 状， 低气 味。7 0 号基质沥青的测定结果见表 1 。 3 2 集料 试验集料采用新疆 当地龙祥石料厂生产的破碎 卵石 ， 矿粉为石灰岩磨制 的石粉。集料与矿粉 的相 关性质测定结果及规范要求见表 2表 4 。 表 1 沥青试验结果 Ta b l e 1 Te s t r e s u l t s o f As p h l t 表 2粗集料试验结果 Ta b l e 2 Te s t r e s u l t s o f c o a r s e a g g r e g a t e 从集料试验可知破碎卵石质地坚硬、 抗压耐磨 ， 加入抗剥落剂后粘附性也能达到规范要求。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4期 张海伟 ， 等 ： 破碎卵石沥青 混凝 土在新疆地 区的应用研究 l 8 5 4 混合料配合 比设计及路用性 能检 验 4 1混合料 配合 比设计 该项 目所处 区域按沥青路面气候分区属于 1 2 4区 ， 受高温影响严重易产生车辙病害， 上 面层 采用 A C 一 1 3 C混合料， 下面层采用 A C 一 1 6 C混合料。 参照 公路沥青路面施工规范 ( J T G F 4 0 - 2 0 0 4 ) 中规 定的级配范 围及关键筛孑 L 的通过率 设 计得到矿 质混合料级配见表 5及图 1 、 图 2 。 矿质混合料级配确定后 ， 按照马歇尔试 验方法 确定最佳油石比。两种混合料最佳油量的马歇尔试 验结果 如表 6所 示 。 表 5 沥青 混合料 矿料 级配 Ta b l e 5 Gr a d a t i o n o f mi n e r a l a g g r e g a t e f o r AC 1 6C a n d AC- 1 3 C 1 0 0 90 80 7 0 6 0 萎5 0 暇4 0 3 0 2 O 1 0 0 l 9 l 6 l 3 2 9 5 4 7 5 2 3 6 1 1 8 0 6 0 3 0 I 5o 0 7 5 筛 L 尺 寸 mm 图 1 A C一 1 6 C级 配合成图 Fi g u r e 1 Gr a da t i o n o f mi n e r a l a g g r e g a t e for AC一 1 3C l O 0 90 8O 7 0 6 0 篓 5 0 昭 4 0 30 2 0 l 0 0 l 6 l 3 2 9 5 4 7 5 2 3 6 1 1 8 0 6 0 3 0 1 5 0 0 7 5 筛 L 尺 寸 m m 图 2 AC一 1 3 C级配合成图 Fi g ur e 2 Gr a da t i o n o f mi ne r a l a g g r e g a t e for AC一 1 6C 表 6 沥青混合料最佳 油量马歇尔试验 结果 Ta b l e 6 Ma r s h a l l t e s t r e s u l t s o f a s p h a l t mi x t u r e i n o pt i n a l a s p h a l t c o nt e n t 4 2混合料 路 用性 能检 验 4 2 1 高温 性能 检验 沥 青路 面 中与 高温性 能 紧密 相关 的 主要病 害形 式 为车 辙 ， 车辙 的存 在不 仅会 影 响路 面的平 整 度 ， 降 低 路面 的使 用性 能 ， 危及 行 车安全 ， 还 会削 弱路 面结 构的整体强度 ， 缩短沥青路面的使用寿命。沥青混 合料高温稳定性一般用动稳定度来评价 ， 混合料 高 温性 能试 验结 果 如表 7所示 。 表 7 沥青 混合料高温性能试验结果 Ta b l e 7 r e s u l t s o f a s p ha l t mi x t u r e hi g h t e mp e r a t u r e p e r f o r m anee t est 从车辙试验结果结合规范要求可知 2种混合料 的高 温性 能不 仅能 满 足 规 范对 该 工 程 要 求 ， 同时 可 以满足各种气候分区条件下对其高温性能的要求。 4 2 2水 稳性 能检 验 水损 害是沥青路面的主要病害之一 ， 目前常见 的水损害现象有松散、 坑洞以及唧浆， 这些病害会严 重降低路面的使用性能和整体强度。沥青路面发生 水损害除 了与水和荷载等外在因素有关外 ， 主要取 决于沥青 混合 料的水稳定性 。我 国规 范把 马歇 尔残 留稳定度和冻融劈裂强度比作为沥青混合料水 稳定性的评价指标。本文对所设计沥青混合料进行 水稳 性能 检验 ， 结果 如表 8所 示 。 从试验结果可知：添加 了抗剥落剂 的沥青混合 料的水稳定性满足新疆 大部分地 区( 干旱区) 路 面 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 8 6 公路工程 3 8卷 的使用要求。破碎卵石属于酸性石料， 与沥青 的粘 附性很差容易在外界水分的作用下造成沥青膜的剥 落， 这决定了其作为集料难 以满足混合料水稳定性 的要求 ， 也是破碎卵石作 为沥青混合料集料最 大的 问题 。通过在沥青 中加入抗剥落剂， 改善了沥青与 集料的粘附性 ， 从而使沥青混合料的水稳定性达到 了工程要求。另外从降雨量的角度划分新疆地区大 部分属干旱区和半干旱区 ， 从实验结果看 ， 两种混合 料的水稳性能基本可以满足全疆地区的要求。 4 2 3 低 温性 能检验 沥青路面低温性能不 良是产生低温收缩裂缝的 主要原因。这一病害一方面破坏了路面 的连续性、 整 体性及 美观 ， 另 一方 面会 导 致 水 分进 入路 面 结 构 层使得基层甚至路基软化 ， 直接降低路面承载力 ， 加 速路面的破坏 。为检验沥青混合料的低温性能， 按照 公路工程沥青及沥青混合料试验规程 ( J T G E 2 02 0 1 1 ) 中弯曲试验方法的规定 ， 测定棱柱体小 梁破坏时的抗弯拉强度及 破坏应变 。试 验结果 见 表 9 。 表 9 沥青混合料低温 ( 一l O ) 性能试验 结果 T a b l e 9 r e s u h s o f a s p h a l t mi x t u r e l o w t e mp e r a t u r e (一1 0 ) p e r f o r ma nc e t e s t 由试 验结 果 可知 ： 2种 类 型 的混 合 料低 温 性 能 均 能满 足项 目所处 冬 寒 区的 使 用 要求 ， 甚 至可 以满 足冬严寒区的使用要求 ， 这表 明两种混合料的低温 性能能够适应于各种气候分 区。 5 效益分析 新疆 $ 3 0 1线托乌公路 T w l标工程通过戈壁 滩 ， 沿线分布着丰富的卵石资源。对 当地卵石进行 破碎作为沥青混凝土路面 的集料 ， 可 以合理利用资 源 、 减少对山体的开采 ， 从而降低对生态环境的破坏 程 度 ， 具 有 良好 的社会 效益 。通 过对 现场 调查 发现 ， 如果采用其他碎石需要从较远 的石料厂进料 ， 最近 的石料厂的平均运距也达到 了 1 1 0 k m， 且石料开采 成本也高于卵石。就地取材使用破碎卵石不仅购买 的石料成本低而且大大降低了运输成本。具体 比较 见 表 1 0 。 表 1 O集料费用对 比 Ta b l e 1 0 c o nt t o n t h e c o s t o f di f f e r e n t a g g r e g a t e 从表 中可以看出在该项 目使用破碎卵石每方石 料至少可以节省 6 2元， 经济效益显著。另外 ， 使用 当地破碎卵石可以简化原材料的生产工艺 ， 加快备 料速度 ， 降低 石料供应 对工程进程 的制约 ， 能显 著增加施工的便利性。 6 结 论 破碎卵石虽然与基质沥青的粘附性较差 ， 但 抗压耐磨 、 强度 高， 各项指标均 能满 足工 程使用要 求 。 在沥青中加入抗剥落剂， 以破碎卵石作为集 料进行配合比设计的混合料其各项路用性能均能满 足项 目要求， 且基本可以满足全疆地区的使用要求。 将破碎卵石应用于沥青路面具有 良好 的社 会效 益 和经济 效益 ， 值得 推广应 用 。 参考文献 1 王月峰 ， 王传 沛多孔安 山岩沥青 混合料组 成设 计方法 研究 J 中外公路 ， 2 0 1 2 ( 4 ) ： 2 6 7 2 7 0 2 张伟 破碎卵石在沥青路面 中的应用研究 D 武汉 ： 武汉 理工大学 ， 2 0 1 2 3 J T G D 5 0 2 0 0 6 ， 公路沥青路面设计规范 S 4 J T G F 4 0 2 0 0 4 ， 公路沥青路面施工技 术规范 S 5 敖 盛 天然 沥青改性沥青混 合料路 用性能研究 J 公路工 程 ， 2 O 1 0 ( 3 ) ： 1 5 91 6 6 6 彭红卫 ， 谷莉 ， 等D o m i x 改性 沥青 及混 合料 的路用性 能研 究 J 公路工程 ， 2 O l 0 ( 4) ： 8 48 8 7 郝 培 文 沥 青 与沥青 混合 料 M 北 京 ： 人 民 交通 出 版社 ， 2 0 0 9 8 J T G E 2 0 2 0 1 1 ， 公路工程 沥青及沥青混合料试验规程 S 9 曹志伟 破碎卵石混凝土在农 村公路路面工程中的应用 J 山西建 筑， 2 0 1 0 ( 3 5 ) ： 2 5 8 2 5 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m