1、填料的选择对沥青混合料路用性能的影响研究摘要：填料对于沥青混合料有着不可替代的作用，通常矿粉是用作沥青混合料合适的填料。但随着越来越多施工过程中用水泥替代矿粉作为填料，水泥也逐渐成为了沥青混合料的一种填料。本文通过同一配合比并分别用水泥及矿粉作填料的沥青混合料的标准马歇尔及浸水试验、车辙试验、冻融劈裂试验、小梁弯曲试验，对其高温性能、水稳定性能、低温性能进行了综合试验研究。试验结果表明：水泥作为填料相对于矿粉而言对沥青混合料的高温性能和水稳定性能的提高有正面作用，但其低温性能方面其表现出脆性比矿粉作填料时更为明显。 关键词：填料；水泥；矿粉；沥青混合料；路用性能 中文分类号：U418 文献标志
2、码：A 文章编号： 0.前言 随着我国道路交通建设的发展，高等级道路中沥青路面的应用越来越广泛，沥青混合料的性能质量问题也越来越值得关注，然而影响其性能的因素是多方面的。本次研究从填料的角度来分析不同填料对沥青混合料路用性能的影响，现有的公路沥青路面施工技术规范明确规定填料应采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料经磨细得到矿粉，然而在施工过程中采用水泥来代替矿粉作为填料是比较普遍的。因此，研究矿粉和水泥作为填料对沥青混合料路用性能影响的异同，有益于今后填料选择方向和施工技术的规范。本研究主要从采用矿粉和水泥的沥青混合料的高温性能、水稳定性能、低温性能等方面展开。 1.原材料 1.1 集料
3、 本实验依托于杭瑞高速公路贵州境遵义至毕节段路面工程第三合同段，实施长度为 53.468km。设计速度 80km/h 的双向四车道高速公路，路面采用沥青混凝土路面结构。上面层为设计厚度 4cm 的 AC-13C 沥青混凝土，由（1015mm，510mm）粗集料， （05mm）细集料，矿粉和沥青组成。粗集料为业主指定厂家玄武岩轧制，集料坚硬，多呈棱柱体和正方体，无风化现象。细集料为施工单位对石灰岩轧制，其粒径范围05mm, 填料原则采用矿粉，但由于中途缺货和工期原因，试用水泥替代矿粉并研究其对沥青混合料性能的影响，试验合格则填料采用水泥，反之则暂停施工。粗集料各项技术指标见表 1，经过试验测试，
4、其性能满足 JTG F40-2004公路沥青路面施工技术规范3要求。各档集料的级配如下图 1 所示。 表 1 集料主要技术指标 图 1 集料及矿粉筛分结果 1.2 沥青 该段 AC-13C 上面层沥青混合料所用沥青为 SBS 改性沥青，其性能指标检测通过 JTJ 052-2000 所示方法，结果详见表 2。 表 2SBS 改性沥青主要技术指标 由表 2 中技术指标可以得知，沥青满足规范及设计要求。 1.3 填料 试验所用矿粉为石灰岩磨制，外观无团状，加热后颜色无明显变化。通过水洗法得到图 1 的矿粉的筛分通过率。表观相对密度实测为2.717g/cm3。由于矿粉和水泥的用量都较少，为了使填料选择
5、对沥青混合料路面性能影响研究更具可比性。在本次研究中，使得配合比设计中级配设计一样，我们将水泥的通过率用矿粉级配代替，这样就能够在相同配合比的条件下，比较客观的研究两种填料对沥青混合料路面性能的影响。 2.配合比设计 2.1 试验条件及混合料级配设计 粗集料（玄武岩）预热温度 180，细集料（石灰岩）及填料预热温度 165，SBS 改性沥青预热温度 175，拌合温度 175，成型温度145。预热时间除沥青外均为 2h，SBS 改性沥青采用恒温沙浴防止沥青老化。 通过对筛分结果分析，在级配中值的基础上采用 S 曲线并做适当调整，最终确定该面层沥青混合料设计配合比为： 1015mm 碎石510mm
6、 碎石05mm 砂矿粉=26.0%24.0%48.0%2.0%。其合成级配曲线详见图 2。 图 2 AC-13 型沥青混合料级配曲线 2.2 热拌沥青混合料最佳油石比确定 按照公路工程沥青及沥青混合料试验规程 ，采用传统的马歇尔方法成型试件，根据施工经验拟定 4.5%、5.0%、5.5%、6.0%、6.5%五组油石比，通过对各组油石比沥青混合料稳定度、流值、毛体积相对密度的测定，并计算出孔隙率、矿料间隙率、沥青饱和度，最终确定该面层沥青混合料的最佳沥青用量，试验结果见表 3（本次试验填料采用矿粉，为体现填料选择差异对沥青混合料路用性能的影响，将在以下试验中，两组填料不同的试件统一采用矿粉作为填
7、料时的最佳油石比） 。 表 3 马歇尔试验各项技术指标 参照公路沥青路面施工技术规范4 (JTGF40 2004)中规定的最佳沥青用量计算方法，确定 AC-13 型沥青混合料的最佳油石比为 5.2%。 3 热拌沥青混合料路用性能 试验中，不同填料的两组试验采用了相同的合成级配以及相同的油石比。保证在不受其他条件干扰的情况下，单独对填料对沥青混合料路用性能影响的研究。 试验研究了填料采用矿粉和水泥的热沥青混合料的高温性能、水稳定性能、低温性能。 3.1 高温性能 车辙试验评价是国内评价沥青混合料高温性能的常用方法，通过试验测试混合料的动稳定度，以此作为评价指标。按照规范成型长 300mm、宽 3
8、00mm、厚 50mm 的车辙板，在常温下放置一天后，放置于温度为 60的恒温室中保温 5h，然后置于碾压实验台上开始试验。试验测试了采用不同填料下沥青混合料动稳定度，试验结果见表 4。 表 4 AC-13C 沥青混合料车辙试验结果 水泥 0.7 5438 2400 由表 4 可以看出： 级配、油石比等条件均相同的条件下，热拌沥青混合料的动稳定度与其填料的选择有莫大的关联，由本次试验研究可以得出填料选择水泥比填料选择矿粉得到沥青混合料动稳定度有较大提高。根据相关文献分析6,7，导致该现象的原因主要是水泥作为热拌沥青混合料填料提高了原矿粉作为填料的胶浆性能，从而提高了沥青混合料的高温性能。 3.
9、2 水稳定性能 在国内，通常采用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验以沥青混合料残留稳定度及残留强度来评价沥青混合料水稳定性能。本文通过这两种试验方法来对比填料不同对沥青混合料的水稳定性能的影响。按照规范采用马歇尔击实方法成型试件，双面各击实 50 次,试验结果见表 5、表 6。 表 5 AC-13C 沥青混合料残留稳定度 表 6 AC-13C 沥青混合料残留强度 由表 5、表 6 可以看出： 1）填料选择水泥对沥青混合料残留稳定度有一定的提高； 2）针对于沥青混合料残留强度，填料选择不同，对其影响较大，使用水泥作为填料明显其残留强度大于用矿粉作为填料的沥青混合料。 3.3 低温性能 采用沥青混合料弯
10、曲试验评价温拌沥青混合料低温性能，将碾压成型的车辙板切割成长 2502mm、宽 302mm、高 352mm 的棱柱体。试验跨径 2002mm，温度-100.5，加载速率 50mm/min，试验结果见表 6。 表 6 -10沥青混合料弯曲试验结果 由表 6 可以看出： 1）填料采用水泥时，沥青混合料在低温下的抗弯拉强度略大于填料采用矿粉时的强度； 2）填料使用矿粉沥青混合料低温下的最大弯拉应变明显大于采用水泥作为填料的沥青混合料，有资料表明水泥的低温抗弯拉性能较差，当用水泥作为填料由于水泥本身性能对沥青混合料的影响有多大本次研究没有继续深入。 3）通过其他学者研究表明，单一用沥青混合料在低温下的
11、抗弯拉强度或者临界弯拉应变来评判其低温性能有很大的片面性，更多倾向于一种单位体积破坏能的指标来评价沥青混合料的低温性能。本文就这一观点未深入探索，所以并不能说明水泥和矿粉作为填料时对沥青混合料低温性能影响差异，但从数据得出，水泥作为填料时沥青混合料低温情况下脆性比矿粉作填料更明显。 4 结论与建议 4.1 结论 通过本次研究发现填料选择不同对沥青混合料的路用性能有明显影响，本次研究对象为矿粉和水泥，试验结果表明： 1）水泥作为填料对沥青混合料的高温性能和水稳定性能的提高有正面作用； 2）针对沥青混合料的低温性能，矿粉作为填料对沥青混合料的弯拉应变有明显提升，而水泥作为填料时，沥青混合料表现出脆
12、性比矿粉作填料更明显一点； 3)通过本次探索填料对沥青混合料路用性能的影响，表明在我国南方地区用水泥作为沥青混合料填料优越于使用矿粉作为填料。 4.2 建议 本文中主要就目前主要使用矿粉和水泥两种填料的选择不同对沥青混合料路用性能影响进行了室内试验研究，缺乏更多针对其他填料对沥青混合料路用性能的影响研究，在后续的研究中，可加入粉煤灰等材料作为填料针对填料选择不同对沥青混合料路用性能影响做进一步的深入研究。 参考文献： 1 刘望坤，魏建明，蒋梦龙. 不同细集料对沥青混合料抗车辙性能的 影响研究J. 2JTG F40-2004 公路沥青路面施工技术规范S.北京:人民交通出版社,2004. 3JTJ 052-2000 公路工程沥青及沥青混合料试验规程S.北京:人民交通出版社,2000. 4魏安清.水泥填料对沥青混凝土的路用性能研究J.山西交通科技,2006.6. 5王科.基于常规试验沥青混合料高低温性能评价指标研究J.长安大学,2011. 6申爱琴，蒋庆华.沥青混合料低温抗裂性能评价及影响因素J.长安大学学报(自然科学版),2004.9
