二次整形对集料及沥青混合料性能的影响研究.pdf

1、2023年10 月石油沥青PETROLEUM ASPHALT第37 卷第5期二次整形对集料及沥青混合料性能的影响研究辛懿韬，岳志强，赵字成，董昭，柳久伟，徐书东（1.内蒙古高等级公路建设开发有限责任公司第三公路建设管理分公司，呼和浩特0 10 0 51；2.山东省交通科学研究院，济南2 50 0 31）摘要：研究了同一玄武岩宕口不同破碎工艺生产的玄武岩集料特性及对沥青混合料性能影响。选取有代表性的10 2 0 mm玄武岩粗集料测试评价其针片状、压碎值等物理力学指标，采用三种合成级配曲线拌制沥青混合料评价其压实特性、高温稳定性等路用性能变化规律，通过研究不同加工破碎工艺对原材料物理指标与沥青混合

2、料路用性能指标影响规律，以期为合理选择玄武岩石料破碎设备及确定加工工艺提供有益借鉴。关键词：破碎工艺玄武岩集料沥青混合料物理指标路用性能玄武岩粗集料作为主骨料广泛应用于沥青混合料路面结构中，玄武岩质地坚硬密度较大压碎值小，表面构造粗糙磨光值较大，物理指标均优于现行沥青路面施工技术规范要求，作为主骨料广泛应用于SMA与AC类沥青混合料!。优质的玄武岩粗集料不仅要求料源属性满足要求，而且加工特性对其本身物理指标有较大影响，由此导致沥青混合料路用性能发生较大变异 2 。本文依托碎石场两种不同加工破碎工艺处理的玄武岩10 2 0 mm粗集料物理指标检测，评价加工工艺对集料物理指标结果影响，进一步通过对

3、比沥青混合料旋转压实特性与路用性能指标研究，评价加工工艺对沥青混合料的性能影响，以期为公路工程用玄武岩破碎加工机械及工艺选择提供有益借鉴。1破碎工艺1.1破碎筛分设备料源地位于内蒙古乌兰察布市，料场配备给料机ZSW500*130、拉土筛2 YK1854用于输送毛石并过滤掉泥土等杂质，配备颚式破碎机PE900*1200、圆锥破碎机VSC-60、整形破碎机VB9 0 0 用于毛石的破碎与整形，配备2YK3080振动筛用于石料破碎后的分档，料场配备的给料机、拉土筛、多型号破碎机与筛分设备都有多套，设备组装形式多样能够满足多条生产线不同生产工艺要求。1.2石破碎筛分工艺石料加工厂为满足客户不同使用需求

4、，石料加工时按照不同规格、不同棱角性与不同洁净程度分别有不同的加工生成流程。高速公路主线一般采用经过整形加工的三级破碎工艺，辅道一般采用二级破碎工艺石料未经整形，石料典型加工工艺如下所示：（1）三级破碎加工工艺流程：首先，毛石经过给料机送人颚式破碎机这也就是所说的石料头破；其次，头破出来的料经过拉土筛进入圆锥破碎机这也就是所说的二破，经过拉土筛过滤掉泥土等细粉料；再次，二破出来的料进入振动筛超粒径石料重回二破破碎机，筛下料全部进入整形机这就是所说的三破；最后，三破出来的料全部过振动筛进行分档，一般按照高速公路原材料特性分为 0 3 mm、3 5 m m、5 10 m m、10 20 mm 四挡

5、。（2）二级破碎加工工艺流程：首先，毛石经过给料机送入颚式破碎机这也就是所说的石料头破；其次，头破出来的料经过拉土筛进入圆锥收稿日期：2 0 2 3-0 4-11。作者简介：辛懿韬，男，内蒙古大学土木工程专业毕业，研究方向：公路施工管理。通信作者：柳久伟（198 9一），男，工程师，研究方向：道路工程。第5期破碎机这也就是所说的二破，经过拉土筛过滤掉泥土等细粉料；最后，二破出来的料全部过振动筛进行分档，不再经过整形破碎这一工艺。三级破碎之后的玄武岩石料粒径较规整洁净但破碎筛分产量较低，二级破碎的玄武岩石料棱角性较强但破碎筛分产量较高。2玄武岩集料性能对比研究本研究采用碎石场三破整形之后的10

6、2 0mm玄武岩与二破未整形之后的10 2 0 mm玄武岩，进行集料物理力学性能对比评价研究。2.1棱角性棱角性作为评价石料加工特性的重要指标，通常采用针片状颗粒含量指标来表征。规范 3对针片状颗粒含量描述为采用游标卡尺测量的粗集料颗粒最大长度（或宽度）方向与最小厚度（或直径）方向的尺寸之比大于3倍的颗粒。本研究分别采用最大长度与最小厚度之比大于2倍、3倍、4倍的数据评价棱角性变化规律，试验结果如图1所示。858595830505053.2%上28.619.0y-7.5312x+32.913R=0.930412图1针片状颗粒含量变化曲线两档集料针片状颗粒含量随着长厚比值的增加而降低，具有较强的

7、线性相关性。长厚比为2倍、3倍、4倍测量条件下针片状颗粒含量未整形玄武岩集料是整形集料的2.8 倍、3.5倍与4.1倍，随着长厚比增大测量的针片状颗粒含量降低但是两挡料针片状比值在增大。整形之后的集料接近于立方体，粒型比较均匀，未整形集料扁平状颗粒含量较多，粒型不规整长厚比尺寸跨度较大。2.2间隙率按照规范 3 方法进行了两档集料松散状态间隙率与捣实状态间隙率测试，试验结果如图2。辛懿韬等。二次整形对集料及沥青混合料性能的影响研究47.64540%/率潮间35302520151050图2 间隙率对比评价结果未整形集料间隙率较整形集料均较大，松散间隙率增加5.3%，骨架间隙率增加8.1%，由于未

8、整形集料棱角性较大堆积状态下骨料嵌挤不密实导致间隙率增大，但是间隙率增加值没有显著性偏高，说明棱角性对间隙率影响有限。2.3压碎值两档集料分别按照规范 3 要求的标准压碎值试验方法进行试验，增加高温压碎值试验模拟集料在高温拌和条件下承受荷载抵抗破碎的能力，样品准备与测试试验方法与规范要求试验方一未整形法相同，试验前需要将集料与试模一起放入19 0整形烘箱保温不少于2 h，试验结果如图3所示。y=-18.525x+88.02714.6R=0.958515416.2%/划107.94.034比值95045.2松散间隙率整型未整形12.29.98.3550两档集料高温压碎值较常温压碎值均有显著性增加

9、，未整形集料压碎值较整形集料均有显著性增大，未整形集料常温压碎值较整形集料均增加47%，未整形集料高温压碎值较整形集料均增加47.5%，未整形集料高温压碎值较常温压碎值增加19.7%，整形集料高温压碎值较常温压碎值增加19.3%，集料高温加热之后压碎值增加幅度相当，沥青混合料碾压工艺需要充分考虑集料高温加热之后压碎值增大对混合料性能影响。整型型未整形41.538.4骨架间隙率高温压碎值低温压碎值图3压碎值评价结果102.4磨耗值粗集料的洛杉矶磨耗损失是表征集料性能的重要指标，它与沥青混合料的抗车辙能力、耐磨性、耐久性密切相关，按照规范 31方法进行了两档集料洛杉矶磨耗测试，测试结果如图4所示。

10、14.013.5%13.01.511.010.510.0未整形玄武岩集料较整形集料磨耗值增加19.8%，具有显著性差异。由于未整形集料棱角性较强，集料与铁球相互碰撞过程中棱角被磨平断裂，未整形集料物理指标不稳定变异性较大。3沥青混合料性能对比研究本研究采用碎石场三破整形之后的10 2 0mm玄武岩与二破未整形之后的10 2 0 mm玄武岩，分别采用两种粗集料参与级配设计进行沥青混合料压实特性与路用性能对比研究。3.1胶结料与填料混合料试验沥青统一采用SBS（I-C）改性沥青，依据规程 3 仅进行三大指标检测，检测结果见表1。表1沥青检测结果检测项目技术指标检测结果试验方法针人度(2 5)/(1

11、0-1mm)60 80软化点/555延度/cm30填料采用的矿粉由石灰岩磨细得到，依据规范 4 进行了检测，各项技术指标如表2 所示。3.2基准配合比确定基准配合比设计过程中结合工程经验与项目实际铺筑效果，确定采用油石比4.6%进行后续性能验证，选取三种合成级配，第一种按照工程常用AC-20级配曲线合成整形集料级配曲线即石油沥青整形级配，第二种未整形集料直接替换整形机料即未整形级配1，第三种未整形集料参与合成级配混合料孔隙率与整形级配相当即未整形级配2。三种矿料合成级配曲线如图5所示。表2 矿粉检测结果项目技术要求13.9视密度/(tm-3)含水量/%粒度范围/%0.6 mm11.60.15

12、mm0.075 mm外观亲水系数未整形整形图4磨耗值评价结果6980382023年第37 卷实测指标+2.502.66310.21001009010010075 10096.5无团粒结块无团粒结块10.8塑性指数/%4加热安定性实测记录100.090.080.0%/率70.060.050.040.030.020.010.00.0未整形10 2 0 mm玄武岩级配较粗造成合成级配曲线9.5mm以上筛孔较整形级配通过率降低，由于未整形集料棱角性较强采用马歇尔击实获得相同孔隙率需要将10 2 0 mm集料降低增加细集料掺量，未整形合成级配2 曲线整体T06049.5mm以下通过率偏高。T06063.

13、3旋转压实孔隙率对比T0605参考superpave沥青混合料设计方法采用旋转压实仪对三种级配混合料进行测试，旋转压实仪压力6 0 0 kPa，压实内旋角1.16 0.0 2，压实速率30 rad/min，试模直径为150 mm，旋转压实10 0 次，高度控制115mm2.5mm。旋转压实三种级配孔隙率实验结果如图6 所示。采用相同压实工艺的三种级配混合料表现出不同的孔隙率变化，整形级配与未整形级配1原3.6无明显颜色变化整形级配一未整形级配1未整形级配2 一级配上限一级配下限L54筛孔尺寸/mm图5合成级配曲线第5期材料比例完全相同但空隙率相差1.6%，10 2 0mm集料棱角性对混合料体积

14、指标影响巨大。未整形级配2 通过调整级配曲线也能够达到理想体积指标，但是由于细集料掺配较多试件表面过于密实表面构造很小。67543.7210图6 旋转压实孔隙率比对结果3.4旋转压实高度变化对比将旋转压实成型试件过程中压实次数与试件高度变化数据导出整理，分析三种级配压实特性，试验结果如图7 所示。150146142138134130126122118114110图7 压实次数与试件高度变化曲线三种级配旋转压实曲线有明显的差异，整形级配旋转压实曲线试件随压实次数增加高度降低较平滑，旋转压实7 0 次之后高度变化不明显。未整形级配1试件高度随压实次数增加变化较缓慢，旋转压实6 0 次之后高度变化不

15、明显，混合料较难压实。未整形级配2 旋转压实前期高度变化较明显，旋转压实8 0 次之后高度变化不明显。3.5水稳定性对比冻融劈裂强度比作为评价沥青混合料水稳定性优劣常用指标，水稳定性作为沥青混合料耐久性关键指标，水稳定性不足诱发路面服役过程中早期水损害等病害发生，按照规范 5 进行试验，评定结果如图8 所示。辛懿韬等二次整形对集料及沥青混合料性能的影响研究5.33.8整形级配未整形级配1未整形级配2未整形级配1+未整形级配2+整形级配1020304050600708090100压实次数119390.590%整形级配未整形级配1未整形级配2图8 冻融劈裂强度比三种级配冻融劈裂强度比相差较明显，未

16、整形级配1较整形级配冻融劈裂强度比降低12.9%，由于未整形级配1孔隙率较大水更容易进人结构内部引起冻胀破坏。未整形级配2 较整形级配冻融劈裂强度比降低9.2%，二种级配混合料孔隙率相当但是未整形级配2 细集料掺量较大导致沥青胶浆粘附性降低，抵抗水冻融破坏能力降低。3.6高高温稳定性对比本文采用规范 3 要求的6 0 车辙试验方法评价混合料的高温稳定性，按照旋转压实得到的混合料毛体积相对密度计算车辙板装料质量，试件尺寸30 0 mm300mm50mm，轮压0.7MPa，往返碾压速度为42 次/min1次/min。试验结果如图9所示。1000080006000400020000整形级配未整形级配

17、1未整形级配2图96 0 动稳定度试验结果三种级配沥青混合料动稳定度试验结果有较大差异，未整形级配1由于具有较强的骨架嵌挤结构动稳定度数值最大，整形级配也具有较强的骨架结构动稳定度达到较理想水平，未整形级配2骨架嵌挤结构处于其它二种级配结构之间，动稳定度试验结果与骨架嵌挤结构相吻合。混合料级配的骨架嵌挤结构对沥青混合料高温稳定性影响较大，适当增加粗集料棱角性能够提升混合料82.278.886064220540012级配嵌挤能力提高混合料高温稳定性。4结语（1）玄武岩母料经过三级破碎筛分工艺能够获得物理力学指标优良适宜沥青混合料用的集料，经过二级破碎工艺未经整形的玄武岩粗集料棱角性较强针片状含量

18、较高，物理力学指标衰减较严重。（2）经过整形的玄武岩粗集料能够形成合理的矿料骨架结构，较未整形级配1空隙率降低1.6%，10 2 0 m m 集料棱角性对混合料体积指标具有显著性影响。未整形级配1动稳定度是整形级配的1倍以上，整形集料沥青混合料较易压实但混合料高温稳定性降低效果明显，未整形级配1较整形级配冻融劈裂强度比降低12.9%，鉴于集料加工特性对沥青混合料性能影响规律工程项目采用未整形集料生产沥青混合料时现场施工需要加强压实提高混合料密实度。（3）料源属性决定了集料吸水率与密度等关键物理指标，料源加工特性决定了集料针片状、压碎值等关键物理力学指标。未整形玄武岩Study on the I

19、nfluence of Processing Characteristics ofAggregate Sources on the Performance ofAggregate and Asphalt MixtureXIN Yitao,YUE Zhiqiang,ZHAO Yucheng,DONG Zhao,LIU Jiuwei?,XU Shudong?(1.The Third Highway Construction Management Branch of Inner Mongolia High Grade HighwayConstruction and Development Co.,L

20、td.,Huhehaote,010051;2.Shandong Transportation Institute,Jinan,250031)Abstract:This paper mainly studies the characteristics of basalt aggregate produced by different crushingprocesses at the same basalt outlet.The research team selects the representative 10-20mm basalt coarse ag-gregate to test and

21、 evaluate its physical and mechanical indexes such as needle shape and crushing value,anduses three synthetic grading curves to mix asphalt mixture to evaluate its compaction characteristics,high tem-perature stability and other road performance changes,By studying the influence of different process

22、ing andcrushing processes on the physical indexes of raw materials and the pavement performance indexes of asphaltmixture,it is expected to provide reference for the rational selection of basalt stone crushing equipment and thedetermination of processing technology.Keywords:crushing technology;basal

23、t aggregate;asphalt mixture;physical index;road performance石油沥青集料与整形集料对比，针片状长厚比为2 倍、3倍、4倍测量条件下分别增加2.8 倍、3.5倍与4.1倍，松散间隙率增加5.3%，骨架间隙率增加8.1%，常温压碎值增加47%，高温压碎值增加47.5%，磨耗值增加19.8%，鉴于原材料物理力学指标变异特性生产优质的沥青混合料用玄武岩集料需要综合考虑料源属性与加工特性。参考文献1刘振清，杨永顺，刘清泉，等。沥青路面粗集料棱角性表征方法及技术标准J】：中国公路学报。2010,23(4):8-14.2王凤，肖月，崔培德，等。集料形态特征对沥青混合料性能影响规律的研究进展J】：材料导报。2022,36(17):1-13.3】JT G E2 0 2 0 11，公路工程沥青及沥青混合料试验工程S：北京：人民交通出版社，2 0 11.4JT G E42 2 0 0 5，公路工程集料试验规程S北京：人民交通出版社，2 0 0 5.5JT G F40 2 0 0 4，公路沥青路面施工技术规范S北京：人民交通出版社，2 0 0 4.2023年第37 卷