不同产地公路用砂颗粒级配与含泥量对沥青混合料路用性能的影响研究

一、引言

我国公路建设快速发展，沥青混合料因行车舒适性好、施工便捷，广泛应用于路面工程。公路用砂占沥青混合料集料总质量的 20%-30% ，其性能直接影响混合料结构与路用性能。我国地域辽阔，不同产地砂料因地质成因、开采工艺差异，颗粒级配、含泥量等指标差异明显：颗粒级配决定混合料骨架结构与密实度，含泥量则影响砂与沥青的黏结界面。目前相关研究多聚焦粗集料或单一指标，针对砂料颗粒级配与含泥量协同影响的系统研究不足。本文通过试验揭示二者对混合料性能的影响机制，为工程实践提供参考。

二、试验材料与方法

2.1 公路用砂样品采集

选取河北（S1）、山东（S2）、河南（S3）、湖北（S4）4 个产地砂样，均来自正规厂家，按《公路工程集料试验规程》（JTG E42-2005）采集，每个产地 3 份平行样品，每份≥5kg。

2.2 砂样基本性能测试

颗粒级配：采用筛分法 标准筛），烘干砂样后筛分，计算通过百分率，依据《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）判断级配类型。

含泥量：水洗法，称取 500g 烘干砂样，浸泡 24h 后过 0.075mm 筛，冲洗至滤液清澈，烘干筛余物后计算含泥量（平行测试 3 次取均值）。

2.3 混合料配合比设计

原材料：70# 道路石油沥青（针入度 68×0.1mm ，软化点 47^∘C ，延度 120cm ）；玄武岩粗集料（ 5mm-26.5mm ，表观相对密度 2.78g/cm³ ，压碎值 18% ）；石灰岩矿粉（表观相对密度 2.75g/cm³ ，亲水系数 0.8）。

配合比：以 AC-13 型混合料为对象，固定粗集料 65% 、矿粉 5% 、砂料 30% ，马歇尔设计法确定最佳沥青用量（OAC）： S1=4.8% ， S2=4.6% ， S3=5.0% ， S4‰

2.4 混合料路用性能测试

高温稳定性：车辙试验（ 60^∘C ， 0.7MPa ），测动稳定度（DS）。

低温抗裂性：低温弯曲试验 (-10^∘C ，加载速度 50mm/min ），测最大弯拉应变。

水稳定性：冻融劈裂试验，计算冻融劈裂强度比（TSR）。

耐久性：肯塔堡飞散试验，计算飞散损失率。

三、试验结果与分析

3.1 砂样颗粒级配与含泥量差异

3.1.1 颗粒级配

由表 1 可知，S1 各筛孔通过百分率均符合规范，为连续级配；S2 在 0.3mm 筛孔通过百分率略低于规范下限，级配偏粗；S3 在 0.6mm 筛孔超上限、 0.15mm 筛孔低于下限，为间断级配；S4 在 0.075mm 筛孔远超上限，级配偏细。

表1 不同产地砂样颗粒级配（通过百分率， % ）

3.1.2 含泥量

表 2 显示，S1 含泥量 1.2% （符合规范 ≤3% ），S2 为 2.1%( （符合），S3 为 3.5% （略超），S4 为 5.8% （远超）。差异源于地质条件：S1 产自花岗岩风化区，泥质少；S4 产自河流中下游，泥质沉积多。

表 2 不同产地砂样含泥量

3.2 对混合料路用性能的影响

3.2.1 高温稳定性

表 3 可见，S1 混合料 DS 最大（3860 次 /mm ），稳定性最佳；S2 次之（3240次 /mm ）；S3 一般（2580 次 /mm ）；S4 最差（1860 次 /mm ）。原因：S1 连续级配嵌挤性好，S4 高含泥量吸附沥青，降低黏结力。

表3 混合料车辙试验结果

3.2.2 低温抗裂性

表 4 显示，S1 最大弯拉应变最大（ 3200με ），抗裂性最佳；S4 最小（1850 。原因：S1 级配合理，沥青膜均匀；S4 含泥量高，黏结界面易分离。

表4 混合料低温弯曲试验结果

3.2.3 水稳定性

表 5 中，S1 TSR 最大（ 88% ），S4 最小（ 62% ，低于规范 ≥70% ）。原因：S4高含泥量遇水软化，破坏混合料结构。

表5 混合料冻融劈裂试验结果

3.2.4 耐久性

表 6 可知，S1 飞散损失率最小（ 3.2% ），S4 最大（ 10.5% ）。原因：S1 级配与含泥量优，沥青包裹充分；S4 黏结力弱，集料易脱落。

表6 混合料肯塔堡飞散试验结果

四、结论与建议

4.1 结论

不同产地砂样性能差异显著：S1（河北）连续级配且含泥量低（ 1.2% ），S4（湖北）级配偏细且含泥量高（ 5.8% ）。

颗粒级配方面，连续级配砂料（S1、S2）能提升混合料高温稳定性、低温抗裂性；间断级配（S3）因结构不完整，性能下降。

含泥量方面，超 3% （S3、S4）会降低混合料黏结力，导致水稳定性与耐久性劣化，S4 TSR 仅 62% ，不满足规范。

4.2 建议

工程中优先选用连续级配、含泥量 ≤2% 的砂料（如河北 S1），若使用 S3、S4 类砂料，需通过水洗除泥或掺加矿粉调整级配。

优化混合料配合比，对高含泥量砂料适当提高沥青用量（如 S4OAC=5.2% ），弥补黏结力损失。

加强砂料进场检测，重点控制颗粒级配与含泥量，确保符合 JTG F40-2004 规范要求。

参考文献

[1] 李烽. 玻璃掺量和颗粒级配对玻璃沥青混合料的影响研究[D]. 湖南:南华大学,2014.

[2] 牛冬瑜. 基于细观力学的沥青砂浆及骨架结构沥青混合料性能研究[D]. 陕西:长安大学,2015.

[3] 黄红耀. 含泥量对沥青混合料质量的影响[J]. 城市建设理论研究（电子版）,2013(24).