沥青混合料细集料砂当量及亚甲蓝指标研究

2018-11-20 15:34:51 中城华宇
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摘要:针对目前沥青混合料用细集料的砂当量和亚甲蓝指标存在的问题,开展细集料砂当量、亚甲蓝指标试验研究。通过对细集料的试验结果的分析,发现单独采用砂当量检测指标可能会将实际使用没有问题的细集料判定为不合格;另外,根据试验结果给出了安徽省沥青混合料的细集料砂当量和亚甲蓝指标的控制标准建议值,并补充了稀浆封层及微表处混合料的细集料砂当量和亚甲蓝控制指标。

 

关键词:沥青混合料;细集料;含泥量;矿粉含量;砂当量;亚甲蓝

 

概述

 

细集料中的泥土杂物对细集料的使用性能有很大的影响,尤其是对沥青混合料,当水分进入混合料内部时遇水即会软化。

 

以前我国通行水洗法测定小于0.075mm含量,将其作为含泥量。但是将小于0.075mm含量都看成土是不正确的。在天然砂的规格中,通常允许0.075mm通过率为0~5%(以前甚至为10%),而含泥量一般不超过3%。其实不管天然砂、石屑、机制砂,各种细集料中小于0.075mm的部分不一定是土,大部分可能是石粉或超细砂粒。为了将小于0.075mm的矿粉、细砂与含泥量加以区分,《公路工程集料试验规程》(JTGE42-2005)针对细集料的含泥量检测规定了砂当量试验和亚甲蓝值试验。

 

砂当量试验简单适用,但是普遍认为砂当量是测定粘土尺寸的颗粒相对含量(一般指0.02mm以下颗粒物质),包括了有害物质,也包含了非有害物质,如一些细的非活性粉料如果其颗粒太小会对砂当量产生极大的影响。因此可以这样认为:如果砂当量满足要求,表明细集料中有害物质很少、不会对混合料性能产生影响,是可以接受的;如果砂当量不满足要求,大部分情况下应该是细集料中有害物质太多、不合格,但还是应该进一步调查砂当量低是有害物质还是非有害物质造成的。当太多非活性的细小的粉料或由于一些非活性的粉料被有害物质粘土包裹形成絮状物,压碎的细粉被判断为有害的粘土类颗粒,从而导致其砂当量值低于规范值,但其有害物质并不多,即该细集料本质上是合格的。因此砂当量试验的不足在于有可能将合格的细集料误判为不合格。

 

在《公路工程集料试验规程》(JTGE42—2005)中规定细集料的亚甲蓝值不大于25g/kg,砂当量值不小于60%,对于以上两个指标,砂当量值指标在实际应用时能较为真实的控制细集料的含泥量,对于细集料的亚甲蓝值指标在实际应用时发现,细集料的亚甲蓝值一般不会超过10g/kg。说明在控制细集料含泥量时采用亚甲蓝值和砂当量值在试验结果方面并不同步。如果使用亚甲蓝值的标准进行控制,那么亚甲蓝值在达到25g/kg时,砂当量值的结果将远远小于规范规定的不小于60%的标准,也就是说规范中亚甲蓝值的控制标准定的范围太大,不适用于工程中的实际应用。

 

试验目的与方案

 

试验目的

 

(1)分析矿粉含量对细集料砂当量、亚甲蓝检测值的影响。从原理上看,砂当量、亚甲蓝试验都能够对有害物质(粘土)起到很好的检测作用,本试验的目的是确定0.075mm以下的非有害物质(矿粉)对砂当量值、亚甲蓝值是否有干扰及其干扰程度。

 

(2)标定合适的的砂当量控制指标(稀浆封层及微表处混合料)。在《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40—2004)和《公路工程集料试验规程》(JTGE42—2005)中规定了高速公路、一级公路沥青混合料用细集料的砂当量值不小于60%,对于稀浆封层及微表处混合料用细集料没有明确的特别规定。考虑到稀浆封层及微表处混合料中集料全部由细集料组成,对细集料的洁净程度要求较高,因此有必要标定稀浆封层及微表处混合料的砂当量控制指标。

 

(3)标定合适的的亚甲蓝控制指标。规范中的给出的亚甲蓝值≤25g/kg的质量要求非常容易达到。如果采用该指标控制细集料的有害物质,对控制细集料质量起不到应有的作用。因此有必要标定合适的亚甲蓝控制指标。

 

试验方案

 

为了能明确含泥量、矿粉含量与砂当量(1)0.075~2.36mm洁净机制砂。用2.36mm及0.075mm的套筛,将大于2.36mm的集料和小于0.075mm的石粉及粘土分离。为了彻底去除0.075~2.36mm细集料上粘附的少量石粉及粘土,将其放在0.075mm筛上用水冲洗,并烘干待用。

 

(2)小于0.075mm的黄粘土。挖取安徽地区典型黄粘土,注意其不含种植土、草皮等杂质,取土深度不小于30cm。将其烘干备用。

 

(3)小于0.075mm的矿粉。研究粘土含量(含泥量)与砂当量、亚甲蓝的关系时,应尽量排除矿粉含量对试验数据的影响,这里配置矿粉含量统一为10%,配置含泥量分别为1%、3%、6%、10%。

 

研究矿粉含量与砂当量、亚甲蓝的关系时,应尽量排除含泥量对试验数据的影响,因此这里配置含泥量统一为3%。配置矿粉含量分别为5%、10%、15%、20%。

 

试验结果分析与讨论

 

含泥量、矿粉含量与砂当量、亚甲蓝的关系

 

可以得出以下结论:

 

(1)含泥量对砂当量的影响系数为负,矿粉含量对亚甲蓝的影响系数为正。砂当量值越大,亚甲蓝值越小,代表该细集料越纯净。

 

(2)含泥量对砂当量的影响系数仅为矿粉含量对砂当量的影响系数的2.28/1.34=1.7倍。砂当量值除了与含泥量直接相关,受矿粉含量影响很大,因此对于矿粉含量较高的细集料,可能会将实际使用没有问题的细集料判定为不合格。

 

(3)含泥量对亚甲蓝的影响系数为矿粉含量对亚甲蓝的影响系数的0.89/0.024=37.1倍。亚甲蓝值基本只与含泥量直接相关,基本不受矿粉含量的影响,因此对于矿粉含量较高的细集料,用亚甲蓝值试验复检可以有效避免误判情况的发生。

 

砂当量控制标准的推荐值

 

《公路工程集料试验规程》(JTGE42—2005)中规定,当细集料中的0.075mm通过率小于3%时,可不进行细集料亚甲蓝试验即作为合格看待。该项规定从侧面说明了含泥量≤3%的细集料是合格的。根据试验结果发现,当配置含泥量、矿粉含量分别为3%、10%时,砂当量值约为70.9%。

 

同时,我们对安徽省环宇公路建设开发有限责任公司、六安市交通公路实业有限公司分别提供的两个原状细集料进行检测,发现其砂当量值分别为69.4%、66.1%。随后通过大范围的市场调研进一步验证了省内市场上能直接采购到的细集料砂当量值普遍集中在70%左右。

 

因此,建议普通沥青混合料的细集料砂当量控制标准采用与规范中一致的控制值,即砂当量值≥60%;稀浆封层及微表处混合料中集料全部由细集料组成,其细集料的砂当量较普通沥青混合料的要求理应适当提高,稀浆封层及微表处混合料的细集料砂当量指标应≥65%。

 

亚甲蓝控制标准的推荐值

 

根据砂当量值60%(普通沥青混合料)、65%(稀浆封层及微表处混合料)测算相当的亚甲蓝值,作为亚甲蓝指标。

 

根据《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40—2004)中要求,细集料S16(公称粒径0~3mm)通过0.075mm筛孔的质量百分率为0%~15%,即合格的细集料,其x+y≤15。安徽省内工地现场使用的细集料往往由采石场破碎石料加工而成,其中不可避免含有一定石屑,按照矿粉含量y=5%~10%考虑。

 

按照回归方程、SE=60%计算,当含泥量x=10%,y=5%时,其亚甲蓝值最大,此时MBV=8.9g/kg;按照回归方程、SE=65%计算,当含泥量x=5%,y=10%时,其亚甲蓝值最大,此时MBV=4.55g/kg。

 

因此推荐的普通沥青混合料的细集料亚甲蓝指标为≤9.0g/kg;稀浆封层及微表处混合料的细集料亚甲蓝指标为≤4.5g/kg。

 

文中推荐的亚甲蓝指标仅适用于安徽地区细集料,如需应用于其他地区则可能仍较为宽松。因为本次采用的粘土为安徽地区典型膨胀土,吸附染料能力很强,其亚甲蓝值较一般粘土高。如果需要标定其他地区的亚甲蓝控制指标,还需要采取当地典型粘土样本,进行试验后标定。

 

结语

 

(1)砂当量值不仅与含泥量大小有直接关系,而且受矿粉含量影响很大,因此对于矿粉含量较高的细集料,可能会将实际使用没有问题的细集料判定为不合格;亚甲蓝值基本只与含泥量直接相关,受矿粉含量的影响较小,因此对于矿粉含量较高的细集料,用亚甲蓝值试验复检可以有效避免误判情况的发生。

 

(2)建议普通沥青混合料的细集料砂当量控制标准采用与规范中一致,即砂当量值≥60%;稀浆封层及微表处混合料的细集料砂当量指标应≥65%。

 

(3)安徽省地区推荐的普通沥青混合料的细集料亚甲蓝指标为≤9.0g/kg;稀浆封层及微表处混合料的细集料亚甲蓝指标为≤4.5g/kg。