摘 要

随着我国高速公路的快速发展，石灰岩、玄武岩等优质的石料资源消耗日益庞大，短缺问题越来越严重，道路建设的成本也随着石料运输距离延长等问题不断增加。为了缓解我国石料资源短缺问题，路用性能不太好、但储量丰富的安山岩成为一种选择。本文对安山岩沥青混合料配合比设计进行研究。

本文研究发现，安山岩具有强度高、抗磨耗性高和高温稳定性好的特点。但由于安山岩中易于出现针片状颗粒，同时安山岩偏弱酸性，所以安山岩与沥青的黏附性差，进而导致安山岩沥青混合料的水稳定性不好，易于发生水损害。

基于安山岩的特点，本文采用马歇尔法进行了安山岩沥青混合料的配合比设计确定沥青混合料的最佳级配和最佳油石比，并提出了加入抗剥落剂、采用石灰石矿粉、用水泥代替矿粉等几种不同的安山岩沥青混合料的改性方案，最终提出了最佳的安山岩沥青混合料改性方案。

关键词：安山岩；沥青混合料；配合比；抗剥落剂

Abstract

With the rapid development of expressways in China, the consumption of high-quality stone resources such as andesite and basalt is increasing, the shortage problem is becoming more and more serious, and the cost of road construction is increasing with the extension of stone transportation distance. In order to alleviate the shortage of stone resources in our country, andesite with poor road performance but rich reserves has become a choice. In this paper, the design of mix ratio of Anshan rock asphalt mixture is studied.

In this paper, it is found that andesite has the characteristics of high strength, wear resistance and high temperature stability. However, because the needle-like particles are easy to appear in andesite and the acidity of andesite is weak, the adhesion between andesite and asphalt is poor, which leads to poor water stability and water damage of andesite asphalt mixture.

Based on the characteristics of andesite, this paper uses Marshall method to design the mix ratio of andesite asphalt mixture to determine the best gradation and oil-stone ratio of andesite asphalt mixture. and put forward several different modification schemes of andesite asphalt mixture, such as adding anti-stripping agent, using limestone powder and cement instead of mineral powder, and finally put forward the best modification scheme of andesite asphalt mixture.

Key Words：Andesite; asphalt mixture; mix ratio; anti-stripping agent

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.1.1 项目地理环境 1

1.1.2 沥青路面及其设计理论的发展 1

1.1.2.1 国际沥青路面的发展 1

1.1.2.2 国内沥青路面的发展 2

1.1.3 沥青混合料的配合比设计方法 3

1.1.3.1 Superpave法 3

1.1.3.2 贝雷法 3

1.1.3.3 马歇尔法 4

1.1.3.4 GTM法 4

1.1.4 安山岩的路用性能 5

1.1.4.1 安山岩的吸水率 5

1.1.4.2 安山岩的残留含水率 6

1.1.4.3 安山岩的抗压强度 6

1.1.4.4 安山岩的磨耗性 6

1.1.4.5 安山岩的压碎值 6

1.1.4.6 安山岩的针片状颗粒的含量 6

1.1.4.7 安山岩与沥青的黏附性 7

1.1.4.8 小结 7

1.1.5 主要研究内容 7

第2章 沥青混合料的改性方案 8

2.1 安山岩的工程特性与工程问题 8

2.2 抗剥落剂 8

2.2.1 抗剥落剂的发展史 8

2.2.2 抗剥落剂改善机理 9

2.2.2.1 无机类抗剥落剂的改善机理 9

2.2.2.2 胺类抗剥落剂的改善机理 9

2.3 水泥 10

2.3.1 水泥代替矿粉应用沥青混合料原理分析 10

2.3.1.1 水泥物理特性 10

2.3.1.2 化学成分与高温稳定性 11

2.3.1.3 活性、亲水性与塑性指数 11

2.3.1.4 填料在沥青混合料的作用 12

2.3.1.5 其他方面 12

2.3.2 水泥对沥青混合料性能影响分析 12

2.3.2.1 水泥对沥青胶浆性能影响分析 12

2.3.2.2 水泥对沥青混合料性能影响分析 13

2.4 改性方案的确定 13

第3章 原材料性能测试 15

3.1 原材料性能测试 15

3.1.1 粗集料 15

3.1.1.1 密度 15

3.1.1.2 压碎值 16

3.1.1.3 针片状颗粒含量 16

3.1.1.4 磨耗值 17

3.1.1.5 磨光值 17

3.1.1.6 黏附性等级 18

3.1.2 细集料 18

3.1.2.1 密度 18

3.1.2.2 砂当量 19

3.1.2.3 细集料的棱角性 19

3.1.3 矿粉 20

3.1.3.1 密度 20

3.1.3.2 塑性指数 20

3.1.3.3 亲水系数 20

3.1.4 沥青 21

3.1.4.1 蜡含量 21

3.1.4.2 密度 21

3.1.4.3 溶解度 22

3.1.4.4 闪点 22

3.1.4.5 延度 22

3.1.4.6 黏度 23

3.1.4.7 针入度 23

3.1.4.8 软化点 24

3.1.4.9 针入度指数（PI） 24

3.1.4.10 耐久性 25

3.1.5 水泥 25

3.1.5.1 细度 25

3.1.5.2 标准稠度用水量、凝结时间、安定性 26

3.1.5.3 软练1:3胶砂强度 26

3.2 原材料性能测试结果 27

第4章 安山岩沥青混合料配合比设计 31

4.1设计流程 31

4.2 最佳级配的确定 32

4.2.1. 集料的筛分 32

4.2.2 级配的确定 32

4.2.3 马歇尔稳定度实验 37

4.2.4 沥青混合料体积指标测试 38

4.2.5 最佳级配的确定 40

4.3 最佳石油比的确定 41

4.3.1 马歇尔试验以及体积指标测定 41

4.3.2 最佳石油比初计算 42

4.4 沥青混合料的性能验证 44

4.4.1 水稳定性验证 45

4.4.1.1 浸水马歇尔实验 45

4.4.1.2 冻融劈裂试验 46

4.4.2 高温稳定性验证 48

4.4.3 试验结果分析 50

第5章 结论与展望 52

5.1 结论 52

5.2 展望 53

参考文献 54

附 录 56

致 谢 61

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.1.1 项目地理环境

公路建设是一项浩大的工程，公路建设的原材料选择不仅应该考虑材料本身的品质，更要综合考量材料的运距、开采条件和造价等因素，将工程质量和经济因素相结合。鄂咸高速项目位于鄂州市和大冶市境内，其路线走廊区及其附近主体属于新构造相对凹陷区内，区内的地貌单元为构造剥蚀丘陵地貌、平原地貌（湖泊平原地貌、冲洪积平原地貌），并以湖泊平原分布最为广泛，构造剥蚀丘陵多呈狭长带状分布其间。沿线水系发达，有2条通航河流，水库湖泊众多，高压电网密集。根据《公路自然区划标准》（JTJ 003-86）划分，鄂咸高速项目所在区域位于公路自然区划Ⅳ2 区，即长江中游平原中湿区。该项目所经区域属华中地区亚热带气候，四季分明，无霜期长，季风气候明显，冬寒夏暑，冬干夏雨，温暖湿润，雨量充沛，日照时间长。根据《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）气候分区，鄂咸高速项目所在区域属于1-3-1，即夏炎热冬冷潮湿地区。

本项目湿热气候以及重载交通的特征，对沥青路面抵抗水损害和永久变形的能力有较高的要求，因此需要通过配合比的优化设计提高沥青混合料的路用性能。另外，本项目区域附近无传统的、适用于沥青面层的石料（如石灰岩、辉绿岩、玄武岩等），而且本地原有集料加工品质不高，难以满足路面集料的品质质量要求，需要对集料进行精益加工，提高集料品质。周边厂商产出的玄武岩、石灰岩运距都在100km以上，综合到场价较高、较远的运距导致集料的品质、级配不可控；此外，目前受碎石场的关停和沿线治理影响，远距离大方量运输石料也难以满足鄂咸高速项目的进度要求。而鄂咸高速项目三分部范围内可开采安山岩，岩石坚硬，岩体较完整，易开采、运距较小、运输条件便利、集料自加工成本低。如果能够通过配合比优化设计和一系列质量控措施将安山岩用作沥青路面面层的实际生产应用，将大大降低项目的建设成本，也将工程进度主动权牢牢抓在自己手中。

1.1.2 沥青路面及其设计理论的发展

1.1.2.1 国际沥青路面的发展

18世纪初，瑞士、英国等国家相继发现岩沥青，并在19世纪50年代左右将其应用于路面铺设。19世纪末期，人们采用天然胶结合料和碎石在高温下拌成沥青混合料直接铺筑在碎石路面上，以提高路面的平整度，使得行车更加舒适。20世纪初，随着汽车工业的兴起和发展，对公路建设的要求越来越高，刺激了公路事业的快速发展。以沥青砂为上层、沥青混凝土为下层的沥青道路首先在美国得到实践，这成为现代双层式路面的由来。20世纪初期，美国先后发明沥青磨耗层以及沥青路面摊铺机，并提出沥青路面最初的试验方法（哈一费方法）。之后，美国使用沥青混合料在加州修筑了第一条里程11.2km的高速公路，开启了现代沥青路面的新时代，沥青路面成为现代高等级路面的主要路面形式^[1]。