许多水库坝址区附近有着大量的天然砂，开采及运输方便，考虑到经济性，如能就地取材，使用天然砂作为配合比设计时的细骨料，可以方便施工，节约工程造价[1-3]。由于天然砂是由多种不同的矿物组成，其中也有酸性岩石，会使细骨料与沥青的粘附性性能降低，而骨料与沥青的粘附性性能决定了沥青混凝土的强度、水稳定性等一些重要的性能[4-6]。钟进军[7]提出用建筑垃圾筛分后的出的细骨料作为公路沥青混凝土中用细骨料，试验表明所研究的沥青混合料强度、高温性能、低温性能、抗水损害性能均满足于规范要求,慈军[8]等，提出在沥青混凝土中采用人工砂与天然砂对半掺的方法，研究了沥青混凝土的力学性能，各项性能均满足于实验规范的要求。石家辉[9]提出用废弃混凝土作为沥青混凝土的细骨料研究。目前还没有以沥青混凝土细骨料完全采用天然砂做出比较，本文主要通过使用两种不同的细骨料进行不同级配指数、填料用量、沥青含量的对比，测定每组沥青混凝土试件的马歇尔稳定度、流值、密度、孔隙率，分析试验结果优选配合比，在沥青混凝土的优选配合比下，研究沥青混凝土不同细骨料的力学性能。
1 骨料及沥青的技术性能研究
对骨料的岩石种类及其成分分析，鉴别后表明，原破碎料主要岩石种类为灰岩，《土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范》[8]（SL501-2010）中规定：碾压式沥青混凝土心墙的沥青混凝土的骨料最大粒径不宜大于19mm。根据规定，心墙碾压式沥青混凝土的骨料最大粒径Dmax取19mm。经筛分加工，粗骨料分作（9.5 mm～19mm）、（4.75 mm～9.5mm）、（2.36 mm～4.75mm）三种粒级。粗骨料的颗粒级配及性能见表1、表2。 本表依据《水工沥青混凝土试验规程》[9]（DT/L5363-2006）中规定的试验方法进行试验。实验中选用的细骨料（人工砂、天然砂）为当地料场提供，细骨料颗粒级配及性能见表3、表4。实验中采用当地料场人工破碎料研磨后的矿粉作为填料，其性能见表5。

表1 粗骨料的颗粒级配
粗骨料粒径（mm） 筛孔尺寸（mm）
19 16 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6
通过量百分率（%）
9.5～19 100 89 52.3 0 0 0 0 0
4.75～9.5 100 100 100 100 0 0 0 0
2.36～4.75 100 100 100 100 100 0 0 0

表2 粗骨料的技术性能
项 目 单位 技术要求 （2.36～4.75）mm （4.75～9.5）mm （9.5～19）mm
超逊径率 超径 % ≤5 — — —
逊径 % ≤10 — — —
表观密度 g/cm3 ≥2.6 2.69 2.69 2.7
与沥青粘附性 级 ≥4 5
针片状颗粒含量 % ≤25 17.9
压碎值 % ≤30 17.7
吸水率 % ≤2.0 1 0.7 0.3
石粉含量 % ≤0.5 0.5 0.4 0.4
坚固性(硫酸钠溶液法) % ≤12 4.1

表3 细骨料的颗粒级配
细骨料种类 筛孔尺寸（mm）
2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075
通过量百分率（%）
人工砂 100 79 67 37.1 17.8 0
天然砂 100 78.1 62.2 18.9 3.6 0

表4 细骨料的技术性能对比
项 目 单 位 要求指标 人工砂 天然砂
超径率 % ≤5 0 0
表观密度 g/cm3 ≥2.55 2.68 2.72
吸水率 % ≤2.0 0.7 0.5
水稳定等级 级 ≥6 10 8
坚固性 % ≤15 8.7 2.2
石粉含量（含泥量） % ≤2 1.8 0.5
有机质含量 — 浅于标准色 浅于标准色 浅于标准色

项 目 要求指标 实测
表观密度（g/cm3） ≥2.5 2.68
亲水系数 ≤1.0 0.55
含水率 ≤0.5 0.25
细度（%） ＜0.6mm 100 100
＜0.15mm ＞90 100
＜0.075mm ＞85 100
表5 填料技术性能
表中所列要求指标是《土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范》（DL/T5411—2009）中的规定值。其检测项目均符合设计要求。
2 配合比优选
2.1 不同细骨料的沥青混凝土配合比设计
2.1.1 试验方案及配合比参数的确定
试验采用均匀正交设计试验方案，选择沥青混凝土配合比的三个参数：即矿料级配指数、填料用量和沥青用量为影响因素，每个因素取三个水平，详见表6。在沥青混凝土配合比优选试验中，以马歇尔试验结果（试件密度、试件孔隙率、稳定度和流值）为考核指标。

表6 各组沥青混凝土试验参数
编号 最大粒径 级配指数 填料用量 油石比
（mm） （r） （%） （%）
1 19 0.36 15.00 6.40
2 19 0.36 13.00 7.00
3 19 0.36 11.00 6.70
4 19 0.39 15.00 7.00
5 19 0.39 13.00 6.70
6 19 0.39 11.00 6.40
7 19 0.42 15.00 6.70
8 19 0.42 13.00 6.40
9 19 0.42 11.00 7.00

沥青混凝土配合比选择是根据不同级配指数、填料用量和沥青用量组成各种不同配合比，经过密度、孔隙率、马歇尔稳定度、马歇尔流值等性能试验，初步选出满足工程要求的配合比，本文以理论最大密实度级配理论为基础，采用丁朴荣教授提出的级配计算公式。对于心墙沥青混凝土，常年的工作温度稳定在（8-10）℃，结合当前我国马歇尔试验仪的性能特点，对沥青混凝土马歇尔试验温度采用40℃进行优选，经工程实践获得较满意的结果。

2.1.2 配合比优选
表7 人工砂作为细骨料时的配合比优选
试件组号 级配指数 填料用量（%） 沥青用量（%） 实测密度值 最大理论密度值 孔隙率（%） 流值（mm） 稳定度（kN） 沥青体积百分率（%） 料粒间隙率（%） 饱和度（%） 备注
1 1(0.36) 1(15) 1(6.4) 2.41 2.440 1.14 4.49 10.46 13.45 14.59 92.21 40℃
2 1(0.36) 2(13) 3(7.0) 2.41 2.421 0.61 5.48 9.89 14.49 15.16 95.60 40℃
3 1(0.36) 3(11) 2(6.7) 2.41 2.435 0.79 3.99 10.87 13.98 14.77 94.69 40℃
4 2(0.39) 1(15) 3(7.0) 2.40 2.421 0.67 6.02 10.16 14.48 15.15 95.60 40℃
5 2(0.39) 2(13) 2(6.7) 2.41 2.435 0.65 4.94 11.23 14.00 14.65 95.24 40℃
6 2(0.39) 3(11) 1(6.4) 2.42 2.441 0.93 3.49 11.64 13.48 14.36 93.87 40℃
7 3(0.42) 1(15) 2(6.7) 2.41 2.435 0.70 5.18 9.86 13.99 14.69 95.24 40℃
8 3(0.42) 2(13) 1(6.4) 2.42 2.441 0.90 4.67 11.35 13.48 14.38 93.78 40℃
9 3(0.42) 3(11) 3(7.0) 2.40 2.421 0.72 4.26 11.39 14.47 15.19 95.27 40℃
10 2(0.39) 2(13) 2(6.7) 2.41 2.431 0.86 4.01 10.2 13.95 14.99 93.15 40℃









表8 天然砂作为细骨料时的配合比优选
试件组号 级配指数 填料用量（%） 沥青用量（%） 实测密度值 最大理论密度值 孔隙率（%） 流值（mm） 稳定度（KN） 沥青体积百分率（%） 料粒间隙率（%） 饱和度（%） 备注

1 1(0.36) 1(15) 1(6.4) 2.413 2.440 1.14 4.49 10.46 13.45 14.59 92.21 40℃
2 2(0.39) 1(15) 3(7.0) 2.406 2.421 0.61 5.48 9.89 14.49 15.16 95.60 40℃
3 3(0.42) 1(15) 2(6.7) 2.412 2.431 0.79 3.99 10.87 13.98 14.77 94.69 40℃
4 1(0.36) 2(13) 3(7.0) 2.405 2.421 0.67 6.02 10.16 14.48 15.15 95.60 40℃
5 2(0.39) 2(13) 2(6.7) 2.415 2.431 0.65 4.94 11.23 14.00 14.65 95.24 40℃
6 3(0.42) 2(13) 1(6.4) 2.418 2.441 0.93 3.49 11.64 13.48 14.36 93.87 40℃
7 1(0.36) 3(11) 2(6.7) 2.413 2.430 0.70 5.18 9.86 13.99 14.69 95.24 40℃
8 2(0.39) 3(11) 1(6.4) 2.419 2.441 0.90 4.67 11.35 13.48 14.38 93.78 40℃
9 3(0.42) 3(11) 3(7.0) 2.403 2.421 0.72 4.26 11.39 14.47 15.19 95.27 40℃
10 2(0.42) 1(11) 1(6.4) 2.422 2.445 0.94 5.35 10.70 14.04 14.98 93.78 40℃

综合以上试验，采取极差方差分析，初步选择人工砂级配指数0.39、沥青用量6.7%、填料用量13%；天然砂级配指数为0.42、沥青用量为6.4%、填料用量为11%的配合比；天然砂级配指数为0.42、沥青用量为6.4%、填料用量为11%的配合比。在最终确定优选配合比之前，要进行配合比的复演。复演的沥青混凝土试验结果见表9。

试验组号 级配 填料 沥青 实测密度平均值（g/cm3） 实测密度 孔隙率（%） 稳定度kN 流值0.1mm 备注
指数 含量 用量 最大值
（%） （%） （g/cm3）
人工砂 0.39 13 6.7 2.41 2.431 0.85 10.46 50.2 40℃
2.4 2.431 0.97 9.09 61.8 60℃
天然砂 0.42 11 6.4 2.43 2.455 0.97 9.58 51.1 40℃
2.44 2.455 0.75 7.34 72.5 60℃
备注 1、稳定度的取值采用公路工程JTG E20-2011标准的规定进行计算。
2、矿料合成毛体积相对密度的计算中骨料采用毛体积相对密度。
表9 两种砂配合比复演实验结果表
根据初选的沥青混凝土配合比，配制沥青混凝土进行相关力学物理性能试验，验证其可行性。对其又进行了压缩试验，水稳定性试验，小梁弯曲，渗透，拉伸，三轴等一系列试验，其结果均满足于《水工沥青混凝土试验规程》DL/T5362-2006中各项指标的要求。所以推荐的人工砂配合比为第5组配合比，各项参数分别为：级配指数0.39、沥青用量6.7%、填料用量13%；推荐的天然砂配合比为第10组配合比级配指数0.42；填料用量：11%；沥青用量：6.4%。各项性能试验结果对比表见表10。
表10 推荐配合比沥青混凝土性能试验结果对比表
项 目 单 位 设计要求 人工砂实测值 天然砂实测值
1 密度 g/cm3 — 2.41 2.42
2 实测理论最大密度 g/cm3 — 2.431 2.441
3 孔隙率 % ≤3 0.9 0.9
4 马歇尔稳定度 40℃ kN ≥7.0 11 10.34
60℃ ≥5.0 9.09 7.87
5 马歇尔流值 40℃ 0.1mm 30-80 46.6 47.8
60℃ 40-100 61.8 72.9
6 抗压强度（10℃） MPa — 3.39 2.25
7 抗压强度对应应变 % — 2.92 4.51
8 受压变形模量 MPa — 112.21 138.8
9 水稳定系数 — ≥0.90 0.91 0.91
10 渗透系数 cm/s ≤1×10-8 5.75×10-9 5.29×10-9
11 内摩擦角（10℃） （o） ≥25 28.2 28.6
12 粘聚力（10℃） kPa ≥300 540 540
13 拉 伸 拉伸强度（10℃） MPa — 1.5 1.25
拉伸应变（10℃） % — 1.46 1.72
14 小梁弯曲 抗弯强度（10℃） kPa ≥400 2550 1580
最大荷载时挠度 mm — 4.1 5.24
最大弯拉应变（10℃） % ≥1 2.42 2.71
挠跨比 % — 2.05 2.60