瀝青混凝土路面的早期剝離破壞原因及對策分析

孟慶麗

(黑龍江省隆興公路勘測設計公司)

1 剝離產(chǎn)生原因及特征分析

1.1 界面張力

由于骨料、瀝青、水三者間張力及附著張力的平衡，瀝青才能在骨料表面上擴展和濕潤。通常骨料和水的附著張力比骨料和瀝青間的大，所以水才有可能把瀝青從骨料上脫離出來。

1.2 骨料的表面組織

如形狀、表面積、表面附著成分、氣孔性等。如針片狀過多，在骨料銳角部的瀝青薄膜，由于骨料的相互嚙合，容易破損;比表面越大吸附性越好;骨料表面附有異物，附著效果就差等。

1.3 化學成分

瀝青中的酸性成分和堿性礦物反應能產(chǎn)生不溶于水的化合物，所以堿性骨料是不親水的，相反酸性礦物則是親水的，易剝離。

1.4 極性

它是根據(jù)物質(zhì)的極性產(chǎn)生的吸引力來說明附著和剝離的，瀝青具有無極性或弱極性，水具有強烈的極性，骨料的極性因石而異，當骨料和水的吸引力比水分子間的大時，就發(fā)生剝離。

綜上所述，剝離的原因具體可分為構(gòu)成混合料材料的性質(zhì)等內(nèi)部原因和作用于混合料的水及交通荷載等外部原因。內(nèi)部因素有骨料的巖性、骨料的吸水性、瀝青的粘滯度、瀝青用量、骨料的粒度及干燥程度、施工溫度、剝離劑的有無等。外部因素主要有填挖方之別、地下水位、縱橫坡度、路基排水狀況、路基填料及含水量、交通荷載、氣候條件等。在以上的因素中，主要是骨料的二氧化硅含有量(即酸堿性)、骨料對水的親和性、骨料的特征(組成、表面組織、表面附著成分、粒度、比表面積、氣孔率、化學反應性)、瀝青的粘滯性和改質(zhì)程度等。

當然，剝離的問題不是簡單用一兩種原因能說明的，是各種各樣原因同時或階段性的影響造成的，正確的定性、定量較難。例如氣孔率大的骨料附著力就大，但若氣孔中含有水，反而會降低附著。

2 剝離的防治對策

2.1 瀝青混凝土配合比、厚度等設計方面

水是造成瀝青混合料剝離的主要原因，因此在配合比設計時，應盡量采用不滲水的路面結(jié)構(gòu)，一般地講，瀝青用量大、2.5mm通過量多的連續(xù)型密級配混合料能有效地防止水害的發(fā)生。

我國瀝青混凝土級配技術(shù)指標中，可能受國外瀝青路面車轍問題的影響，為改善瀝青路面層熱穩(wěn)性，石料粒徑偏粗，2.5～10mm填料成份偏少，從抗水害能力、增加瀝青混凝土的耐久性角度講是十分不利的。

從中、日兩國高速公路瀝青混凝土的級配指標要求入手進行分析。

我國高速公路級配種類很多，根據(jù)地域氣候條件不同采用種類也不同，我國大部分地區(qū)表面層多采用LH－20I(AC－16I)型級配，在北方寒冷地區(qū)多采用AK－13A型或AC－16I型級配，而日本高速公路瀝青混凝土使用的級配十分單一，無論在任何地方，混合料下面層均采用一種級配，最大粒徑20mm，其中0.3～10mm篩子通過率均大于我國表面層常用的LH－20I(AC－16I)型和AK－13A型級配，即細料0.3～10mm篩孔通過率日本的下面層比我國的表面層還多。

表1 中、日兩國瀝青混凝土級配指標比較

日本在一般地區(qū)所用的表面層材料最大粒徑13mm，與我國習慣采用的AK－13A型、LH－201型和AC－16I型面層級配相比，不僅最大粒徑偏小，更主要是0.3～10mm通過成份明顯偏多，其中＜5mm成份分別多了23.5%和15%。即使是與我國細級配LH－15I(AC－16I)型級配相比，＜5mm平均通過率也多了7%。

正因如此，日本高速公路瀝青面層不滲水，也就不存在瀝青混凝土路面剝離的問題。

其次，瀝青面層施工厚度也是造成路面水損害導致路面剝離的原因之一。在日本，對于15cm厚的瀝青面層，只允兩層施工(5+10cm);我國則習慣分三層施工(5+5+7cm)，由于中、下面層采用的混合料更粗(多為AC－20I、AC－25I型)，料粗、厚度小導致滲水問題嚴重。

因此，在我國瀝青混凝土路面設計時，應綜合考慮各項指標，并結(jié)合具體情況盡量提高細集料的用量，同時采用高性能的改性瀝青，這樣既提高了瀝青混凝土抗水害能力，又可滿足抗車轍能力要求。

此外，在配合比設計時應適當提高瀝青用量，實驗表明，瀝青用量高能有效地提高路面的抗水害能力;砂子用量不宜過高，盡量偏于中、下值(砂子用量應小于10%);0.3mm篩孔通過量不宜太小，否則會影響膠漿結(jié)成，此檔料可由礦粉進行調(diào)整;適當增加礦粉用量，使礦料的比表面積增大，相應增加瀝青膜的厚度;從而限制礦料之間的滑動，使混合料具有良好的高溫穩(wěn)定性和抗水害能力，同時，由于礦粉用量的增加，瀝青用量也相應增加，則相應增加了瀝青混合料的韌性，對抵抗路面開裂、延長瀝青混合料疲勞壽命也有非常積極的影響。

空隙率的大小直接影響瀝青混合料的滲透性?？障堵市∮?%，混合料處于致密狀態(tài)，基本不滲水不易發(fā)生水損害，空隙率大于14%為透水性路面，水很容易從空隙中流走，基本上也不會發(fā)生水損害;空隙率處于8% ～12%之間，屬于瀝青路面的最不利狀態(tài)，最易發(fā)生水損害，應極力避免，因此，設計合理的混合料空隙率對提高瀝青的抗剝離性能是十分重要的。防止瀝青路面水損害從空隙率角度講，可以從兩種途徑入手，一種為設計大空隙的瀝青路面(透水性路面)，使進入瀝青混合料內(nèi)部的水分能迅速排除;另一種為防止或減少水分進入瀝青混合料內(nèi)部，則要求瀝青混合料的空隙要小，一般認為瀝青混合料最合理的殘余空隙率為4%。

2.2 結(jié)構(gòu)上的對策

(1)遮水方法

主要用砂礫等粒狀材料及石灰處理層為隔水墊層，或在瀝青混凝土下面鋪設瀝青與礦粉的混合料作為遮水層，其空隙率應控制在1%以下，厚度從施工可能考慮應在2.5cm以下。此外還有，在瀝青混凝土下面層使用空隙率大、熱定性好的開級配瀝青混凝土作為隔水層，它的空隙率大，毛細管水上升的少，即使瀝青剝離，由于骨料間嚙合，它的穩(wěn)定性也不會降低。

(2)排水方法

主要指適當采用滲水井、橫向盲溝等排水設施;還可將砂礫墊層向兩側(cè)延伸直至路基邊坡表面;路基材料采用透水性材料，嚴禁填筑含有粘性土成分或淤泥質(zhì)多的填料等。

(3)材料設計方面的對策

①采用堿性骨料

因為酸性骨料表面帶有負電荷、易親水，不宜采用;應采用堿性骨料，如石灰?guī)r、玄武巖、輝綠巖等。堿性石料若含水量大，瀝青也易剝離，因此必須控制其含水量。另外，還必須嚴格控制有機質(zhì)及針片狀含量等。

②瀝青的選用

針入度在40～60間的瀝青抗剝離性能好;瀝青薄膜加熱后軟化點上升小的瀝青抗剝離性能好，當然，最好采用改性瀝青材料，它基本可以消除水損害問題。

③石灰

選用消石灰抗剝離劑，消石灰可改變骨料的比表面積，提高瀝青的粘附性，且它能使骨料表面活性化，在施工中先把消石灰稀釋成稀漿狀，然后添加在骨料中存放后，再與瀝青拌和;此外，使用銨基類抗剝離劑，它是陽離子界面活性劑，對防止酸性巖的剝離效果最好。

(4)施工上的對策

新生產(chǎn)的骨料抗剝離性能差，因此破碎后至少應放置一周以上。

嚴格控制砂礫墊層的施工質(zhì)量，保證充分壓實。

嚴格控制路面基層的施工質(zhì)量，對水穩(wěn)砂礫基層混合料級配、含水量等嚴格控制;加強碾壓及灑水養(yǎng)生工作。

要使骨料干燥且充分拌和，使骨料和瀝青很好地附著。嚴格控制拌和時間。如拌和時間短，混合料可能不均勻或出現(xiàn)花白料，但時間過長會影響拌和樓產(chǎn)量。拌和時間可根據(jù)拌和樓試拌確定。

要充分壓實，嚴格控制瀝青混凝土的壓實度和空隙率;處理好施工縫，一旦路面發(fā)生破壞，立即進行封層等修補處理。

3 結(jié)束語

路面的剝離現(xiàn)象是非常復雜的，必須通過瀝青與礦料的粘附性試驗、靜荷載試驗、動荷載試驗及現(xiàn)場抽樣檢測等多種方法進行研究，對瀝青混凝土路面所要求的各種指標綜合分析、統(tǒng)籌兼顧。