瀝青混合料中堿性填料替代部分礦粉提高水穩(wěn)定性的實(shí)際應(yīng)用

陳思勝

摘 要：文章闡述某一多雨地區(qū)高速公路瀝青路面混合料配比確定中，通過(guò)對(duì)瀝青混合料填料改變或摻加抗剝落劑對(duì)粘附性的影響以及瀝青路路面結(jié)構(gòu)抗水損害性能的分析，提出在氣候條件、主材來(lái)源已確定的背景下用堿性較強(qiáng)的消石灰替換部分礦粉能使瀝青混合料的性能得到綜合改善的實(shí)際效果，為類似工程施工中選擇材料、優(yōu)化混合料性能以提高瀝青路面水穩(wěn)定性提供了實(shí)際依據(jù)。

關(guān)鍵詞：瀝青混合料；填料；粘附性；抗水損害

中圖分類號(hào)：TU528 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）12-0176-03

瀝青路面上面層直接承受交通荷載、雨水侵蝕、陽(yáng)光輻射等各種不利因素的長(zhǎng)期作用，常出現(xiàn)坑槽、唧漿、松散、車轍等病害，不僅造成高速公路后期維修養(yǎng)護(hù)成本加大，而且嚴(yán)重影響行車安全。因此，瀝青路面尤其是上面層的抗水損壞、抗車轍能力至關(guān)重要，為提高上面層混合料的水穩(wěn)性，在強(qiáng)調(diào)完善排水設(shè)施外，改變?yōu)r青混合料組成材料性能是經(jīng)常采用的方式，國(guó)內(nèi)普遍采取在上面層添加抗剝落劑的措施，或使用消石灰、水泥等堿性較強(qiáng)的填料替代部分礦粉。

1 工程實(shí)例

本高速公路全長(zhǎng)140 km，為國(guó)道主干線中的一段，承擔(dān)繁忙的交通任務(wù)，以貨運(yùn)為主，重載車輛多；為重丘陵山區(qū)高速公路，沿線盛產(chǎn)石材，氣候條件較為苛刻的2-4區(qū)，年降雨量在 1 000 mm以上，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)；夏季高溫持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，最高氣溫高。瀝青采用SBS瀝青、SK70#基質(zhì)瀝青的湖瀝青，石料為玄武巖和輝綠巖。

鑒于該高速公路地處高溫多雨地區(qū)，在應(yīng)對(duì)抗車轍和水損壞的措施方面尚不夠充分，瀝青只是上面層使用普通改性瀝青，混合料類型均采用C型，C型的特點(diǎn)是高溫穩(wěn)定性較好，但施工變異性不容易控制，容易導(dǎo)致局部離析、滲水等誘發(fā)水損壞的缺陷。為

此，在實(shí)際施工中采取添加消石灰替代部分礦粉即獲得路面抗水損害性能和抗車轍性能的綜合改善，主要是基于現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)濟(jì)效益比以及該技術(shù)的成熟可靠而之所以添加消石灰而不是其他抗剝離劑。

2 原因分析

2.1 水損壞和車轍的分析

2.1.1 水損壞和車轍表現(xiàn)形式

水損壞和車轍病害是高溫多雨地區(qū)瀝青路面的主要損壞模式。水損壞的外觀表現(xiàn)為坑槽、唧漿、松散等，車轍主要為行車道在高溫和重載交通作用下混合料出現(xiàn)流動(dòng)變形、形成兩條明顯輪轍。部分高速水損壞和車轍病害的典型外觀，如圖1、圖2和圖3所示。

2.1.2 減少路面水損害和提高路面抗車轍性能的措施

減少瀝青路面水損壞的措施主要有：

一是完善各種排水設(shè)施，防止水分侵入路面結(jié)構(gòu)，當(dāng)前國(guó)內(nèi)也在普遍強(qiáng)調(diào)這方面的工作，但由于目前排水設(shè)計(jì)不完善以及施工偏位等因素，往往難以達(dá)到理想效果；且即便是排水設(shè)施較好，仍然難以阻止水分通過(guò)表面局部空隙和中央分隔帶等侵入路面結(jié)構(gòu)，這已為諸多關(guān)于水損壞的調(diào)查所證明。

二是通過(guò)材料選擇、配合比設(shè)計(jì)和混合料性能優(yōu)化，提高混合料的水穩(wěn)性。這是本項(xiàng)目也是當(dāng)前可有較大作為的空間，其主要具體對(duì)策有：選擇粘附性高的瀝青；選擇潔凈度高、粘附性好的集料；對(duì)混合料設(shè)計(jì)加強(qiáng)密水性能的優(yōu)化；摻加抗剝落劑提高瀝青與集料的粘附性能。

從這幾種措施看，一方面仍然是防止水分滲入路面結(jié)構(gòu)，只是在排水設(shè)施之外又通過(guò)混合料本身的密水性能設(shè)計(jì)來(lái)進(jìn)一步保證；另一方面都集中在改善瀝青與集料的作用界面、提高兩種材料的粘附性來(lái)提高混合料自身的水穩(wěn)定性。

2.2 瀝青與集料的作用界面粘附性分析

《瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》第4.8.6 粗集料與瀝青的粘附性應(yīng)符合表4.8.5（上面層要求達(dá)到5級(jí)）的要求，當(dāng)使用不符要求的粗集料時(shí)，宜摻加消石灰、水泥或用飽和石灰水處理后使用，必要時(shí)可同時(shí)在瀝青中摻加耐熱、耐水、長(zhǎng)期性能好的抗剝落劑?！凹虾蜑r青的粘附性指標(biāo)是我國(guó)特有的，在國(guó)外一般沒(méi)有，只要求瀝青混合料滿足水穩(wěn)定性指標(biāo)即可。所以粘附性僅僅是初選集料品種的參考性指標(biāo)，不能看得太重，而且它很可能提供一種假象。例如只要一摻加抗剝落劑就能使粘附性提高到5級(jí)，但并不能說(shuō)明使用中的水穩(wěn)定性就好。我國(guó)有許多地區(qū)盛產(chǎn)花崗巖，它與瀝青粘結(jié)性較差，但其他性質(zhì)都較好，國(guó)外通常采取摻加消石灰、水泥等措施，有時(shí)為了保險(xiǎn)也同時(shí)摻加抗剝落劑，在抗剝落劑的前面都加上“耐熱的、具有良好長(zhǎng)期性能的”條件?！?/p>

“關(guān)于使用消石灰的效果已經(jīng)為國(guó)內(nèi)外的大量研究證實(shí)。SHRP研究成果對(duì)長(zhǎng)期以來(lái)使用了胺類抗剝落劑的瀝青混合料的耐久性提出了異議后，更重視采用消石灰和水泥作為主要的抗剝落劑?！薄皳郊影奉惐砻婊钚詣┐_實(shí)會(huì)使粘附性的室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果十分滿意，但這種材料的耐熱性差和水溶性的缺點(diǎn)將隨使用時(shí)間的延長(zhǎng)，致使長(zhǎng)期效果受到影響，甚至?xí)篂r青乳化而隨水流走?！薄耙恍﹪?guó)家提出，即使使用石灰?guī)r也需要摻加消石灰。需要注意的是，當(dāng)摻加消石灰或水泥后，由于其比表面要比石粉大得多，設(shè)計(jì)的最佳瀝青用量通常需要增加0.2%～0.4%左右?！?/p>

2.3 使用消石灰替代部分礦粉的技術(shù)效果

相關(guān)文獻(xiàn)資料表明，《高速公路瀝青路面早期損壞分析與防治對(duì)策》對(duì)提高混合料水穩(wěn)性將摻加消石灰作為首選措施，提出適宜用量為總質(zhì)量的1%～2%；水泥取代部分礦粉可以顯著改善混合料的水穩(wěn)性和抗車轍性能，其最佳參量在混合料總質(zhì)量的3%～4%；摻加消石灰或水泥能夠大幅改善瀝青混合料的水穩(wěn)性和高溫穩(wěn)定性，并對(duì)其低溫性質(zhì)影響不大，消石灰的最佳摻量在1%～2%。本項(xiàng)目進(jìn)行了開級(jí)配混合料（更能檢驗(yàn)不同材料水穩(wěn)性的比對(duì)效果）對(duì)水泥和石灰的效果進(jìn)行了充分試驗(yàn)，試驗(yàn)表明，在水穩(wěn)性指標(biāo)上，添加消石灰組優(yōu)于添加水泥組，而后者又明顯優(yōu)于只使用礦粉做填料的情況，如對(duì)浸水車轍試驗(yàn)后對(duì)瀝青剝落情況的觀察分析。如圖4所示。

對(duì)消石灰的車轍試驗(yàn)結(jié)果，如圖5、圖6、圖7和圖8所示。

不同填料的抗剝落性對(duì)比（其中，前三種使用普通SBS改性瀝青，改變填料種類和摻配比例，第四組使用高粘度改性瀝青）。

對(duì)使用不同填料抗剝落性能的對(duì)比評(píng)價(jià)，見表1。

3 實(shí)際應(yīng)用

上述分析與試驗(yàn)表明消石灰代替部分礦粉能有效提高瀝青混合料的水穩(wěn)定性能，是一種較好的抗剝離措施。但消石灰中不同程度的摻雜有未充分熟化的生石灰，將對(duì)瀝青混凝土產(chǎn)生不良影響，因此，需檢驗(yàn)消石灰中含部分生石灰對(duì)瀝青混合料性能的影響，本項(xiàng)目對(duì)摻入的消石灰（含不同比例生石灰）的AC-25混合料進(jìn)行了體積安定性試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，消石灰中摻入的生石灰含量在10%以內(nèi)時(shí)，體積安定性符合規(guī)范要求，瀝青混合料試件未出現(xiàn)裂紋，當(dāng)生石灰含量超過(guò)10%，特別是生石灰含量超過(guò)50%時(shí)，瀝青混合料試件均出現(xiàn)不同程度的裂紋，試件不合格，故在摻入消石灰替代部分礦粉提高瀝青混合料抗水損害性能時(shí)，應(yīng)將消石灰中生石灰的含量控制在10%以內(nèi)。

路面面層配合比設(shè)計(jì)完成后，只需將消石灰替代部分礦粉，重新進(jìn)行配合比指標(biāo)的驗(yàn)證，必要時(shí)對(duì)最佳油石比進(jìn)行少量調(diào)整；本項(xiàng)目利用沿線專門的石灰廠，自行加工礦粉，添加消石灰等外加材料只需在母材中按比例投入即刻，并不增加任何加工費(fèi)用。增加的成本只是消石灰與礦粉的差價(jià)，消石灰摻量按照上面層工程1%～2%（集料總質(zhì)量的比例）計(jì)算消石灰用量（具體通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比確定），加工礦粉時(shí)，根據(jù)各自母材添加設(shè)備情況選擇將石灰與集料預(yù)先按照比例混合、調(diào)節(jié)兩料斗比例等措施實(shí)現(xiàn)設(shè)定比例的添加。消石灰、礦粉混合填料在通風(fēng)干燥，不得受潮空間儲(chǔ)存。

4 結(jié)論與建議

①本項(xiàng)目使用玄武巖和輝綠巖作為瀝青混合料的粗集料不需要摻加消石灰、水泥或用飽和石灰水處理后使用。消石灰其PH值較高，能與呈一定酸性的瀝青結(jié)合成鹼土鹽，極大改善瀝青-填料這一膠漿系統(tǒng)的粘附性能，而瀝青膠漿系統(tǒng)才是真正將粗細(xì)集料粘附在一起的結(jié)合料。

本項(xiàng)目瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)確定時(shí)使用沿線石灰廠材料添加消石灰取代部分礦粉，最佳經(jīng)濟(jì)效益比地獲得了路面抗水損害性能和抗車轍性能的綜合改善，

②瀝青與集料粘附性指標(biāo)對(duì)混合料水穩(wěn)定性影響大，在重視其粘附性的強(qiáng)度時(shí)還應(yīng)重視其耐久性。因此，加強(qiáng)混合料水穩(wěn)性的措施總是“不多余”，粗集料使用時(shí)，即使是石灰?guī)r也可摻加消石灰，改善粗細(xì)集料的棱角性；瀝青可使用粘度高的瀝青或硬質(zhì)瀝青；摻加抗剝離劑需通過(guò)試驗(yàn)確認(rèn)具有長(zhǎng)期、耐熱的效果。

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