沿海地區(qū)消石灰對(duì)瀝青路面性能影響的研究

鄭雪冰

（中交路橋華東工程有限公司，上海201210）

1 引言

瀝青混合料如果沒(méi)有足夠的黏結(jié)力，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中表現(xiàn)出松散坑洞等問(wèn)題，就會(huì)導(dǎo)致公路質(zhì)量大幅度下降，因而相關(guān)方面的研究有著十分重要的應(yīng)用意義，必須要強(qiáng)化相關(guān)的防治措施研究，但對(duì)于使用不同的抗剝落措施，也給瀝青路面施工帶來(lái)了不同的影響。

2 相關(guān)背景

浙江省甬臺(tái)溫高速公路復(fù)線溫州靈昆—閣巷段第10 標(biāo)段路面工程，包括38km 橋梁和6km 路基的瀝青混凝土路面施工，根據(jù)浙江省瀝青路面施工相關(guān)技術(shù)要求，消石灰作為抗剝落措施的首選材料。是否使用抗剝落劑，則是根據(jù)施工中實(shí)際的集料和瀝青性能來(lái)確定的，而抗剝落措施的選用，也要根據(jù)路面環(huán)境來(lái)確定。

施工地處亞熱帶季風(fēng)區(qū)，四季分明，雨量充沛，多年平均降水量1876.9mm，年降雨量在1280～2458mm。降雨量年內(nèi)分配不均勻，主要集中在5～7 月的梅雨期和8～9 月的臺(tái)風(fēng)期[1]。

3 瀝青混合料的作用

研究瀝青與礦物材料的相互作用機(jī)理，充分認(rèn)識(shí)并積極應(yīng)用和改進(jìn)該技術(shù)具有重要意義。

3.1 力學(xué)理論

根據(jù)這一理論，瀝青與集料-磨石界面的結(jié)合主要是由于瀝青與集料之間的分子力相互作用。瀝青與集料之間的分子力與集料的表面性質(zhì)密切相關(guān)，如表面粗糙度、集料粒徑、比表面積、孔隙率等，礦物材料的表面不均勻性和高孔隙率大大增加了集料的表面積，為瀝青與集料的相互作用提供了更大的工作空間。此外，骨料表面有各種形狀和尺寸的裂紋和微裂紋。在溫度較高的情況下，瀝青產(chǎn)生吸附效果，同時(shí)，因?yàn)槊?xì)作用而逐漸穿透礦物當(dāng)中的裂隙，這不僅增加了二者結(jié)合后的總內(nèi)表面積，而且在硬化后形成力學(xué)結(jié)合，起到斷裂和錨固的作用，從而增加了黏結(jié)力。

3.2 化學(xué)反應(yīng)理論

瀝青和集料之間的黏結(jié)過(guò)程，并非是單純的物理變化，而是瀝青和集料之間發(fā)生了復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)，它們相互結(jié)合，強(qiáng)度足以不被水分子破壞。瀝青由多種大分子有機(jī)化合物組成，其中含有大量的酸堿化合物。花崗巖等酸性團(tuán)聚體表面無(wú)堿活性中心。二者主要依靠機(jī)械力，所以附著力差。石灰石等堿骨料表面含有堿活性中心，瀝青中的酸組分易與堿活性中心反應(yīng)，形成幾乎不溶性物質(zhì)，具有良好的黏結(jié)性[2]。

3.3 表面能理論

根據(jù)表面能理論，解釋了自由表面能作用下濕瀝青混合料的黏結(jié)性能。瀝青在集料表面流動(dòng)和覆蓋的能力稱為瀝青潤(rùn)濕性，它與集料的表面能和瀝青本身的黏附性有關(guān)。瀝青逐漸擴(kuò)散的過(guò)程中，會(huì)漸漸潤(rùn)濕集料的表面，這樣的過(guò)程中，集料吸引瀝青分子，從而有效對(duì)接降低了體系表面的自由能。在無(wú)水條件下，集料和瀝青的表面張力小于集料和空氣系統(tǒng)以及空氣瀝青系統(tǒng)的表面張力。在這種情況下，瀝青可以鋪在集料表面。在有水的情況下，瀝青和集料之間的表面張力大于集料和水系統(tǒng)之間的表面張力。瀝青通過(guò)能量交換與集料表面緊密結(jié)合。瀝青和集料進(jìn)行相互黏結(jié)的過(guò)程中，表面的自由能會(huì)逐漸降低或增加，進(jìn)而自由能就產(chǎn)生一系列的變化。

4 浸水馬歇爾試驗(yàn)

為了對(duì)比驗(yàn)證消石灰和普通抗剝落劑A 對(duì)瀝青混合料的實(shí)際影響，人們用浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證混合料的水穩(wěn)定性，采用剛拌和好的瀝青混合料進(jìn)行浸水馬歇爾試驗(yàn)，然而，瀝青路面一般是在通車幾年后才發(fā)生水損壞，即使瀝青路面發(fā)生早期水損壞，一般也在通車1～2a 后[3]，因此，本次試驗(yàn)采用經(jīng)過(guò)短期老化和長(zhǎng)期老化的混合料進(jìn)行試驗(yàn)。3 種混合料ac-13 在油石比均為5.1%時(shí)的浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果見圖1。

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出：

1）3 種新拌混合料的殘留穩(wěn)定度都滿足規(guī)范的要求，3 種混合料的殘留穩(wěn)定度為： 消石灰＞抗剝落劑A＞未摻加抗剝落劑；短期老化后，3 種混合料的殘留穩(wěn)定度都有所下降,其排序?yàn)椋合遥究箘兟鋭〢＞未摻加抗剝落劑，2 種抗剝落劑的差距為0.7%；長(zhǎng)期老化后，3 種混合料的殘留穩(wěn)定度都大幅下降，其排序還是為：消石灰＞抗剝落劑A＞未摻加剝落劑，2 種抗剝落劑的差距略微增大，差距為1.2%[4]。

圖13 種混合料不同情況下的殘留穩(wěn)定度

2）摻加消石灰后，混合料的馬歇爾穩(wěn)定度明顯提高；摻加抗剝落劑A 后，混合料的馬歇爾穩(wěn)定度只有少許增大。說(shuō)明摻加消石灰提高了混合料的抗壓變形能力；抗剝落劑A 對(duì)混合料的抗壓變形能力影響不大[5]。

5 抗剝落劑實(shí)際使用的問(wèn)題

5.1 消石灰使用

在使用消石灰作為抗剝落措施的瀝青橋面鋪裝段，瀝青路面施工規(guī)范符合要求，但出現(xiàn)大量白斑，白斑與酸堿均發(fā)生反應(yīng)，經(jīng)檢測(cè)為碳酸鈣等碳酸鹽。路基段的瀝青路面未出現(xiàn)白斑現(xiàn)象。

原因分析：經(jīng)過(guò)試驗(yàn)、反復(fù)討論、分析總結(jié)，白斑的形成有2 種：第一，未參與瀝青集料反應(yīng)的消石灰在高溫狀態(tài)下，分解成氧化鈣和鈣離子等物質(zhì)存在于瀝青混合料中，在施工完成后，長(zhǎng)時(shí)間與雨水和二氧化碳作用，生成碳酸鈣等碳酸鹽，導(dǎo)致白斑出現(xiàn)。第二，防水層破損下層水泥混凝土橋面表層鈣、鎂、硅膠等物質(zhì)，通過(guò)水的作用由瀝青混合料空隙上浮至瀝青面層表面，形成白斑。而水環(huán)境的出現(xiàn)，也正是因?yàn)闃蛎婊炷潦┕て秸鹊葐?wèn)題導(dǎo)致雨水聚集在瀝青混合料之間無(wú)法及時(shí)排出，這也是橋面出現(xiàn)白斑而路基上路面未出現(xiàn)白斑的主要原因。

解決措施：第一，在橋面瀝青路面施工前，對(duì)平整度不合格等導(dǎo)致積水的水泥混凝土橋面進(jìn)行處理，在不影響橋梁結(jié)構(gòu)前提下，可進(jìn)行銑刨，開槽鋪設(shè)盲溝以及鉆孔排水的方式進(jìn)行處理。若施工后出現(xiàn)白斑，可采取鉆孔排水的方式，減輕病害，必要時(shí)需返工處理。

第二，嚴(yán)把橋面拋丸施工質(zhì)量關(guān)，將水泥浮漿和表面灰塵清理徹底。第三，橋面防水施工無(wú)漏撒，無(wú)破損[6]。

5.2 抗剝落劑使用

在施工使用液體抗剝落劑的地段，均未產(chǎn)生大面積白斑現(xiàn)象，極少部分橋面出現(xiàn)白斑和黃斑，但是，抗剝落劑的高溫穩(wěn)定性有待進(jìn)一步探究。

6 結(jié)語(yǔ)

加入消石灰和抗剝落劑對(duì)提高瀝青混合料的黏結(jié)力都起到了一定作用，消石灰的加入效果要優(yōu)于使用抗剝落劑，但在高溫、多雨、潮濕的沿海地區(qū)瀝青橋面鋪裝施工中，對(duì)于消石灰的使用條件則提出了更高的要求，在通車后，由消石灰引起白斑也會(huì)消失，但對(duì)于消石灰加入瀝青混合料后，在一定條件下產(chǎn)生的白斑，對(duì)瀝青路面長(zhǎng)久使用性能的影響，以及抗剝落高溫穩(wěn)定性對(duì)瀝青路面使用性能的影響，也將是人們后續(xù)要研究的主要方向。