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

它是根據物質的極性產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，就發生剝離。

綜上所述，剝離的原因具體可分為構成混合料材料的性質等內部原因和作用于混合料的水及交通荷載等外部原因。內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構，一般地講，瀝青用量大、2.5mm通過量多的連續型密級配混合料能有效地防止水害的發生。

我國瀝青混凝土級配技術指標中，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，根據地域氣候條件不同采用種類也不同，我國大部分地區表面層多采用LH－20I(AC－16I)型級配，在北方寒冷地區多采用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，否則會影響膠漿結成，此檔料可由礦粉進行調整;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。空隙率小于4%，混合料處于致密狀態，基本不滲水不易發生水損害，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，最易發生水損害，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 結構上的對策

(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，如石灰巖、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量，保證充分壓實。

嚴格控制路面基層的施工質量，對水穩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花白料，但時間過長會影響拌和樓產量。拌和時間可根據拌和樓試拌確定。

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，一旦路面發生破壞，立即進行封層等修補處理。

3 結束語

路面的剝離現象是非常復雜的，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、統籌兼顧。