瀝青混合料中堿性填料替代部分礦粉提高水穩定性的實際應用

陳思勝

摘 要：文章闡述某一多雨地區高速公路瀝青路面混合料配比確定中，通過對瀝青混合料填料改變或摻加抗剝落劑對粘附性的影響以及瀝青路路面結構抗水損害性能的分析，提出在氣候條件、主材來源已確定的背景下用堿性較強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際效果，為類似工程施工中選擇材料、優化混合料性能以提高瀝青路面水穩定性提供了實際依據。

關鍵詞：瀝青混合料；填料；粘附性；抗水損害

中圖分類號：TU528 文獻標識碼：A 文章編號：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、陽光輻射等各種不利因素的長期作用，常出現坑槽、唧漿、松散、車轍等病害，不僅造成高速公路后期維修養護成本加大，而且嚴重影響行車安全。因此，瀝青路面尤其是上面層的抗水損壞、抗車轍能力至關重要，為提高上面層混合料的水穩性，在強調完善排水設施外，改變瀝青混合料組成材料性能是經常采用的方式，國內普遍采取在上面層添加抗剝落劑的措施，或使用消石灰、水泥等堿性較強的填料替代部分礦粉。

1 工程實例

本高速公路全長140 km，為國道主干線中的一段，承擔繁忙的交通任務，以貨運為主，重載車輛多；為重丘陵山區高速公路，沿線盛產石材，氣候條件較為苛刻的2-4區，年降雨量在 1 000 mm以上，持續時間長；夏季高溫持續時間長，最高氣溫高。瀝青采用SBS瀝青、SK70#基質瀝青的湖瀝青，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，在應對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型的特點是高溫穩定性較好，但施工變異性不容易控制，容易導致局部離析、滲水等誘發水損壞的缺陷。為

此，在實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，主要是基于現場施工經濟效益比以及該技術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 水損壞和車轍表現形式

水損壞和車轍病害是高溫多雨地區瀝青路面的主要損壞模式。水損壞的外觀表現為坑槽、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流動變形、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施，防止水分侵入路面結構，當前國內也在普遍強調這方面的工作，但由于目前排水設計不完善以及施工偏位等因素，往往難以達到理想效果；且即便是排水設施較好，仍然難以阻止水分通過表面局部空隙和中央分隔帶等侵入路面結構，這已為諸多關于水損壞的調查所證明。

二是通過材料選擇、配合比設計和混合料性能優化，提高混合料的水穩性。這是本項目也是當前可有較大作為的空間，其主要具體對策有：選擇粘附性高的瀝青；選擇潔凈度高、粘附性好的集料；對混合料設計加強密水性能的優化；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構，只是在排水設施之外又通過混合料本身的密水性能設計來進一步保證；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提高混合料自身的水穩定性。

2.2 瀝青與集料的作用界面粘附性分析

《瀝青路面施工技術規范》第4.8.6 粗集料與瀝青的粘附性應符合表4.8.5（上面層要求達到5級）的要求，當使用不符要求的粗集料時，宜摻加消石灰、水泥或用飽和石灰水處理后使用，必要時可同時在瀝青中摻加耐熱、耐水、長期性能好的抗剝落劑。“集料和瀝青的粘附性指標是我國特有的，在國外一般沒有，只要求瀝青混合料滿足水穩定性指標即可。所以粘附性僅僅是初選集料品種的參考性指標，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，但并不能說明使用中的水穩定性就好。我國有許多地區盛產花崗巖，它與瀝青粘結性較差，但其他性質都較好，國外通常采取摻加消石灰、水泥等措施，有時為了保險也同時摻加抗剝落劑，在抗剝落劑的前面都加上“耐熱的、具有良好長期性能的”條件。”

“關于使用消石灰的效果已經為國內外的大量研究證實。SHRP研究成果對長期以來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。”“摻加胺類表面活性劑確實會使粘附性的室內試驗結果十分滿意，但這種材料的耐熱性差和水溶性的缺點將隨使用時間的延長，致使長期效果受到影響，甚至會使瀝青乳化而隨水流走。”“一些國家提出，即使使用石灰巖也需要摻加消石灰。需要注意的是，當摻加消石灰或水泥后，由于其比表面要比石粉大得多，設計的最佳瀝青用量通常需要增加0.2%～0.4%左右。”

2.3 使用消石灰替代部分礦粉的技術效果

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

對消石灰的車轍試驗結果，如圖5、圖6、圖7和圖8所示。

不同填料的抗剝落性對比（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）。

對使用不同填料抗剝落性能的對比評價，見表1。

3 實際應用

上述分析與試驗表明消石灰代替部分礦粉能有效提高瀝青混合料的水穩定性能，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，將對瀝青混凝土產生不良影響，因此，需檢驗消石灰中含部分生石灰對瀝青混合料性能的影響，本項目對摻入的消石灰（含不同比例生石灰）的AC-25混合料進行了體積安定性試驗，試驗結果表明，消石灰中摻入的生石灰含量在10%以內時，體積安定性符合規范要求，瀝青混合料試件未出現裂紋，當生石灰含量超過10%，特別是生石灰含量超過50%時，瀝青混合料試件均出現不同程度的裂紋，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，應將消石灰中生石灰的含量控制在10%以內。

路面面層配合比設計完成后，只需將消石灰替代部分礦粉，重新進行配合比指標的驗證，必要時對最佳油石比進行少量調整；本項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用。增加的成本只是消石灰與礦粉的差價，消石灰摻量按照上面層工程1%～2%（集料總質量的比例）計算消石灰用量（具體通過試驗對比確定），加工礦粉時，根據各自母材添加設備情況選擇將石灰與集料預先按照比例混合、調節兩料斗比例等措施實現設定比例的添加。消石灰、礦粉混合填料在通風干燥，不得受潮空間儲存。

4 結論與建議

①本項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合成鹼土鹽，極大改善瀝青-填料這一膠漿系統的粘附性能，而瀝青膠漿系統才是真正將粗細集料粘附在一起的結合料。

本項目瀝青混合料配合比設計確定時使用沿線石灰廠材料添加消石灰取代部分礦粉，最佳經濟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對混合料水穩定性影響大，在重視其粘附性的強度時還應重視其耐久性。因此，加強混合料水穩性的措施總是“不多余”，粗集料使用時，即使是石灰巖也可摻加消石灰，改善粗細集料的棱角性；瀝青可使用粘度高的瀝青或硬質瀝青；摻加抗剝離劑需通過試驗確認具有長期、耐熱的效果。

參考文獻：

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