沿海地區消石灰對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

瀝青混合料如果沒有足夠的黏結力，在實際運行過程中表現出松散坑洞等問題，就會導致公路質量大幅度下降，因而相關方面的研究有著十分重要的應用意義，必須要強化相關的防治措施研究，但對于使用不同的抗剝落措施，也給瀝青路面施工帶來了不同的影響。

2 相關背景

浙江省甬臺溫高速公路復線溫州靈昆—閣巷段第10 標段路面工程，包括38km 橋梁和6km 路基的瀝青混凝土路面施工，根據浙江省瀝青路面施工相關技術要求，消石灰作為抗剝落措施的首選材料。是否使用抗剝落劑，則是根據施工中實際的集料和瀝青性能來確定的，而抗剝落措施的選用，也要根據路面環境來確定。

施工地處亞熱帶季風區，四季分明，雨量充沛，多年平均降水量1876.9mm，年降雨量在1280～2458mm。降雨量年內分配不均勻，主要集中在5～7 月的梅雨期和8～9 月的臺風期[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理，充分認識并積極應用和改進該技術具有重要意義。

3.1 力學理論

根據這一理論，瀝青與集料-磨石界面的結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密切相關，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，瀝青產生吸附效果，同時，因為毛細作用而逐漸穿透礦物當中的裂隙，這不僅增加了二者結合后的總內表面積，而且在硬化后形成力學結合，起到斷裂和錨固的作用，從而增加了黏結力。

3.2 化學反應理論

瀝青和集料之間的黏結過程，并非是單純的物理變化，而是瀝青和集料之間發生了復雜的物理化學反應，它們相互結合，強度足以不被水分子破壞。瀝青由多種大分子有機化合物組成，其中含有大量的酸堿化合物。花崗巖等酸性團聚體表面無堿活性中心。二者主要依靠機械力，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，形成幾乎不溶性物質，具有良好的黏結性[2]。

3.3 表面能理論

根據表面能理論，解釋了自由表面能作用下濕瀝青混合料的黏結性能。瀝青在集料表面流動和覆蓋的能力稱為瀝青潤濕性，它與集料的表面能和瀝青本身的黏附性有關。瀝青逐漸擴散的過程中，會漸漸潤濕集料的表面，這樣的過程中，集料吸引瀝青分子，從而有效對接降低了體系表面的自由能。在無水條件下，集料和瀝青的表面張力小于集料和空氣系統以及空氣瀝青系統的表面張力。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之間的表面張力。瀝青通過能量交換與集料表面緊密結合。瀝青和集料進行相互黏結的過程中，表面的自由能會逐漸降低或增加，進而自由能就產生一系列的變化。

4 浸水馬歇爾試驗

為了對比驗證消石灰和普通抗剝落劑A 對瀝青混合料的實際影響，人們用浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗來驗證混合料的水穩定性，采用剛拌和好的瀝青混合料進行浸水馬歇爾試驗，然而，瀝青路面一般是在通車幾年后才發生水損壞，即使瀝青路面發生早期水損壞，一般也在通車1～2a 后[3]，因此，本次試驗采用經過短期老化和長期老化的混合料進行試驗。3 種混合料ac-13 在油石比均為5.1%時的浸水馬歇爾試驗結果見圖1。

從試驗結果可以看出：

1）3 種新拌混合料的殘留穩定度都滿足規范的要求，3 種混合料的殘留穩定度為： 消石灰＞抗剝落劑A＞未摻加抗剝落劑；短期老化后，3 種混合料的殘留穩定度都有所下降,其排序為：消石灰＞抗剝落劑A＞未摻加抗剝落劑，2 種抗剝落劑的差距為0.7%；長期老化后，3 種混合料的殘留穩定度都大幅下降，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定度

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

5 抗剝落劑實際使用的問題

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，瀝青路面施工規范符合要求，但出現大量白斑，白斑與酸堿均發生反應，經檢測為碳酸鈣等碳酸鹽。路基段的瀝青路面未出現白斑現象。

原因分析：經過試驗、反復討論、分析總結，白斑的形成有2 種：第一，未參與瀝青集料反應的消石灰在高溫狀態下，分解成氧化鈣和鈣離子等物質存在于瀝青混合料中，在施工完成后，長時間與雨水和二氧化碳作用，生成碳酸鈣等碳酸鹽，導致白斑出現。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，通過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。而水環境的出現，也正是因為橋面混凝土施工平整度等問題導致雨水聚集在瀝青混合料之間無法及時排出，這也是橋面出現白斑而路基上路面未出現白斑的主要原因。

解決措施：第一，在橋面瀝青路面施工前，對平整度不合格等導致積水的水泥混凝土橋面進行處理，在不影響橋梁結構前提下，可進行銑刨，開槽鋪設盲溝以及鉆孔排水的方式進行處理。若施工后出現白斑，可采取鉆孔排水的方式，減輕病害，必要時需返工處理。

第二，嚴把橋面拋丸施工質量關，將水泥浮漿和表面灰塵清理徹底。第三，橋面防水施工無漏撒，無破損[6]。

5.2 抗剝落劑使用

在施工使用液體抗剝落劑的地段，均未產生大面積白斑現象，極少部分橋面出現白斑和黃斑，但是，抗剝落劑的高溫穩定性有待進一步探究。

6 結語

加入消石灰和抗剝落劑對提高瀝青混合料的黏結力都起到了一定作用，消石灰的加入效果要優于使用抗剝落劑，但在高溫、多雨、潮濕的沿海地區瀝青橋面鋪裝施工中，對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消失，但對于消石灰加入瀝青混合料后，在一定條件下產生的白斑，對瀝青路面長久使用性能的影響，以及抗剝落高溫穩定性對瀝青路面使用性能的影響，也將是人們后續要研究的主要方向。