酸性集料用于高模量瀝青碎石基層施工的性能改善策略

施喜孝

（中交四航局第三工程有限公司，廣東 湛江 524099）

1 工程概況

喀麥隆克里比疏港高速公路工程位于非洲中西部，施工現場地質條件欠佳，基底地層頂部以粉（砂）質黏性土、片麻巖殘積土及砂土居多。鑒于現場施工條件的特殊性，瀝青混合料生產中使用了適量片麻巖酸性巖集，將此部分作為集料而使用，但生產所得的瀝青黏附性較差，易發生膠凝剝落的現象，嚴重影響路面的正常使用。

2 酸性集料與瀝青道路施工質量的關系

酸性集料的主要特征在于其外部存在豐富的未飽和鍵，當材料與水接觸后將通過氫鍵等方式混合為整體，但并不具備與游離的鍵高效融合的能力，因此，在投入使用后極易出現脫落，嚴重影響路面的穩定性。一般而言，石料的酸堿性按巖石中SiO2含量的大小，可分為堿性石料、中性石料、酸性石料3 種巖性，且酸性集料的堿度模數M 數值小于0.6。

本工程中，瀝青混凝土分布大量的白點裂縫，其主要成因在于：

1）碎石材料質量欠佳，其中石英、云母以及石英石的含量相對較高，在高溫環境中受外力的作用易處于破碎狀態，由此形成 “白點”。工程施工選用的云母片麻巖具有酸性特質，因此，在與瀝青混合后難以形成穩定的黏附關系。

2）施工所用的瀝青抗剝落劑用量未得到有效的控制，導致瀝青與集料的黏附效果相對較差；攤鋪工藝不合理，如施工溫度偏低，導致瀝青的動力黏度明顯偏小，不具備足夠的黏附性，在經過輕微的碾壓處理后將發生瀝青剝落現象。

3 改善酸性集料性能的相關試驗及具體措施

3.1 試驗材料的選擇

試驗材料的選擇，會直接影響后期基層路面的實際施工。因此，在材料方面的選擇，除抗剝離劑和其他不同的摻劑外，還需從集料本身和瀝青的性質入手，并采取一定的措施以降低材料本身的酸性，來提高道路的耐久性和使用性。首先，是瀝青的選擇，瀝青本身的黏度是集料與瀝青相互黏合的基礎，其黏度越大，抗剝離性能也就越好。其次，是混合材料的挑選，從以往的經驗可知，SiO2含量的高低是導致集料剝離的直接因素。對于酸性集料來說，SiO2的含量高于66%時耐磨性欠佳，表面也都帶有負電荷，易剝落，不利于基層路面的施工，所以在施工前要通過一定的試驗，加入定量的、表面帶正荷且具有親油性的堿性材料，通過拌和將其表面堿性化，降低針入度，以此來增加瀝青和礦料間的黏結度，從而更好地適用于基層路面的施工。

本次試驗中，根據現場情況選擇質量良好、采購便捷的材料，瀝青為JOIL 牌A-50，通過對該材料的性能檢驗后得知其各項指標表現良好，達到A 級50 號道路石油瀝青質量標準。所有集料都產自Eboudja 石場，填料為CINAF CPJ35水泥。高模量劑采購于法國的PR INDUSTRIE 公司，并使用BA3 型抗剝落劑。

3.2 具體改善措施

3.2.1 石英集料加熱時的性能試驗

PK12 瀝青熱拌和站內部結構組成中，熱料倉為重要部分，其具有篩分的作用，從該處選擇16～19mm、19～26.5mm的集料，將其用于試驗分析。為消除外界因素對試驗結果的不良影響，將樣品沖洗干凈，經過烘干處理后使其達到恒重狀態，并均勻分為4 組。其中，設置第1 試驗組，均由無摻雜任何石英的集料組成，烘干溫度105℃；第2、第3 組均為石英摻雜的集料，兩者材料組成保持一致，有所不同的是烘干溫度，依次為105℃、135℃；剩余的第4 組則為對照組，選用的是挑選的石英集料，其烘干溫度為180℃。依據JTG 142—2005《公路工程集料試驗規程》規范組織試驗，所得結果見表1。

根據表1 可知，第1 組的磨損值相對其他3 組較小，含有石英的集料存在較明顯的磨損現象，雖然溫度對磨損值具有影響，但其幅度極為微弱。由此表明，集料中含有易磨損的石英組分是導致“白點”的關鍵原因。

3.2.2 瀝青與集料的黏附性試驗

根據JTG F 40—2004《公路瀝青路面施工技術規范》[1]的相關規定可以得知，其對于高速公路沿線潮濕地段（判斷指標為年降雨量，應當超過1 000mm）的粗集料與瀝青黏附性都提出較高的要求，即除了表面層外的剩余結構層所用材料的黏附性必須達到4 級或更高[2]。此外，分別進行4 組試驗：取瀝青與集料，對各自的黏附性展開分析，未摻入抗剝落劑視為試驗1，摻入抗剝劑則視為試驗2；再設置試驗3、試驗4 兩個組合，選取含有抗剝落劑且經過老化的瀝青，不同的是試驗3 使用未摻入石英的集料，試驗4 使用摻入石英的集料，由此對其黏附性展開探討。

表1 粗集料磨耗試驗結果

根據所得試驗結果可知：試驗2 在黏附性方面的表現明顯優于試驗1；試驗3 中選用的是老化瀝青，同時其含有抗剝落劑，該材料與集料的黏附性雖然有所變動但幅度較為微弱，可滿足要求，并且具有加熱穩定性好的基本特性；試驗4的瀝青材料雖然與試驗3 并無差別，但其選用的是摻入石英的集料，導致黏附性大打折扣（見表2）。

表2 瀝青與集料黏附性試驗對比

因此，抗剝落劑的工程性能優良，將其摻入瀝青后，有助于增強瀝青與集料的黏附性，并且在熱穩定性方面的表現也較為良好，即便在較高的溫度環境下其依然可以正常使用。但由于石英的存在，瀝青的黏附性明顯不足。

3.2.3 瀝青混合料的水穩定性試驗

進一步對瀝青混合料用車轍的試驗方法進行試驗（見表3）。根據試驗結果可知，對于不存在任何瀝青抗剝落劑的組別而言，其具有的馬歇爾殘留穩定性未達標，同時在真空飽水馬歇爾殘留穩定度方面的表現也相對較差，表明該組混合料不具備良好的水穩定性；若摻入抗剝落劑，此時2 項指標都達標，瀝青混合料具有相對較好的水穩定性；對于經過老化后的組別，其在真空飽水馬歇爾殘留穩定度方面的表現良好，短期的老化，對水穩定性未造成明顯影響。

表3 瀝青混合料馬歇爾穩定度試驗結果

3.2.4 優化瀝青混合料配合比及施工工藝

集料在含有較多石英的情況下將對其工程性能造成影響，為解決此問題，試驗人員在集料母材中精心挑選，獲得含有較少石英的母材，將其投入到集料生產中。

通過對試驗結果的分析得知：為有效避免基層“白點”現象，最為關鍵的是挑選高質量的母巖，盡可能減少石英的含量；并以實際施工情況為準，優化瀝青混合配比，以確保粉膠比控制在許可范圍內，從而增強瀝青混合料的工程性能，使其在高溫穩定性、水穩定性方面都具有較好的表現；適當提升出料溫度，保證瀝青與集料可得到充分的混合，使生產所得的混合料具有更強的黏聚性。

4 結語

綜上所述，“白點”裂縫是案例工程中極為普遍的質量問題。通過降低集料中石英含量，添加適量的抗剝落劑等工藝，可以有效消除“白點”裂縫現象，提升施工質量效果，耐久性、安全性等方面也得到改善，值得同類工程借鑒。