沥青混合料中碱性填料替代部分矿粉提高水稳定性的实际应用

陈思胜

摘 要：文章阐述某一多雨地区高速公路沥青路面混合料配比确定中，通过对沥青混合料填料改变或掺加抗剥落剂对粘附性的影響以及沥青路路面结构抗水损害性能的分析，提出在气候条件、主材来源已确定的背景下用碱性较强的消石灰替换部分矿粉能使沥青混合料的性能得到综合改善的实际效果，为类似工程施工中选择材料、优化混合料性能以提高沥青路面水稳定性提供了实际依据。

关键词：沥青混合料；填料；粘附性；抗水损害

中图分类号：TU528 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）12-0176-03

沥青路面上面层直接承受交通荷载、雨水侵蚀、阳光辐射等各种不利因素的长期作用，常出现坑槽、唧浆、松散、车辙等病害，不仅造成高速公路后期维修养护成本加大，而且严重影响行车安全。因此，沥青路面尤其是上面层的抗水损坏、抗车辙能力至关重要，为提高上面层混合料的水稳性，在强调完善排水设施外，改变沥青混合料组成材料性能是经常采用的方式，国内普遍采取在上面层添加抗剥落剂的措施，或使用消石灰、水泥等碱性较强的填料替代部分矿粉。

1 工程实例

本高速公路全长140 km，为国道主干线中的一段，承担繁忙的交通任务，以货运为主，重载车辆多；为重丘陵山区高速公路，沿线盛产石材，气候条件较为苛刻的2-4区，年降雨量在 1 000 mm以上，持续时间长；夏季高温持续时间长，最高气温高。沥青采用SBS沥青、SK70#基质沥青的湖沥青，石料为玄武岩和辉绿岩。

鉴于该高速公路地处高温多雨地区，在应对抗车辙和水损坏的措施方面尚不够充分，沥青只是上面层使用普通改性沥青，混合料类型均采用C型，C型的特点是高温稳定性较好，但施工变异性不容易控制，容易导致局部离析、渗水等诱发水损坏的缺陷。为

此，在实际施工中采取添加消石灰替代部分矿粉即获得路面抗水损害性能和抗车辙性能的综合改善，主要是基于现场施工经济效益比以及该技术的成熟可靠而之所以添加消石灰而不是其他抗剥离剂。

2 原因分析

2.1 水损坏和车辙的分析

2.1.1 水损坏和车辙表现形式

水损坏和车辙病害是高温多雨地区沥青路面的主要损坏模式。水损坏的外观表现为坑槽、唧浆、松散等，车辙主要为行车道在高温和重载交通作用下混合料出现流动变形、形成两条明显轮辙。部分高速水损坏和车辙病害的典型外观，如图1、图2和图3所示。

2.1.2 减少路面水损害和提高路面抗车辙性能的措施

减少沥青路面水损坏的措施主要有：

一是完善各种排水设施，防止水分侵入路面结构，当前国内也在普遍强调这方面的工作，但由于目前排水设计不完善以及施工偏位等因素，往往难以达到理想效果；且即便是排水设施较好，仍然难以阻止水分通过表面局部空隙和中央分隔带等侵入路面结构，这已为诸多关于水损坏的调查所证明。

二是通过材料选择、配合比设计和混合料性能优化，提高混合料的水稳性。这是本项目也是当前可有较大作为的空间，其主要具体对策有：选择粘附性高的沥青；选择洁净度高、粘附性好的集料；对混合料设计加强密水性能的优化；掺加抗剥落剂提高沥青与集料的粘附性能。

从这几种措施看，一方面仍然是防止水分渗入路面结构，只是在排水设施之外又通过混合料本身的密水性能设计来进一步保证；另一方面都集中在改善沥青与集料的作用界面、提高两种材料的粘附性来提高混合料自身的水稳定性。

2.2 沥青与集料的作用界面粘附性分析

《沥青路面施工技术规范》第4.8.6 粗集料与沥青的粘附性应符合表4.8.5（上面层要求达到5级）的要求，当使用不符要求的粗集料时，宜掺加消石灰、水泥或用饱和石灰水处理后使用，必要时可同时在沥青中掺加耐热、耐水、长期性能好的抗剥落剂。“集料和沥青的粘附性指标是我国特有的，在国外一般没有，只要求沥青混合料满足水稳定性指标即可。所以粘附性仅仅是初选集料品种的参考性指标，不能看得太重，而且它很可能提供一种假象。例如只要一掺加抗剥落剂就能使粘附性提高到5级，但并不能说明使用中的水稳定性就好。我国有许多地区盛产花岗岩，它与沥青粘结性较差，但其他性质都较好，国外通常采取掺加消石灰、水泥等措施，有时为了保险也同时掺加抗剥落剂，在抗剥落剂的前面都加上“耐热的、具有良好长期性能的”条件。”

“关于使用消石灰的效果已经为国内外的大量研究证实。SHRP研究成果对长期以来使用了胺类抗剥落剂的沥青混合料的耐久性提出了异议后，更重视采用消石灰和水泥作为主要的抗剥落剂。”“掺加胺类表面活性剂确实会使粘附性的室内试验结果十分满意，但这种材料的耐热性差和水溶性的缺点将随使用时间的延长，致使长期效果受到影响，甚至会使沥青乳化而随水流走。”“一些国家提出，即使使用石灰岩也需要掺加消石灰。需要注意的是，当掺加消石灰或水泥后，由于其比表面要比石粉大得多，设计的最佳沥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矿粉的技术效果

相关文献资料表明，《高速公路沥青路面早期损坏分析与防治对策》对提高混合料水稳性将掺加消石灰作为首选措施，提出适宜用量为总质量的1%～2%；水泥取代部分矿粉可以显著改善混合料的水稳性和抗车辙性能，其最佳参量在混合料总质量的3%～4%；掺加消石灰或水泥能够大幅改善沥青混合料的水稳性和高温稳定性，并对其低温性质影响不大，消石灰的最佳掺量在1%～2%。本项目进行了开级配混合料（更能检验不同材料水稳性的比对效果）对水泥和石灰的效果进行了充分试验，试验表明，在水稳性指标上，添加消石灰组优于添加水泥组，而后者又明显优于只使用矿粉做填料的情况，如对浸水车辙试验后对沥青剥落情况的观察分析。如图4所示。

对消石灰的车辙试验结果，如图5、图6、图7和图8所示。

不同填料的抗剥落性对比（其中，前三种使用普通SBS改性沥青，改变填料种类和掺配比例，第四组使用高粘度改性沥青）。

对使用不同填料抗剥落性能的对比评价，见表1。

3 实际应用

上述分析与试验表明消石灰代替部分矿粉能有效提高沥青混合料的水稳定性能，是一种较好的抗剥离措施。但消石灰中不同程度的掺杂有未充分熟化的生石灰，将对沥青混凝土产生不良影响，因此，需检验消石灰中含部分生石灰对沥青混合料性能的影响，本项目对掺入的消石灰（含不同比例生石灰）的AC-25混合料進行了体积安定性试验，试验结果表明，消石灰中掺入的生石灰含量在10%以内时，体积安定性符合规范要求，沥青混合料试件未出现裂纹，当生石灰含量超过10%，特别是生石灰含量超过50%时，沥青混合料试件均出现不同程度的裂纹，试件不合格，故在掺入消石灰替代部分矿粉提高沥青混合料抗水损害性能时，应将消石灰中生石灰的含量控制在10%以内。

路面面层配合比设计完成后，只需将消石灰替代部分矿粉，重新进行配合比指标的验证，必要时对最佳油石比进行少量调整；本项目利用沿线专门的石灰厂，自行加工矿粉，添加消石灰等外加材料只需在母材中按比例投入即刻，并不增加任何加工费用。增加的成本只是消石灰与矿粉的差价，消石灰掺量按照上面层工程1%～2%（集料总质量的比例）计算消石灰用量（具体通过试验对比确定），加工矿粉时，根据各自母材添加设备情况选择将石灰与集料预先按照比例混合、调节两料斗比例等措施实现设定比例的添加。消石灰、矿粉混合填料在通风干燥，不得受潮空间储存。

4 结论与建议

①本项目使用玄武岩和辉绿岩作为沥青混合料的粗集料不需要掺加消石灰、水泥或用饱和石灰水处理后使用。消石灰其PH值较高，能与呈一定酸性的沥青结合成硷土盐，极大改善沥青-填料这一胶浆系统的粘附性能，而沥青胶浆系统才是真正将粗细集料粘附在一起的结合料。

本项目沥青混合料配合比设计确定时使用沿线石灰厂材料添加消石灰取代部分矿粉，最佳经济效益比地获得了路面抗水损害性能和抗车辙性能的综合改善，

②沥青与集料粘附性指标对混合料水稳定性影响大，在重视其粘附性的强度时还应重视其耐久性。因此，加强混合料水稳性的措施总是“不多余”，粗集料使用时，即使是石灰岩也可掺加消石灰，改善粗细集料的棱角性；沥青可使用粘度高的沥青或硬质沥青；掺加抗剥离剂需通过试验确认具有长期、耐热的效果。

参考文献：

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