酸性集料用于高模量沥青碎石基层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，广东 湛江 524099）

1 工程概况

喀麦隆克里比疏港高速公路工程位于非洲中西部，施工现场地质条件欠佳，基底地层顶部以粉（砂）质黏性土、片麻岩残积土及砂土居多。鉴于现场施工条件的特殊性，沥青混合料生产中使用了适量片麻岩酸性岩集，将此部分作为集料而使用，但生产所得的沥青黏附性较差，易发生胶凝剥落的现象，严重影响路面的正常使用。

2 酸性集料与沥青道路施工质量的关系

酸性集料的主要特征在于其外部存在丰富的未饱和键，当材料与水接触后将通过氢键等方式混合为整体，但并不具备与游离的键高效融合的能力，因此，在投入使用后极易出现脱落，严重影响路面的稳定性。一般而言，石料的酸碱性按岩石中SiO2含量的大小，可分为碱性石料、中性石料、酸性石料3 种岩性，且酸性集料的碱度模数M 数值小于0.6。

本工程中，沥青混凝土分布大量的白点裂缝，其主要成因在于：

1）碎石材料质量欠佳，其中石英、云母以及石英石的含量相对较高，在高温环境中受外力的作用易处于破碎状态，由此形成 “白点”。工程施工选用的云母片麻岩具有酸性特质，因此，在与沥青混合后难以形成稳定的黏附关系。

2）施工所用的沥青抗剥落剂用量未得到有效的控制，导致沥青与集料的黏附效果相对较差；摊铺工艺不合理，如施工温度偏低，导致沥青的动力黏度明显偏小，不具备足够的黏附性，在经过轻微的碾压处理后将发生沥青剥落现象。

3 改善酸性集料性能的相关试验及具体措施

3.1 试验材料的选择

试验材料的选择，会直接影响后期基层路面的实际施工。因此，在材料方面的选择，除抗剥离剂和其他不同的掺剂外，还需从集料本身和沥青的性质入手，并采取一定的措施以降低材料本身的酸性，来提高道路的耐久性和使用性。首先，是沥青的选择，沥青本身的黏度是集料与沥青相互黏合的基础，其黏度越大，抗剥离性能也就越好。其次，是混合材料的挑选，从以往的经验可知，SiO2含量的高低是导致集料剥离的直接因素。对于酸性集料来说，SiO2的含量高于66%时耐磨性欠佳，表面也都带有负电荷，易剥落，不利于基层路面的施工，所以在施工前要通过一定的试验，加入定量的、表面带正荷且具有亲油性的碱性材料，通过拌和将其表面碱性化，降低针入度，以此来增加沥青和矿料间的黏结度，从而更好地适用于基层路面的施工。

本次试验中，根据现场情况选择质量良好、采购便捷的材料，沥青为JOIL 牌A-50，通过对该材料的性能检验后得知其各项指标表现良好，达到A 级50 号道路石油沥青质量标准。所有集料都产自Eboudja 石场，填料为CINAF CPJ35水泥。高模量剂采购于法国的PR INDUSTRIE 公司，并使用BA3 型抗剥落剂。

3.2 具体改善措施

3.2.1 石英集料加热时的性能试验

PK12 沥青热拌和站内部结构组成中，热料仓为重要部分，其具有筛分的作用，从该处选择16～19mm、19～26.5mm的集料，将其用于试验分析。为消除外界因素对试验结果的不良影响，将样品冲洗干净，经过烘干处理后使其达到恒重状态，并均匀分为4 组。其中，设置第1 试验组，均由无掺杂任何石英的集料组成，烘干温度105℃；第2、第3 组均为石英掺杂的集料，两者材料组成保持一致，有所不同的是烘干温度，依次为105℃、135℃；剩余的第4 组则为对照组，选用的是挑选的石英集料，其烘干温度为180℃。依据JTG 142—2005《公路工程集料试验规程》规范组织试验，所得结果见表1。

根据表1 可知，第1 组的磨损值相对其他3 组较小，含有石英的集料存在较明显的磨损现象，虽然温度对磨损值具有影响，但其幅度极为微弱。由此表明，集料中含有易磨损的石英组分是导致“白点”的关键原因。

3.2.2 沥青与集料的黏附性试验

根据JTG F 40—2004《公路沥青路面施工技术规范》[1]的相关规定可以得知，其对于高速公路沿线潮湿地段（判断指标为年降雨量，应当超过1 000mm）的粗集料与沥青黏附性都提出较高的要求，即除了表面层外的剩余结构层所用材料的黏附性必须达到4 级或更高[2]。此外，分别进行4 组试验：取沥青与集料，对各自的黏附性展开分析，未掺入抗剥落剂视为试验1，掺入抗剥剂则视为试验2；再设置试验3、试验4 两个组合，选取含有抗剥落剂且经过老化的沥青，不同的是试验3 使用未掺入石英的集料，试验4 使用掺入石英的集料，由此对其黏附性展开探讨。

表1 粗集料磨耗试验结果

根据所得试验结果可知：试验2 在黏附性方面的表现明显优于试验1；试验3 中选用的是老化沥青，同时其含有抗剥落剂，该材料与集料的黏附性虽然有所变动但幅度较为微弱，可满足要求，并且具有加热稳定性好的基本特性；试验4的沥青材料虽然与试验3 并无差别，但其选用的是掺入石英的集料，导致黏附性大打折扣（见表2）。

表2 沥青与集料黏附性试验对比

因此，抗剥落剂的工程性能优良，将其掺入沥青后，有助于增强沥青与集料的黏附性，并且在热稳定性方面的表现也较为良好，即便在较高的温度环境下其依然可以正常使用。但由于石英的存在，沥青的黏附性明显不足。

3.2.3 沥青混合料的水稳定性试验

进一步对沥青混合料用车辙的试验方法进行试验（见表3）。根据试验结果可知，对于不存在任何沥青抗剥落剂的组别而言，其具有的马歇尔残留稳定性未达标，同时在真空饱水马歇尔残留稳定度方面的表现也相对较差，表明该组混合料不具备良好的水稳定性；若掺入抗剥落剂，此时2 项指标都达标，沥青混合料具有相对较好的水稳定性；对于经过老化后的组别，其在真空饱水马歇尔残留稳定度方面的表现良好，短期的老化，对水稳定性未造成明显影响。

表3 沥青混合料马歇尔稳定度试验结果

3.2.4 优化沥青混合料配合比及施工工艺

集料在含有较多石英的情况下将对其工程性能造成影响，为解决此问题，试验人员在集料母材中精心挑选，获得含有较少石英的母材，将其投入到集料生产中。

通过对试验结果的分析得知：为有效避免基层“白点”现象，最为关键的是挑选高质量的母岩，尽可能减少石英的含量；并以实际施工情况为准，优化沥青混合配比，以确保粉胶比控制在许可范围内，从而增强沥青混合料的工程性能，使其在高温稳定性、水稳定性方面都具有较好的表现；适当提升出料温度，保证沥青与集料可得到充分的混合，使生产所得的混合料具有更强的黏聚性。

4 结语

综上所述，“白点”裂缝是案例工程中极为普遍的质量问题。通过降低集料中石英含量，添加适量的抗剥落剂等工艺，可以有效消除“白点”裂缝现象，提升施工质量效果，耐久性、安全性等方面也得到改善，值得同类工程借鉴。