葉其業(yè)

（天津市塘沽區(qū)濱海建筑工程質(zhì)量檢測中心有限公司，天津 300456）

0 引言

在瀝青路面施工過程中，經(jīng)常遇到擬將用于瀝青混合料的集料，因吸水率超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求而被棄用，不得不另選其它料源的情況，從而增加工程成本，延長工期。本文是針對實際工程施工中遇到的此類問題而進行的研究并提出了解決辦法。

1 吸水率問題

眾所周知，在瀝青路面道路工程中，道面質(zhì)量主要包括路用性能和耐久性兩方面。而決定瀝青混合料的路用性能和耐久性的主要因素，首先是瀝青混合料本身質(zhì)量，其次是施工工藝。提高瀝青混合料的質(zhì)量，關(guān)鍵在于瀝青混合料的原材料（即瀝青膠結(jié)料和集料）和施工配比設(shè)計。為此各國標(biāo)準(zhǔn)對集料都提出了不同要求。

1.1 各國標(biāo)準(zhǔn)對集料要求的對比

各國標(biāo)準(zhǔn)對瀝青混合料的原材料都提出了不同要求，表1是我國與歐洲規(guī)范[1-2]對粗集料技術(shù)要求的一些比較。在這些指標(biāo)中，區(qū)別比較大的是凍融循環(huán)、吸水率和堅固性。在歐洲標(biāo)準(zhǔn)中，明確地將吸水率、堅固性和抗凍融指標(biāo)歸入抗凍融性能的耐久性指標(biāo)中。且對含有部分多孔類碎石的集料，當(dāng)吸水率在合格與不合格之間時，建議采用比重而非吸水率來判定其抗凍性能。同時，當(dāng)堅固性試驗滿足要求時，即使吸水率超過2%的集料，也認(rèn)為合格[3]。

而對于我國標(biāo)準(zhǔn)，將這些指標(biāo)歸入了資源特性指標(biāo)中，也可以認(rèn)為是耐久性指標(biāo)。但沒有凍融循環(huán)指標(biāo)，堅固性指標(biāo)是可選擇性。對吸水率要求則是：用于高速公路、一級公路表面層時不得大于2%，用于其它路面時不得大于3%；同時還規(guī)定：用于高速公路、一級公路時，多孔玄武巖的視密度可放寬至2 450 kg/m3，吸水率可放寬至3%，但必須得到建設(shè)單位的批準(zhǔn)，且不得用于SMA路面[1]。

對比兩者，筆者認(rèn)為，我國標(biāo)準(zhǔn)要求雖嚴(yán)，但操作性不強且造成浪費，原因是：

1）對于上述不能滿足指標(biāo)要求的集料就不能使用，沒有選擇余地；

2）對“多孔玄武巖的視密度可放寬至2 450 kg/m3，吸水率可放寬至3%，但必須得到建設(shè)單位的批準(zhǔn)”的規(guī)定，從工程質(zhì)量來說，建設(shè)單位不一定比專家更具有決定權(quán)；

表1 不同標(biāo)準(zhǔn)對集料的主要技術(shù)要求

3）實際上許多石料，如砂巖、多孔玄武巖甚至有的灰?guī)r吸水率都較大，其它指標(biāo)卻都很好，也不得使用，正如規(guī)范條文說明所說，不就地取材，是很錯誤的。

1.2 吸水率指標(biāo)的意義

吸水率和密度是集料的一個綜合性指標(biāo)，與其它指標(biāo)存在一定的關(guān)聯(lián)。吸水率小的集料，相對而言，結(jié)構(gòu)致密、比較耐磨、耐久性好。但是，任何一個指標(biāo)都不能完全反映一種集料的性質(zhì)，正如規(guī)范中特意說明的多孔玄武巖、砂巖、鋼渣等，都是良好的瀝青路面用集料，可這些材料的吸水率卻遠(yuǎn)超出規(guī)范要求。本工程涉及的石灰?guī)r（見圖1）存在同樣的問題。

圖1 多孔石灰?guī)r

對于這種集料，在其它指標(biāo)如強度、密度、磨耗值等滿足要求情況下，吸水率反映的主要是耐候性（抗凍融循環(huán)）和水穩(wěn)定性。

1.2.1 耐候性能

對于耐候性能，正如BSEN13043所提出：可以采用集料的凍融循環(huán)、堅固性等指標(biāo)來反映；當(dāng)凍融循環(huán)和/或堅固性滿足要求時，即使吸水率超出也認(rèn)為是合格的；且對于干旱地區(qū)可以不做要求。

而對于我國標(biāo)準(zhǔn)，相應(yīng)的只有堅固性指標(biāo)，且還是可選擇性的。同時，我國的堅固性試驗相比而言，比較寬松。BSEN13043采用的是硫酸鎂、每個循環(huán)浸泡和烘干時間均為16～18 h；我國標(biāo)準(zhǔn)則采用硫酸鈉浸泡，第1個循環(huán)為浸泡20 h、烘干4 h，其它循環(huán)均為4 h。建議可以參考BSEN13043標(biāo)準(zhǔn)，增加耐候性指標(biāo)的檢測判定。

1.2.2 水穩(wěn)定性

水穩(wěn)定性是根據(jù)工程所處的環(huán)境條件而決定的，對于干旱少雨地區(qū)，可以降低水穩(wěn)定性的要求。除環(huán)境條件外，影響瀝青路面水穩(wěn)性的因素主要包括：組成瀝青混合料的所用原材料、瀝青混合料的結(jié)構(gòu)類型和施工質(zhì)量等。

集料對水穩(wěn)定性的影響首先是集料與瀝青的吸附性，而大量的工程實踐證明，摻入石灰或水泥能有效地解決吸附性問題，提高瀝青混合料的水穩(wěn)定性。本工程也證明了這一點。

有理論認(rèn)為，多孔性集料經(jīng)加熱，孔隙中的水將由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，因體積膨脹，大部分水汽將從孔隙中排出，少量水汽仍留在孔隙深處，且孔隙開口附近的孔壁被烘干。加熱的瀝青拌入集料后，由于熱瀝青表面張力很小，與干燥的集料潤濕性能好，雖不能充滿集料的全部孔隙，但整個孔隙通道內(nèi)至少有一段為瀝青。隨著瀝青混合料溫度逐漸降低，殘存在孔隙深處的水汽將逐漸由氣態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，且體積減小。由于體積減小，產(chǎn)生一個負(fù)壓，在此負(fù)壓作用下，已進入隙內(nèi)的瀝青不但不會外流，相反還會向內(nèi)流動。隨著混合料溫度的繼續(xù)下降，瀝青逐漸變稠，最后凝固，將孔隙堵死。也就是說，在集料烘干情況下，多孔集料對混合料的水穩(wěn)定性沒有不利影響[4]。

就本工程而言，用這種吸水率超標(biāo)的集料拌制的瀝青混合料的浸水馬歇爾殘余穩(wěn)定度均大于80%，與理論研究結(jié)果一致。但是真空飽水馬歇爾殘余穩(wěn)定度值卻只有20%～30%（真空飽水后60℃水中浸泡48 h）。如果采用2%水泥取代礦粉后，不同瀝青含量的混合料的真空飽水馬歇爾殘余穩(wěn)定度值都達到80%以上，即滿足水穩(wěn)定性要求。

總之，從水穩(wěn)定性上來說，吸水率不能作為否認(rèn)集料使用的指標(biāo)。

1.3 瀝青混合料的施工性能

對于吸水率大的集料，在施工上確實存在一些不利因素，主要有：

1）瀝青用量加大。理論和實際都表明，對于吸水率大的集料，集料表面空隙也較多，拌制時，加熱的瀝青一部分將浸入到孔隙中去從而多消耗瀝青[5]。這將加大施工成本。

2）干燥和加熱時間長。對于吸水率大的集料，如孔隙中有水，那么烘干加熱時需多消耗時間和燃料，降低了生產(chǎn)效率，增大了施工成本。

3）施工難度加大。施工難度加大主要表現(xiàn)在：

①干燥和烘干時間加長，否則，集料孔隙中的水不能完全散盡，留下的水分不但影響混合料耐久性，施工時還因水的存在將加大混合料的流動性，從而難以壓實，影響工程質(zhì)量。

②由于吸水率大的集料，空隙多且分布不均勻，吸水率指標(biāo)本身變異性也大。而這將使最佳瀝青用量產(chǎn)生變化，從而導(dǎo)致施工質(zhì)量控制難度加大。對此，許多研究資料表明，可以采用添加木質(zhì)纖維素或加強施工管理等措施予以解決。

1.4 關(guān)于吸水率大的集料問題

通過上述理論分析，可以得出：

1）對于吸水率大的集料，在其它指標(biāo)如強度、密度、磨耗值等滿足要求的情況下，不應(yīng)作為否認(rèn)該集料的理由。并建議能采用其它指標(biāo)如堅固性、凍融循環(huán)等指標(biāo)進一步分析。

2）對于吸水率大的集料，能滿足浸水馬歇爾殘余穩(wěn)定度表示的瀝青混合料水穩(wěn)定性要求；但需要添加一定比例的水泥或石灰取代礦粉來滿足真空飽水馬歇爾殘余穩(wěn)定度要求；因此，水穩(wěn)定性也不能作為否認(rèn)該集料的理由。

3）對于吸水率大的集料，將會增大瀝青混合料的施工難度，需采取一定的施工措施。

2 工程應(yīng)用

2.1 工程概況和技術(shù)要求

本工程位于炎熱干旱地區(qū)，道面設(shè)計為兩層級配碎石和單面層AC14瀝青混凝土。AC14瀝青混凝土采用60～70針入度等級的瀝青，級配和技術(shù)指標(biāo)要求如表2和表3，集料技術(shù)要求和檢測結(jié)果如表4。需要說明的是，在工程技術(shù)規(guī)格書中要求的技術(shù)指標(biāo)比較少，一些關(guān)鍵性指標(biāo)如飽和度等都沒有，在配比設(shè)計時都以現(xiàn)行有效的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范為依據(jù)。

表2 AC14級配和瀝青用量要求

表3 馬歇爾試驗要求

2.2 瀝青混凝土配合比設(shè)計

從表4可以看出，集料的各項指標(biāo)中，除吸水率外，其它指標(biāo)均滿足技術(shù)要求?；谏鲜?.2節(jié)的理由，得到了監(jiān)理和業(yè)主的認(rèn)可，得以進行配合比的設(shè)計和施工。

表4 集料指標(biāo)要求和檢測結(jié)果

配比設(shè)計按目標(biāo)配比、攪拌機計量生產(chǎn)熱料、生產(chǎn)配比程序進行，表5和表6為生產(chǎn)配比的結(jié)果。

從表5可以得出，該配比孔隙率、飽和度、穩(wěn)定度及流值等各項指標(biāo)滿足設(shè)計技術(shù)，浸水馬歇爾殘余穩(wěn)定度檢驗結(jié)果為81.8%，可以直接用于施工生產(chǎn)中。

但是，進行真空飽水馬歇爾試驗驗證（沒有要求），不同瀝青用量的殘余穩(wěn)定度都很低（小于30%）。為此，在上述配比的基礎(chǔ)上，摻入2%水泥代替礦粉，進行了對比試驗。結(jié)果表明瀝青用量基本沒有變化，穩(wěn)定度稍有提高，而對于真空飽水馬歇爾試驗，5.5%、6.0%、6.5%三個瀝青用量的殘余穩(wěn)定度分別為（83%、100%和65%），比未摻水泥時有明顯提高，也滿足了規(guī)范要求。

表5 配比設(shè)計結(jié)果

表6 AC14配合比

2.3 施工注意事項

由于集料吸水率的變異性，且沒有采取其它技術(shù)措施，將導(dǎo)致瀝青混合料最佳用油量的波動，施工中針這一特性進行有效控制。首先，母巖的開采應(yīng)該按縱斷面全斷面開取，以保證材質(zhì)的均勻性；其次，破碎后的集料應(yīng)按規(guī)格分別逐級歸堆，而不得隨意堆放；施工中應(yīng)加強對集料和瀝青混合料的檢測，及時掌握實際情況，根據(jù)實際情況進行必要的調(diào)整。

3 結(jié)語

1）對于除吸水率外其它指標(biāo)都滿足規(guī)范要求的集料，不能只因吸水率不合格而判定為不能使用；

2）對于吸水率大的集料可以采用堅固性指標(biāo)判定其耐久性能，即當(dāng)堅固性檢驗合格時，吸水率可以不做要求或放寬要求；

3）對于拌制的瀝青混合料的水穩(wěn)定性能，應(yīng)根據(jù)實際情況確定，必要時可采用適量的水泥或石灰取代礦粉等措施得到有效改善；

4）對于吸水率變異性導(dǎo)致最佳油石比變化問題，可采取添加木質(zhì)纖維素等措施來控制；

5）在施工過程中，應(yīng)加強對集料的采集、加工、堆放等的管理，以保證材料的均勻性；確保集料的充分干燥和加熱；加強檢測頻率，掌握和控制混合料質(zhì)量的變化規(guī)律。

[1] JTGF40—2004，公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2] BS EN 13043：2002，Aggregates for Bituminous Mixtures and Surface Treatments for Roads，Airfields and Other Trafficked Areas[S].

[3] British National Roads Authority.Specification for Road Work[M].British National Roads Authority，2007.

[4] 歐陽男.英安巖吸水率對瀝青混合料最佳油石比影響的研究[D].長沙：長沙大學(xué)，2007.

[5] 楊瑞華，李宇峙，黃云涌.集料吸水率對瀝青混合料最佳油石比的影響[J].長沙交通學(xué)院學(xué)報，2006，22（4）：52-53.