柯俊濤，吉婷

(葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司，四川成都 610091)

1 概述

隨著高速公路的建設(shè)，瀝青路面對(duì)集料的要求越來越高。在很多施工項(xiàng)目中，石灰?guī)r等堿性集料與瀝青的粘附性好，使用也較為廣泛;而花崗巖、砂巖、石英巖等酸性巖石雖然堅(jiān)硬，耐磨性強(qiáng)，能充分發(fā)揮集料之間的嵌擠作用，但其與瀝青的粘附性差，容易在水的作用下造成瀝青膜的剝落，導(dǎo)致瀝青路面的松散、坑槽等水損壞。故在工程使用中，酸性骨料不能得以廣泛推廣。本工程項(xiàng)目附近盛產(chǎn)酸性鵝卵石骨料，為使用卵石破碎得到的卵碎石做粗骨料，在工程實(shí)際中采用了在瀝青中加入優(yōu)質(zhì)抗剝落劑，用水泥代替部分礦粉，嚴(yán)格控制瀝青及瀝青混合料溫度，以保證石料的表面狀態(tài)等改善方法，取得了很好的效果。

2 瀝青與集料的粘附機(jī)理

瀝青在瀝青混合料中的功用首先是將各種粗細(xì)集料粘結(jié)在一起，成為一個(gè)整體，正因?yàn)槿绱?，瀝青被稱為結(jié)合料或膠粘劑。在沒有水的情況下，瀝青與集料的粘結(jié)一般不會(huì)有任何問題，但水的存在將使瀝青與集料的粘附性成為問題。由于水比瀝青更容易浸潤(rùn)集料的表面，降低瀝青與集料之間的粘附性，甚至喪失粘結(jié)力，并有可能導(dǎo)致瀝青混合料水損害破壞。

瀝青是一種極性物質(zhì)，其極性的強(qiáng)弱與瀝青中的表面活性物質(zhì)，如瀝青酸和瀝青酸酐的含量有關(guān)，當(dāng)瀝青與酸性石料接觸時(shí)，瀝青中的酸性物質(zhì)不能與酸性石料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，只能產(chǎn)生分子間力的作用，即物理吸附，故粘性不強(qiáng)。當(dāng)其與堿性石料接觸時(shí)則可以發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生一種不溶于水的化合物，形成化學(xué)吸附?；瘜W(xué)吸附作用強(qiáng)于物理吸附，故其粘附力強(qiáng)。所以，瀝青與集料的粘附性直接影響瀝青路面的使用質(zhì)量和耐久性。

3 骨料的巖相分析

工程附近有豐富的河卵石，但石灰?guī)r等堿性巖石數(shù)量極少。經(jīng)取河卵石樣品送武漢工大交通工程有限責(zé)任公司進(jìn)行巖相分析，在Axioskop 40光學(xué)顯微鏡薄片觀察并經(jīng)分析得出:其主要礦物為石英，含量在85%以上;白云母含量為10%～15%，屬酸性巖。

4 酸性骨料與瀝青粘附性的改善措施

為保證工程質(zhì)量且考慮實(shí)際成本及施工可操作性等因素，為科學(xué)合理地使用現(xiàn)有酸性卵碎石作為瀝青面層混合料的粗骨料，通過以下方法指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工且經(jīng)施工前檢測(cè)得出瀝青混合料各項(xiàng)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求。

4.1 在瀝青中加入優(yōu)質(zhì)的抗剝落劑

4.1.1 抗剝落劑的選擇

使用抗剝落劑的目的是增強(qiáng)瀝青與酸性集料之間的粘附能力，使其具有良好的抗熱老化性及抗水損害性，延長(zhǎng)路面的使用壽命，降低和減少維護(hù)成本。其實(shí)質(zhì)上是一種“介面劑”，與集料表面形成物理吸附或依靠其特殊的化學(xué)結(jié)構(gòu)與集料進(jìn)行化合反應(yīng)以形成強(qiáng)而有力的化學(xué)紐帶，從而提高瀝青與集料的粘附性。瀝青混凝土面層用抗剝落劑宜采用非胺類化合物，應(yīng)選用有較強(qiáng)抗老化性能、與瀝青配伍性能良好、符合環(huán)保性能的產(chǎn)品.目前市場(chǎng)上還存一些胺類產(chǎn)品，其缺點(diǎn)為:一是耐熱穩(wěn)定性差，遇高溫后具有揮發(fā)性，耐久性較差;二是形成物理吸附，對(duì)酸性石料的吸附能力非常有限;三是部分抗剝落劑本身不抗水，且有刺激性氣味和毒性。所以，本工程選用的是由國(guó)內(nèi)專業(yè)廠家生產(chǎn)的非胺類抗剝落劑，摻量為瀝青用量的0.3%。

4.1.2 瀝青與集料的粘附性試驗(yàn)

本試驗(yàn)按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》JTG E20-2011中T0616-1993的要求和方法進(jìn)行操作。因本項(xiàng)目集料最大粒徑為26.5 mm，故采用水煮法。已有研究表明，瀝青的薄膜加熱老化試驗(yàn)的受熱過程相當(dāng)于瀝青混合料的拌合過程老化，對(duì)摻加抗剝落劑的瀝青立刻進(jìn)行水煮法粘附性試驗(yàn)有可能使某些不耐熱的劣質(zhì)抗剝落劑蒙混過關(guān)，故必須對(duì)摻加抗剝落劑的瀝青進(jìn)行老化試驗(yàn)后再進(jìn)行粘附性試驗(yàn)。因此，本工程在兩種情況下進(jìn)行了瀝青與粗集料的粘附性試驗(yàn):一種為粗集料與不加抗剝落劑的瀝青的試驗(yàn);另一種是用粗集料與老化后的、摻加了抗剝落劑的瀝青的試驗(yàn)。工程使用的瀝青為70#A 級(jí)道路石油瀝青，試驗(yàn)結(jié)果見表1、2。

表1 瀝青與集料粘附性試驗(yàn)結(jié)果表

4.1.3 抗剝落劑的使用方法

將瀝青抗剝落劑按試驗(yàn)配合比中規(guī)定的摻配比例投入瀝青貯罐內(nèi)處于熱熔狀態(tài)的瀝青中，開動(dòng)瀝青泵將混合液泵入另一瀝青貯罐中，再將混合液泵回瀝青貯罐，反復(fù)泵拌4～5次，則抗剝落劑就可以均勻分布于瀝青中;抗剝落劑的加入非常重要，應(yīng)嚴(yán)格按最佳摻量加入，并建立抗剝落劑加入臺(tái)帳，相關(guān)責(zé)任人每次加入都要確認(rèn)簽字。

4.2 用水泥替代部分礦粉

用水泥替代部分礦粉，可以增加填料的堿性。但摻量必須控制在2%以內(nèi)，當(dāng)摻量超過3%后，很大程度上改變了瀝青混凝土的回彈模量、泊松比，路面的受力模式可能會(huì)變化?？紤]到本工程配合比設(shè)計(jì)時(shí)細(xì)骨料已選用石灰?guī)r機(jī)制砂且礦粉摻量為3%，瀝青中也已加入了抗剝落劑，故選擇使用1%的水泥代替1%的礦粉。需要注意的是:當(dāng)摻加水泥后，由于其比表面要比石粉大得多，設(shè)計(jì)的最佳瀝青用量通常需要增加0.2%～0.4%左右，為此，需要重新進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)。加入水泥后，混合料各項(xiàng)指標(biāo)仍應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。

4.3 保證石料的表面狀態(tài)

光滑的石料表面瀝青易于浸潤(rùn)，遇水后易脫落，粘結(jié)不牢，石料表面粗糙，形成凹凸不平的表面，不僅增加了表面積，使石料增多了與瀝青接觸的機(jī)會(huì)，當(dāng)瀝青嵌入凹穴中，固化后形成牢固的機(jī)械嵌鎖力，使瀝青與石料牢固粘結(jié)。石料表面的清潔程度對(duì)瀝青的粘附性也有很大影響，如石料表面裹覆粘土，將阻隔瀝青與石料的接觸，影響瀝青浸潤(rùn)。

本工程要求碎石加工場(chǎng)采用新鮮、堅(jiān)硬、潔凈的卵礫石(應(yīng)選用粒徑8 cm 以上的卵礫石并盡量剔除軟弱顆粒)軋制的碎石，并具有足夠的強(qiáng)度和耐磨耗性。其顆粒形狀應(yīng)具棱角、接近立方體，其技術(shù)指標(biāo)應(yīng)符合現(xiàn)行規(guī)范的要求且必須保證卵礫石軋制的集料中具有兩個(gè)或兩個(gè)以上的破碎面的比例不得小于80%，具有一個(gè)破碎面的比例不小于90%。

表2 粗骨料檢測(cè)結(jié)果表

4.4 嚴(yán)格控制施工溫度

當(dāng)瀝青溫度升高時(shí)，瀝青粘度降低，流動(dòng)度增大，便于瀝青在石料表面自由展開，促進(jìn)浸潤(rùn)，以提高瀝青與石料的粘附性。在實(shí)際施工中，應(yīng)嚴(yán)格掌握瀝青和集料的加熱溫度以及瀝青混合料的出廠溫度，集料溫度應(yīng)比瀝青溫度高10℃～15℃。普通瀝青混合料的的施工溫度宜根據(jù)135℃及175℃條件下測(cè)定的粘度——溫度曲線確定(即以粘度0.17PaS±0.02PaS 時(shí)的等粘溫度作為拌和溫度)。具體施工中的溫度控制情況見表3。

5 瀝青混合料的水穩(wěn)定試驗(yàn)

通常，對(duì)瀝青混合料的試驗(yàn)均采用新拌瀝青混合料進(jìn)行，對(duì)于這一點(diǎn)，學(xué)術(shù)界一直存在疑問。因?yàn)闉r青和其它材料不同，它在使用過程中有一個(gè)老化過程，瀝青路面的損壞也往往發(fā)生在不同的時(shí)期。瀝青路面的水損害主要是瀝青與集料的粘附性逐漸喪失造成的，它是經(jīng)過相當(dāng)?shù)臅r(shí)間才發(fā)生，尤其是對(duì)于摻加抗剝落劑的混合料進(jìn)行效果評(píng)價(jià)時(shí)更應(yīng)該使用經(jīng)過長(zhǎng)期老化的瀝青混合料進(jìn)行。

按照配合比設(shè)計(jì)要求，選定骨料級(jí)配及瀝青用量配制出瀝青混合料后，按照規(guī)范JTG E20-2011中T 0734-2000(熱拌瀝青混合料加速老化方法)模擬老化后，按照ASTM D4867標(biāo)準(zhǔn)做水損害試驗(yàn)。如果劈裂抗拉強(qiáng)度比大于75%，該混合料滿足設(shè)計(jì)要求，否則需對(duì)上述改良方法重新進(jìn)行評(píng)價(jià)。

5.1 ASTM D4867試驗(yàn)過程

(1)把瀝青混合料從烘箱中取出，做馬歇爾擊實(shí)，每次制作最少6個(gè)試件，其中一半用于干燥條件試驗(yàn)，另一半用于潮濕條件試驗(yàn);

(2)擊實(shí)后試件空隙率應(yīng)為7%±1%，冷卻至室溫并脫模;

(3)按規(guī)定的方法測(cè)定混合料的最大理論密度，測(cè)量試件的直徑、高度和毛體積相對(duì)密度，計(jì)算試件的空隙率，對(duì)于不符合要求的作廢;

(4)將試件分成2組，其中一組作為干燥條件試驗(yàn)的試件，在室溫下存放，直至劈裂試驗(yàn)前放入25℃水中20 min;

(5)另外一組供潮濕狀態(tài)試驗(yàn)的試件先放入一真空容器中，向容器注入蒸餾水浸沒試件，在短時(shí)間內(nèi)(5～10 min)施加70 kPa 或525 mm 高水銀柱真空。取出試件，計(jì)算毛體積密度并計(jì)算飽水率。飽水率應(yīng)控制在55%～80%之間，如果飽水率不符合要求，應(yīng)調(diào)整真空度，使試件的飽水率符合要求。當(dāng)試件飽水率大于80%時(shí)候，應(yīng)作廢;

(6)把試件放入60±1℃水浴中24 h;

(7)調(diào)整試件溫度，把試件放入25±1℃的水浴中1 h;

(8)測(cè)量試件的高度和體積，計(jì)算試件的吸水率和飽水率，如果飽水率大于80%可以接受;

(9)將干燥條件下的試件同樣放入水中保持20 min，然后與潮濕狀態(tài)下的試件同時(shí)進(jìn)行劈裂試驗(yàn)，試驗(yàn)壓條寬13 mm，測(cè)定劈裂抗拉強(qiáng)度，加載速率為50 mm/min，計(jì)算劈裂抗拉強(qiáng)度比=潮濕條件下試件抗拉強(qiáng)度/干燥條件下試件抗拉強(qiáng)度×100%。

5.2 水損害試驗(yàn)結(jié)果

按要求進(jìn)行試驗(yàn)并劈開潮濕條件下的試件，觀察其斷面，具體結(jié)果如表4所示。

表4 老化后的瀝青混合料水損害試驗(yàn)結(jié)果表

6 結(jié)語

(1)當(dāng)工程項(xiàng)目附近只有酸性骨料、無其它可供選擇的料源時(shí)，可以考慮使用加入優(yōu)質(zhì)抗剝落劑、水泥代替部分礦粉、控制溫度和保證骨料表面狀態(tài)等方法進(jìn)行處理;

(2)用美國(guó)的ASTM D4867標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)老化后的瀝青混合料的水損害，方法簡(jiǎn)便且指導(dǎo)意義強(qiáng)。這些改良方法既保證了工程質(zhì)量，又節(jié)省了工程成本，施工可操作性強(qiáng)，值得大力推廣。