施喜孝
(中交四航局第三工程有限公司,廣東 湛江 524099)
喀麥隆克里比疏港高速公路工程位于非洲中西部,施工現(xiàn)場地質(zhì)條件欠佳,基底地層頂部以粉(砂)質(zhì)黏性土、片麻巖殘積土及砂土居多。鑒于現(xiàn)場施工條件的特殊性,瀝青混合料生產(chǎn)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(chǎn)所得的瀝青黏附性較差,易發(fā)生膠凝剝落的現(xiàn)象,嚴重影響路面的正常使用。
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(xiàn)脫落,嚴重影響路面的穩(wěn)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(shù)M 數(shù)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(zhì)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(huán)境中受外力的作用易處于破碎狀態(tài),由此形成 “白點”。工程施工選用的云母片麻巖具有酸性特質(zhì),因此,在與瀝青混合后難以形成穩(wěn)定的黏附關(guān)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(jīng)過輕微的碾壓處理后將發(fā)生瀝青剝落現(xiàn)象。
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(zhì)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(chǔ),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(jīng)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(jié)度,從而更好地適用于基層路面的施工。
本次試驗中,根據(jù)現(xiàn)場情況選擇質(zhì)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(xiàn)良好,達到A 級50 號道路石油瀝青質(zhì)量標準。所有集料都產(chǎn)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。
3.2.1 石英集料加熱時的性能試驗
PK12 瀝青熱拌和站內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(jié)果的不良影響,將樣品沖洗干凈,經(jīng)過烘干處理后使其達到恒重狀態(tài),并均勻分為4 組。其中,設(shè)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(jù)JTG 142—2005《公路工程集料試驗規(guī)程》規(guī)范組織試驗,所得結(jié)果見表1。
根據(jù)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(xiàn)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(guān)鍵原因。
3.2.2 瀝青與集料的黏附性試驗
根據(jù)JTG F 40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》[1]的相關(guān)規(guī)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(yīng)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(jié)構(gòu)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(shè)置試驗3、試驗4 兩個組合,選取含有抗剝落劑且經(jīng)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(jié)果
根據(jù)所得試驗結(jié)果可知:試驗2 在黏附性方面的表現(xiàn)明顯優(yōu)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(wěn)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(yōu)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(wěn)定性方面的表現(xiàn)也較為良好,即便在較高的溫度環(huán)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(wěn)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(jù)試驗結(jié)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(wěn)定性未達標,同時在真空飽水馬歇爾殘留穩(wěn)定度方面的表現(xiàn)也相對較差,表明該組混合料不具備良好的水穩(wěn)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(wěn)定性;對于經(jīng)過老化后的組別,其在真空飽水馬歇爾殘留穩(wěn)定度方面的表現(xiàn)良好,短期的老化,對水穩(wěn)定性未造成明顯影響。
表3 瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度試驗結(jié)果
3.2.4 優(yōu)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(chǎn)中。
通過對試驗結(jié)果的分析得知:為有效避免基層“白點”現(xiàn)象,最為關(guān)鍵的是挑選高質(zhì)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(yōu)化瀝青混合配比,以確保粉膠比控制在許可范圍內(nèi),從而增強瀝青混合料的工程性能,使其在高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性方面都具有較好的表現(xiàn);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(chǎn)所得的混合料具有更強的黏聚性。
綜上所述,“白點”裂縫是案例工程中極為普遍的質(zhì)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(xiàn)象,提升施工質(zhì)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。