沿海地区消石灰对沥青路面性能影响的研究

郑雪冰

（中交路桥华东工程有限公司，上海201210）

1 引言

沥青混合料如果没有足够的黏结力，在实际运行过程中表现出松散坑洞等问题，就会导致公路质量大幅度下降，因而相关方面的研究有着十分重要的应用意义，必须要强化相关的防治措施研究，但对于使用不同的抗剥落措施，也给沥青路面施工带来了不同的影响。

2 相关背景

浙江省甬台温高速公路复线温州灵昆—阁巷段第10 标段路面工程，包括38km 桥梁和6km 路基的沥青混凝土路面施工，根据浙江省沥青路面施工相关技术要求，消石灰作为抗剥落措施的首选材料。是否使用抗剥落剂，则是根据施工中实际的集料和沥青性能来确定的，而抗剥落措施的选用，也要根据路面环境来确定。

施工地处亚热带季风区，四季分明，雨量充沛，多年平均降水量1876.9mm，年降雨量在1280～2458mm。降雨量年内分配不均匀，主要集中在5～7 月的梅雨期和8～9 月的台风期[1]。

3 沥青混合料的作用

研究沥青与矿物材料的相互作用机理，充分认识并积极应用和改进该技术具有重要意义。

3.1 力学理论

根据这一理论，沥青与集料-磨石界面的结合主要是由于沥青与集料之间的分子力相互作用。沥青与集料之间的分子力与集料的表面性质密切相关，如表面粗糙度、集料粒径、比表面积、孔隙率等，矿物材料的表面不均匀性和高孔隙率大大增加了集料的表面积，为沥青与集料的相互作用提供了更大的工作空间。此外，骨料表面有各种形状和尺寸的裂纹和微裂纹。在温度较高的情况下，沥青产生吸附效果，同时，因为毛细作用而逐渐穿透矿物当中的裂隙，这不仅增加了二者结合后的总内表面积，而且在硬化后形成力学结合，起到断裂和锚固的作用，从而增加了黏结力。

3.2 化学反应理论

沥青和集料之间的黏结过程，并非是单纯的物理变化，而是沥青和集料之间发生了复杂的物理化学反应，它们相互结合，强度足以不被水分子破坏。沥青由多种大分子有机化合物组成，其中含有大量的酸碱化合物。花岗岩等酸性团聚体表面无碱活性中心。二者主要依靠机械力，所以附着力差。石灰石等碱骨料表面含有碱活性中心，沥青中的酸组分易与碱活性中心反应，形成几乎不溶性物质，具有良好的黏结性[2]。

3.3 表面能理论

根据表面能理论，解释了自由表面能作用下湿沥青混合料的黏结性能。沥青在集料表面流动和覆盖的能力称为沥青润湿性，它与集料的表面能和沥青本身的黏附性有关。沥青逐渐扩散的过程中，会渐渐润湿集料的表面，这样的过程中，集料吸引沥青分子，从而有效对接降低了体系表面的自由能。在无水条件下，集料和沥青的表面张力小于集料和空气系统以及空气沥青系统的表面张力。在这种情况下，沥青可以铺在集料表面。在有水的情况下，沥青和集料之间的表面张力大于集料和水系统之间的表面张力。沥青通过能量交换与集料表面紧密结合。沥青和集料进行相互黏结的过程中，表面的自由能会逐渐降低或增加，进而自由能就产生一系列的变化。

4 浸水马歇尔试验

为了对比验证消石灰和普通抗剥落剂A 对沥青混合料的实际影响，人们用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验来验证混合料的水稳定性，采用刚拌和好的沥青混合料进行浸水马歇尔试验，然而，沥青路面一般是在通车几年后才发生水损坏，即使沥青路面发生早期水损坏，一般也在通车1～2a 后[3]，因此，本次试验采用经过短期老化和长期老化的混合料进行试验。3 种混合料ac-13 在油石比均为5.1%时的浸水马歇尔试验结果见图1。

从试验结果可以看出：

1）3 种新拌混合料的残留稳定度都满足规范的要求，3 种混合料的残留稳定度为： 消石灰＞抗剥落剂A＞未掺加抗剥落剂；短期老化后，3 种混合料的残留稳定度都有所下降,其排序为：消石灰＞抗剥落剂A＞未掺加抗剥落剂，2 种抗剥落剂的差距为0.7%；长期老化后，3 种混合料的残留稳定度都大幅下降，其排序还是为：消石灰＞抗剥落剂A＞未掺加剥落剂，2 种抗剥落剂的差距略微增大，差距为1.2%[4]。

图13 种混合料不同情况下的残留稳定度

2）掺加消石灰后，混合料的马歇尔稳定度明显提高；掺加抗剥落剂A 后，混合料的马歇尔稳定度只有少许增大。说明掺加消石灰提高了混合料的抗压变形能力；抗剥落剂A 对混合料的抗压变形能力影响不大[5]。

5 抗剥落剂实际使用的问题

5.1 消石灰使用

在使用消石灰作为抗剥落措施的沥青桥面铺装段，沥青路面施工规范符合要求，但出现大量白斑，白斑与酸碱均发生反应，经检测为碳酸钙等碳酸盐。路基段的沥青路面未出现白斑现象。

原因分析：经过试验、反复讨论、分析总结，白斑的形成有2 种：第一，未参与沥青集料反应的消石灰在高温状态下，分解成氧化钙和钙离子等物质存在于沥青混合料中，在施工完成后，长时间与雨水和二氧化碳作用，生成碳酸钙等碳酸盐，导致白斑出现。第二，防水层破损下层水泥混凝土桥面表层钙、镁、硅胶等物质，通过水的作用由沥青混合料空隙上浮至沥青面层表面，形成白斑。而水环境的出现，也正是因为桥面混凝土施工平整度等问题导致雨水聚集在沥青混合料之间无法及时排出，这也是桥面出现白斑而路基上路面未出现白斑的主要原因。

解决措施：第一，在桥面沥青路面施工前，对平整度不合格等导致积水的水泥混凝土桥面进行处理，在不影响桥梁结构前提下，可进行铣刨，开槽铺设盲沟以及钻孔排水的方式进行处理。若施工后出现白斑，可采取钻孔排水的方式，减轻病害，必要时需返工处理。

第二，严把桥面抛丸施工质量关，将水泥浮浆和表面灰尘清理彻底。第三，桥面防水施工无漏撒，无破损[6]。

5.2 抗剥落剂使用

在施工使用液体抗剥落剂的地段，均未产生大面积白斑现象，极少部分桥面出现白斑和黄斑，但是，抗剥落剂的高温稳定性有待进一步探究。

6 结语

加入消石灰和抗剥落剂对提高沥青混合料的黏结力都起到了一定作用，消石灰的加入效果要优于使用抗剥落剂，但在高温、多雨、潮湿的沿海地区沥青桥面铺装施工中，对于消石灰的使用条件则提出了更高的要求，在通车后，由消石灰引起白斑也会消失，但对于消石灰加入沥青混合料后，在一定条件下产生的白斑，对沥青路面长久使用性能的影响，以及抗剥落高温稳定性对沥青路面使用性能的影响，也将是人们后续要研究的主要方向。