改善性凝灰岩沥青混合料抗水损害性能工程应用

改善性凝灰岩沥青混合料抗水损害性能工程应用

杜捍新

浙江正方交通建设有限公司

摘要：为了满足国内日益增长的沥青混凝土集料需求，同时对浙江地区广泛分布且储量巨大的凝灰岩材料进行资源化利用。本文采用消石灰、水泥、XT-1抗剥落剂、凝灰岩和70#基质沥青，通过试验研究得到改善性凝灰岩沥青混合料的最优配合比，结合试验段实际工程，从混合料配比设计、前期准备、施工过程、实际工程性能检测这四方面对改善性凝灰岩沥青进行了研究。现场取芯及检测结果表明：动稳定度、水稳定性、渗水性、弯沉值、均达到规范要求，通过对通车后使用情况进行评价得出，施工路面情况良好，未出现重大质量问题，其性能完全符合实际工程需求。

关键词：沥青混合料；凝灰岩；酸性集料改性；施工技术；路用性能

0  引言

目前，酸性集料还未在沥青路面建设中得到广泛推广，关键原因是酸性集料与沥青之间的黏附性能较差，在水的作用下易发生沥青膜剥落，降低沥青混合料粘结力，路面会出现坑槽、松散等病害，从而影响沥青路面的路用性能[1-3]。然而酸性集料在我国种类繁多，例如凝灰岩石料在浙江地区分布广泛且具有良好的耐磨性。若将凝灰岩石料用于工程建设，将会减少石灰岩矿山资源的开发，体现绿色交通的理念[4]。因此，为增强酸性集料与沥青之间的黏附性能，学者们从材料角度进行改善。

目前，国内外将凝灰岩作为道路建筑材料的研究报道比较少，但对同为酸性集料的花岗岩具有一定的前期研究。刘洪成[5]等将TR-500S抗剥落剂掺入沥青混合料并对其进行各性能研究，结果表明：TR-500S抗剥落剂能改善花岗岩沥青混合料的水稳定性，且路用性能满足规范要求。周佺[6]等将不同掺量的水泥加入花岗岩沥青混凝土中，通过水稳定性等试验对其各性能进行研究。结果表明：加入水泥后花岗岩沥青混凝土的水稳定性有较大程度的提高。李美霞[7]等通过拉拔试验研究界面改性剂对酸性集料与沥青之间黏附性的影响，结果表明：界面改性剂可以改变集料表面的物理、化学性质，从而提高集料与沥青之间的粘结力。彭余华[8]等通过水稳定性试验、车辙试验等研究了Morlife300抗剥落剂对花岗岩沥青混合料黏附性能的影响，结果表明抗剥落剂能显著增强花岗岩沥青混合料的粘结力，提高路用性能。

综上所述，国内外学者对改善花岗岩与沥青之间的黏附性能有一定研究，但是对于改善性凝灰岩沥青混合料的实际工程应用研究还有待深入。本文首先在前期试验中分别将消石灰、水泥及XT-1型沥青抗剥落剂以单掺或复掺的方式加入沥青中，评估在不同掺量外加剂下凝灰岩集料与沥青之间的黏附性能，用以筛除改善效果不明显的外加剂方案。其次通过浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验，研究凝灰岩沥青混合料的稳定性，从而筛选出抗剥落效果良好且经济适用的外加剂掺量方案：添加2%消石灰 + 0.5% XT-1抗剥落剂。最后通过实际试验段工程应用研究，验证该方案的合理性。

1材料与配合比

1.1 材料

本项目使用的材料沥青为70#基质沥青，产自浙江交通资源投资有限公司沥青科技分公司，集料为温州泰顺章后隧道自产的凝灰岩，消石灰产自浙江省建德市超雪重钙厂，水泥产自江山南方水泥厂，XT-1型沥青抗剥落剂为“新型环保非胺类”抗剥落剂。

1.2配合比

通过长期老化后的水稳定性、浸水马歇尔、高温车辙、低温弯曲及浸水前后疲劳性能试验得出各材料的最优掺量，见表1。

表1  下面层SUP-25矿料配合比及沥青用量（生产配合比）

2改善性凝灰岩混合料施工技术

2.1施工前期准备

试验段开工前参与单位做了充分准备工作，从拌合站改造、选定试验 路段、旧料分档晾晒以及现场设备完好率确定等工作。在沥青拌合站内增加了环氧沥青计量装置、混合罐搅拌装置、相关系统软件操作控制程序等。

2.2施工过程

（1）混合料拌合

拌和开始前几盘集料应提高加热温度，干拌几锅集料废弃，再进行沥青混合料拌制。拌和时集料（包括外加剂）温度应比沥青温度高10~15℃，热混合料成品在贮料仓储存后，其温度下降不应超过10℃。消石灰的掺加比例为1%~3％，掺量比例与矿粉比例合计为填料的级配比例，拌和过程中，应控制各种材料称量准确，误差在允许范围；注意集料离析，含水量（特别是细集料）的稳定，含水量过大的细集料（大于5%）禁止使用。

（2）沥青混合料的运输

根据工程实际所需混合料用量确定运输车数量，装料前在车厢底部及边板喷洒一簿层油水混合液，防止混合料粘结。运输车辆驶离前对覆盖质量进行全方位的检查，运输全程注意隔绝污染，做到防水保温。混合料到场温度采用插入式温度计或红外线温度计来检测，到场温度不应低于110℃。

（3）凝灰岩沥青混合料的摊铺

摊铺机的摊铺速度应根据拌和楼的产量、施工机械配套情况及摊铺厚度、摊铺宽度确定，宜按2~4m/min（对改性沥青混合料宜放慢至1~3m/min）予以调整选择，应缓慢、均匀、不间断地摊铺。下面层摊铺厚度应采用钢丝引导的高程控制方式。钢丝为扭绕式，钢丝拉力大于800N。采用两台摊铺机实施摊铺施工，两台摊铺机距离下面层沥青混合料不应超过20m、中面层沥青混合料不应超过15m.应调整熨平板的振捣或夯锤压实装置采用同样的振动频率和振幅，两台摊铺机初始压实度应一致；两台摊铺机的熨平板初始仰角应一致；摊前熨平板应提前0.5~1h预热至不低于100℃。摊铺机熨平板应拼接紧密，不应存有缝隙。

（4）凝灰岩沥青混合料的压实

选择钢轮+胶轮+钢轮组合方式对凝灰岩沥青混合料进行碾压，初压由钢轮压路机紧跟摊铺机静压2遍，复压用胶轮压路机碾压3遍，最后用钢轮压路机消除轮迹，压路机应减少喷水量，所使用的水应为清洁水，避免碾压过程中喷水引起路面发黄情况，碾压时涂抹植物油防止粘结。根据现场观察，该碾压组合方式契合工程实际情况，施工完成后封闭交通养护2～3天，当动稳定度达到3000次/mm，开放交通。

3 凝灰岩沥青混合料试验段实际性能

试验段施工完成后，对SUP-25下面层的各项技术指标进行了检测，其各项技术指标均满足技术要求，详细参数见表2与表3。

表2  试验段混合料性能检测

表3  试验段路用性能检验指标

表4  试验段实测弯沉值

4结束语

试验段于2021年1月竣工通车，项目组于2021年3月到现场进行第一次跟踪观测。SUP-25下面层作为沥青面层主要承重层，从现场观测情况看，沥青路面质量状况良好，无沉陷、推移及明显车辙。通过对通车后使用情况进行评价得出，施工路面情况良好，满足浙江省高等级公路的交通需求。

参考文献

[1] 王修山,邱洋杰,朱燮瀚,常晟.Thiopave改性沥青混合料路用性能评价[J].公路,2018,63(04):209-211.

[2] 杜顺成,索小刚. 掺加消石灰对沥青混合料抗剥离性能的影响[J]. 西安工业大学报, 2013,33(12):982-986+1008.

[3] 李结义,张波,余昕洁,等. 花岗岩在高速公路沥青路面的应用研究[J]. 公路交通科技(应用技术版), 2020,16(04):133-136.

[4] 王修山,袁玉卿,郭涛,李伟,许海铭.温拌阻燃沥青混合料特性分析[J].筑路机械与施工机械化,2012,29(12):44-49.

[5] 刘洪成,齐广志,李传海,等. 抗剥落剂TR-500S改善花岗岩混合料路用性能研究[J].石油沥青,2020,34(01):1-6.

[6] 周佺,宋琪文,刘亮. 不同水泥掺量对花岗岩沥青混凝土性能的影响[J].粉煤灰综合利用,2019(05):27-29+92.

[7] 李美霞,翟明升,马程利,等. 新型界面改性剂对酸性集料与沥青的粘附性能改善研究[J].武汉理工大学学报(交通科学与工程版),2018,42(01):48-51.

[8] 彭余华,王林中,余晓珊. Morlife300抗剥落剂性能[J]. 建筑材料学报, 2011,14(02):222-226.