对沥青路面松散原因的分析

工程简介

工程概况

金丽温高速公路某路面工程，位于山岭重丘地段。主线路面面层采用16cm厚沥青砼，其中抗滑表层为4cm厚AK—13A型．中面层为5cm厚AC—16I型，下面层为7cm厚AC-25l型，设计沥青均为AH—70重交通沥青；基层为水泥(5 0％)稳定碎石；底基层填方路段为低剂量水泥(3 5％)稳定碎石，挖方路段为级配碎石。

沿线材料

根据路面招标提供的参考资料，沥青路面所用集料均为当地高速公路沿线采石场提供的料源，上面层AK-1 3A所用的碎石为玄武岩，中、下面层碎石为一种红色的凝灰岩。

路面松散情况及施工时的异常现状

    在沥青路面中面层AC-161试验路铺筑过程中，中面层在碾压成形过程中产生了混合料松散的现象，且与下面层的粘结性较差。试验路铺筑后的第二天，工人用铁锹就很容易地能把中面层铲除，沥青路面的边缘部位用脚也能轻易地将沥青混凝土推松、推散。

    根据观察施工时的原始记录发现，红色凝灰岩碎石与普通SK AH-70沥青拌和后，产生了下列现象

    （1）拌和后的沥青混合料呈“枯料“．局部粗集料表面有未粘沥青的花白料。

    （2）施工现场，运料车在向摊铺机料斗中倾卸沥青混合料时．有明显的液体从车厢尾部流出，特别是在早上气温相对较低时尤其明显，经测试．这种液体是水。

    （3）沥青混合料变软．碾压时该结构层沥青混合料发生了纵向推移，同时产生大量的横向细裂缝，尤其在钢轮压路机振压过程中，路面越压越不实，越压越松散。

    （4）中面层试验段施工结束后，在中面层上，大吨位自卸车进行紧急制动及压路机进行起动和制动过程中，中、下层发生了明显的层间位移。其中一只取芯孔，在中面层和下面层之间发生了明显的错位，位移达2—3cm。

    （5）中、下层之间的层间粘结力差，取芯的芯样常在中、下层之间发生断裂。

（6）沥青混合料在摊铺后温度下降较快，给碾压带来定困难．常发生压实度不够。经测试，平均压实度为97 6％．不符合设计要求>98％。

原因分析

为了寻找问题的根源，排查原因．保证沥青路面施工质量。我们召集有关专家、施工技术人员，进行了多次现场调研，画出了沥青路面松散问题的质量因果分析树图．并对各个因素进行了分析、统计，列出了主要原因分析确认表，并对相关指标进行了检测，结果如下：

集料各项指标测试结果

    从排列结果分析，我们采用排除法，认为以下原因是造成试验段沥青路面松散的主要原因：

    （1）集料吸水率偏高：

    （2）配合比设计欠合理．选定的最佳沥青含量偏低：

    （3）碎石粘附性为3级；

    针对以上的主要原因，项目试验室进行了一系列试验来加以验证剖析：

    ①粗集料的吸水率经测定为3 4％，大于规范要求(小于2％)。碎石经拌和楼干燥筒烘干后，孔隙中水将由液态变为气态，大部分水汽将从孔隙中排出，少量水汽仍留在孔隙深处，被烘干的部位只是集料表面和孔隙开口附近的孔壁。经测试，粗集料的残余含水量高达1 0％，而细集料烘干后几乎没有残余含水量。由此可以看出，沥青混合料中的水分主要集中在粗集料中，干燥后粗集料的残余水分主要集中在核心部位，拌和楼无法进行彻底烘干。将加热的沥青喷入搅拌锅与粗集料搅拌裹覆后，由于热沥青的表面张力很小，与干燥的集料润湿性能特好，故热沥青很容易进入集料的孔隙中去。但一般不会充满，即整个孔隙通道内部一段为水汽．外部一段为沥青。装在运料车中的混合料在高温状态(150℃左右)下，粗集料孔隙通道内部的水分以蒸气状态冲破外部一段沥青及裹覆在集料表面的沥青膜而“溢出”，水蒸气遇车厢壁(温度相对较低)．冷凝成水滴，最后汇聚成水而从车厢尾部流出。

    ②随着水蒸气从粗集料中慢慢蒸发，裹覆在集料表面的沥青也相应地向集料孔隙深处渗透，逐渐被集料所吸收。时间越长．吸收的沥青越多。随着沥青被集料逐渐吸收，起胶结作用的有效沥青含量将自然减少，沥青混合料将失去亮泽，变得干涩，从而减少了混合料的粘聚力。而在配合比设计阶段，确定最佳沥青用量为4 6％，没有考虑被吸收的一部分沥青。经测试，从开始拌和到碾压完毕，被吸收的沥青约0.2％—0.3％，这样．实际有效沥青只有4.3％—4.4％。

    ③粗集料内部含有水分，其温度会低于细集料．粗、细集料的温差将导致粗集料不容易被沥青裹覆，拌和后就出现了花白料。但混合料在成品仓及运料车中闷料一段时间后，粗、细集料温差减少了，粗集料花白现象就相应地消失了。

    ④碎石与沥青的粘附性为3级．也相应地降低了混合料的粘聚力。

⑤芯样断芯的主要原因是沥青含量低，且层间无粘层(设计没有考虑)，降低了层间的粘结力。

制定对策，采取措施

    根据调查、试验得出的原因，制定了以下弥补措施：

    （1）加强料场的防雨措施，碎石用蓬布覆盖，同时增加场地的排水系统，尽量减少碎石的天然含水量。

    （2）调整拌和楼加热烘干时间，由25秒增加至30秒。

    （3）调整中面层AC1 6—I的生产配合比的最佳沥青用量，最佳沥青用量在原来4.6％的基础上增加0.2％～0.3％．抵消一部分被吸收的沥青。

    （4）调整生产配合比中抗剥离剂消石灰含量，由1％增加至1.5％．增强碎石的粘附性。

（5）在沥青下面层表面洒布粘层油(设计没考虑)，增强结构层的联结性。

效果

    （1）通过加强对碎石的防雨措施和延长烘干时间，粗集料残余含水量降为0.55％。

    （2）通过降低碎石含水量、增加一部分沥青含量和消石灰含量，拌和后沥青混合料无花白现象，摊铺后混合料色泽光亮，粗、细集料无离析现象。

    （3）沥青混合料在振碾过程中，无推挤裂缝，压实度提高到了98％以上。中、下层联接性增强，取芯后的芯样无断芯现象．中下层之间粘接紧密。

（4）一定程度上解决了吸水性材料对沥青混合料的影响，避免了质量事故的发生。

现实路况

    从实际路况看，该工程自通车以来近三年，经历夏季少见的持续高温的考验和冬季、雨季水的损害，还承受着目前日益增长的交通流量，但路面没有出现早期损害；而同期完成的其他高速公路甚至迟一年完工的路面工程．均出现了大面积的损害。因此，吸水性集料在沥青路面中应用要掌握好使用方法，特别是对最佳沥青用量的控制．应考虑到被吸收的一部分沥青，在配合比设计时，可以采用美国沥青协会使用集料有效比重来计算混合料的体积特性。

    浙江省在气候分区中属热区，为了避免出现车辙，用传统的马歇尔试验方法设计的最佳沥青用量，有些著作、文献建议最佳沥青用量施工控制应比设计值少0.1％—0.2％。这对于低吸水性集料是可行有效的，但对于高吸水率集料恰恰相反，最佳沥青用量应比设计值高0.2％—0.3％。曾经有一条高速公路路面工程，因使用高吸水率集料，但没有考虑到这一点，通车后路面就发生大面积松散的严重后果。

另外，该路面三层结构设计均为普通AH—70沥青．与一般的改性沥青路面相比，反而没有出现较大的车辙，显示了良好的高温稳定性。对此，我们分析认为，高吸水性集料因多孔，表面粗糙．集料间的摩阻力大．其高温稳定性优于用致密集料生产的沥青混合料。而中面层是路面结构中车辙变形幅度最大的层位．吸水性集料刚好在该路面的中面层，因此，路面具有较高的抗车辙能力。

结束语