廣西地區(qū)瀝青路面褪色泛白現(xiàn)象的試驗研究

李謀玉 萬 路 余春林 涂 娟

（1.湖北國創(chuàng)道路工程有限公司，湖北武漢 430070；2.湖北國創(chuàng)高新材料股份有限公司，湖北武漢 430070）

在西地區(qū)高速公路項目瀝青路面建設(shè)過程中，采用復(fù)雜質(zhì)量程序進行控制，發(fā)現(xiàn)剛完工的瀝青路面迅速失去光澤，在陽光的照射下，路面呈現(xiàn)灰色，甚至陽光充足的情況下，路面呈現(xiàn)白色（簡稱泛白現(xiàn)象）[1]，使得瀝青路面迅速失去美觀性。對此，各參建單位迅速針對此類泛白現(xiàn)象展開調(diào)查，分析論證其中的原因，并提出相應(yīng)的解決思路。

1 產(chǎn)生現(xiàn)象的原因

根據(jù)現(xiàn)場走訪和觀察的情況，瀝青面層中如SBS改性瀝青（I-D）AC-16C瀝青混合料，施工竣工后，在基本無荷載（交通量）的情況下，3～6個月時間路面迅速變灰或變白，且經(jīng)檢測，路面滲水系數(shù)、彎沉均合格。配合比試驗中，油石比的提高較為困難，相較于其他地區(qū)，油石比需要偏低0.1%～0.3%。

高速公路周邊開采集料中含有較多白色成分，0～3 mm細集料呈現(xiàn)灰色狀，礦粉為石灰?guī)r礦粉，膠輪碾壓過程中，易起瀝青絲；碾壓后，粗集料脫膜現(xiàn)象嚴重。針對瀝青路面完工不久后變灰或變白現(xiàn)象，為進一步了解原因，對多條道路進行走訪，影響的因子主要包括粗集料、細集料、礦粉參量等。

根據(jù)走訪可知：同材質(zhì)下，隨著級配越細，越容易在碾壓過程起絲，導(dǎo)致表層瀝青膜脫落，加速了瀝青路面的褪色過程。

同材質(zhì)下，僅調(diào)整礦粉參量，隨著礦粉的增加，起絲現(xiàn)象越嚴重；不同材質(zhì)且相近級配情況下，黏附性更低的材料在碾壓過程中起絲現(xiàn)象越嚴重，瀝青膜脫落也更嚴重，加速了瀝青路面褪色過程。

本文重點研究瀝青與粗集料的黏附能力、瀝青與礦粉形成膠漿的黏度特性、瀝青組分對黏附性能和瀝青礦粉的膠漿黏度的影響，以研究起絲和褪色現(xiàn)象的產(chǎn)生機制。

2 試驗過程

2.1 樣品巖性成分分析

為更好地確定集料的成分，將選取的樣品送至相關(guān)檢測單位進行X射線衍射分析（XRD）和切片分析[2]。選取的樣品經(jīng)檢測，壓碎值、磨耗值均合格[2]。

石灰?guī)r的主要礦物組成及含量如表1所示。

表1 石灰?guī)r的主要礦物組成及含量 單位：%

石灰?guī)r的化學(xué)組成即含量如表2所示。

表2 不同石灰?guī)r的化學(xué)組成及含量 單位：%

由表2可知，A、B樣品中氧化硅含量較高，根據(jù)堿性集料的定義，A、B樣品為堿性集料，即與瀝青的黏附性更好；集料C中的白云石含量較高，且化學(xué)組分中氧化鎂的含量也最高。

2.2 巖性中白云石成分對混合料黏附性能的影響分析

在公路工程中，瀝青與集料的黏附性通常通過水煮沸的黏附性試驗進行研究判斷，以分析瀝青混凝土在使用過程中抵抗水破壞的能力[3]。

經(jīng)測試，集料在標(biāo)準(zhǔn)試驗狀態(tài)下的黏附性影響，經(jīng)試驗黏附等級都在4級以上，基本滿足規(guī)范要求。為進一步了解膠輪碾壓狀態(tài)下瀝青與集料的力學(xué)性能，將試驗條件改為較沸，煮沸時間為10 min，以加速瀝青與集料的剝離，研究膠輪碾壓過程中的起絲現(xiàn)象。

如修正下水煮沸的黏附等級測試結(jié)果如表3所示。

表3 修正下水煮沸的黏附等級測試結(jié)果

在試驗中，隨著集料中白云石含量的增加，相同的煮沸時間情況下，瀝青與集料的附性下降明顯。在對比試驗中，進一步發(fā)現(xiàn)隨著集料中氧化硅與氧化鎂含量的增加，瀝青與集料的黏附性明顯下降。

在溫度和時間都增加的情況下，瀝青與集料的黏附等級下降更明顯。由試驗可知，在膠輪的荷載作用下，由于碾壓溫度相對于本試驗溫度更高，瀝青的表面張力進一步減小，導(dǎo)致瀝青與集料的相互黏結(jié)力顯著下降。

2.3 瀝青與礦粉的膠漿體系的黏度分析

通常情況下，均認為隨著瀝青黏度的增加，集料與瀝青的黏附效果更好，抗水破壞能力就更強。為探尋褪色現(xiàn)象，本文以布氏黏度試驗分析礦粉與瀝青形成膠漿的黏度，以分析集料成分對膠漿自身黏聚性能的影響，測試條件為礦粉與改性瀝青（I-D）的比例為1∶1。

隨著礦粉加入，黏度成倍數(shù)增加，表明礦粉的增加有利于增加與集料的粘附性；在同溫度情況下，隨著礦粉中石英含量的增加，瀝青與礦粉的膠漿體系黏度同步減小。隨著氧化鎂含量的增加，礦粉與瀝青膠漿體系的黏度也同步增加。根據(jù)試驗表征的結(jié)果，降低瀝青與礦粉膠漿的自身的黏度可以改善拉絲現(xiàn)象的產(chǎn)生；減少集料中白云石的含量有助于緩解膠輪碾壓過程中拉絲現(xiàn)象的產(chǎn)生。

不同溫度下膠漿的黏度測試結(jié)果如表4所示。

表4 不同溫度下膠漿的黏度測試 單位：Pa·s

由表3可知，瀝青與礦粉形成的膠漿體系自身黏度越大，加速了膠輪碾壓過程中瀝青從集料的剝落，加快了瀝青面層的褪色。

瀝青與集料的黏附機制實際為隨著集料中石英、白云石成分的增加，瀝青與集料間的黏結(jié)力下降，瀝青與礦粉形成的膠漿內(nèi)聚力增大，在瀝青膜的破壞過程中加速了瀝青的大量剝離。

2.4 瀝青組分對黏附性與膠漿黏度的影響分析

根據(jù)瀝青黏附原理的膠漿理論，通常認為瀝青組分組成也會對瀝青與集料的黏附性產(chǎn)生影響。

為進一步了解泛白現(xiàn)象形成原因，選取不同組分的瀝青經(jīng)改性后，采用C組集料進行了黏附性、膠漿黏度的對比試驗，新增對比組改性瀝青中，SBS改性劑摻量相同，用于改性的基質(zhì)瀝青膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量略微增加。

由瀝青與集料的黏附性能試驗可知，瀝青質(zhì)、膠質(zhì)含量的增加，可以增加瀝青與集料的黏附性，但無法從根本上提升與集料的黏附等級。

由瀝青與礦粉膠漿的黏度試驗可知，提高瀝青中膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量，礦粉與膠漿的黏度降低，內(nèi)聚力也相應(yīng)降低。

由增加的瀝青組試驗可知，瀝青質(zhì)、膠質(zhì)含量的增加能夠增強瀝青與集料的不安附性，降低瀝青與礦粉膠漿自身的黏度。瀝青中瀝青質(zhì)和膠質(zhì)的增加可以降低起絲現(xiàn)象的產(chǎn)生，緩和路面褪色現(xiàn)象。

3 現(xiàn)象跟蹤與結(jié)論

由試驗結(jié)果可知，降低集料中白云石的含量有利于改善甚至解決膠輪碾壓過程的拉絲現(xiàn)象。但考慮廣西地區(qū)中西部石灰?guī)r基本為溶洞型石灰?guī)r，地質(zhì)情況復(fù)雜，大部分集料中都蘊含了一定量的白云石，在工程建設(shè)領(lǐng)域?qū)κ規(guī)r的需求量非常大，從其他省份或地區(qū)采購集料的增加成本會導(dǎo)致瀝青道路建設(shè)成本大量增加，不利于建設(shè)投資成本的控制，對該現(xiàn)象所產(chǎn)生的質(zhì)量控制和質(zhì)量控制則成為工程建設(shè)領(lǐng)域重點考量的問題。根據(jù)對該現(xiàn)象的分析和大量的走訪及參與的質(zhì)量控制方案設(shè)計，可以采用以下方法進行控制。

（1）在集料的開采過程中，根據(jù)集料中白云石含量加以區(qū)分，分別應(yīng)用到路基、路面中，實現(xiàn)整體質(zhì)量控制。

（2）在瀝青面層應(yīng)用過程中，居于表面層的瀝青磨耗層，在建設(shè)資金可控的情況下，盡量不設(shè)計石灰?guī)r瀝青磨耗層，且0～3 mm區(qū)間集料盡量不采用廣西地區(qū)石灰?guī)r。

（3）鑒于廣西地區(qū)石灰?guī)r中氧化硅、白云石含量較高，在瀝青混合料生產(chǎn)過程中，應(yīng)盡量降低集料的含泥量，最大限度提高瀝青與集料的黏結(jié)能力。

（4）瀝青的選用方面，在滿足設(shè)計要求的前提下，優(yōu)先選擇瀝青質(zhì)、膠質(zhì)含量較高的瀝青，以增加瀝青與集料黏附性能。

（5）根據(jù)石灰?guī)r特性，選擇合適的抗水剝落劑，增強瀝青與集料的黏結(jié)力。

（6）加強集料破碎工藝的研究，以增加集料的破碎面，增加集料的比表面，以增加瀝青與集料的黏附性能。

（7）加強配合比設(shè)計，控制集料間隙率、混合料孔隙率，在地區(qū)道路質(zhì)量控制方面，應(yīng)優(yōu)先考慮高溫性能和抗水能力。