在西地区高速公路项目沥青路面建设过程中,采用复杂质量程序进行控制,发现刚完工的沥青路面迅速失去光泽,在阳光的照射下,路面呈现灰色,甚至阳光充足的情况下,路面呈现白色(简称泛白现象)[1],使得沥青路面迅速失去美观性。对此,各参建单位迅速针对此类泛白现象展开调查,分析论证其中的原因,并提出相应的解决思路。1产生现象的原因根据现场走访和观察的情况,沥青面层中如SBS改性沥青(I-D)AC-16C沥青混合料,施工竣工后,在基本无荷载(交通量)的情况下,3~6个月时间路面迅速变灰或变白,且经检测,路面渗水系数、弯沉均合格。配合比试验中,油石比的提高较为困难,相较于其他地区,油石比需要偏低0.1%~0.3%。高速公路周边开采集料中含有较多白色成分,0~3 mm细集料呈现灰色状,矿粉为石灰岩矿粉,胶轮碾压过程中,易起沥青丝;碾压后,粗集料脱膜现象严重。针对沥青路面完工不久后变灰或变白现象,为进一步了解原因,对多条道路进行走访,影响的因子主要包括粗集料、细集料、矿粉参量等。根据走访可知:同材质下,随着级配越细,越容易在碾压过程起丝,导致表层沥青膜脱落,加速了沥青路面的褪色过程。同材质下,仅调整矿粉参量,随着矿粉的增加,起丝现象越严重;不同材质且相近级配情况下,黏附性更低的材料在碾压过程中起丝现象越严重,沥青膜脱落也更严重,加速了沥青路面褪色过程。本文重点研究沥青与粗集料的黏附能力、沥青与矿粉形成胶浆的黏度特性、沥青组分对黏附性能和沥青矿粉的胶浆黏度的影响,以研究起丝和褪色现象的产生机制。2试验过程2.1样品岩性成分分析为更好地确定集料的成分,将选取的样品送至相关检测单位进行X射线衍射分析(XRD)和切片分析[2]。选取的样品经检测,压碎值、磨耗值均合格[2]。石灰岩的主要矿物组成及含量如表1所示。10.3969/j.issn.2096-1936.2021.17.015.T001表1石灰岩的主要矿物组成及含量石料名称方解石石英白云石样品来源石灰岩A75223湖北武汉石灰岩B9082广西百色石灰岩C21178广西贵港石灰岩D601327广西南宁%石灰岩的化学组成即含量如表2所示。10.3969/j.issn.2096-1936.2021.17.015.T002表2不同石灰岩的化学组成及含量石料名称CaOSiO2MgOAl2O3Fe2O3K2O石灰岩A72.923.21.91.20.60.1石灰岩B85.09.31.52.51.10.5石灰岩C66.01.531.20.80.30.1石灰岩D68.415.19.73.22.90.6%由表2可知,A、B样品中氧化硅含量较高,根据碱性集料的定义,A、B样品为碱性集料,即与沥青的黏附性更好;集料C中的白云石含量较高,且化学组分中氧化镁的含量也最高。2.2岩性中白云石成分对混合料黏附性能的影响分析在公路工程中,沥青与集料的黏附性通常通过水煮沸的黏附性试验进行研究判断,以分析沥青混凝土在使用过程中抵抗水破坏的能力[3]。经测试,集料在标准试验状态下的黏附性影响,经试验黏附等级都在4级以上,基本满足规范要求。为进一步了解胶轮碾压状态下沥青与集料的力学性能,将试验条件改为较沸,煮沸时间为10 min,以加速沥青与集料的剥离,研究胶轮碾压过程中的起丝现象。如修正下水煮沸的黏附等级测试结果如表3所示。10.3969/j.issn.2096-1936.2021.17.015.T003表3修正下水煮沸的黏附等级测试结果项目石灰岩A石灰岩B石灰岩C石灰岩D10 min水煮法现象描述小面积剥落,白云石部位剥落明显,有少量漂浮沥青。小面积剥落,白云石部位剥落明显,有少量漂浮沥青。剥落明显,白云石部位剥落明显,有较多漂浮沥青。剥落明显,白云石部位剥落明显,有较多漂浮沥青。黏附性等级4432在试验中,随着集料中白云石含量的增加,相同的煮沸时间情况下,沥青与集料的附性下降明显。在对比试验中,进一步发现随着集料中氧化硅与氧化镁含量的增加,沥青与集料的黏附性明显下降。在温度和时间都增加的情况下,沥青与集料的黏附等级下降更明显。由试验可知,在胶轮的荷载作用下,由于碾压温度相对于本试验温度更高,沥青的表面张力进一步减小,导致沥青与集料的相互黏结力显著下降。2.3沥青与矿粉的胶浆体系的黏度分析通常情况下,均认为随着沥青黏度的增加,集料与沥青的黏附效果更好,抗水破坏能力就更强。为探寻褪色现象,本文以布氏黏度试验分析矿粉与沥青形成胶浆的黏度,以分析集料成分对胶浆自身黏聚性能的影响,测试条件为矿粉与改性沥青(I-D)的比例为1∶1。随着矿粉加入,黏度成倍数增加,表明矿粉的增加有利于增加与集料的粘附性;在同温度情况下,随着矿粉中石英含量的增加,沥青与矿粉的胶浆体系黏度同步减小。随着氧化镁含量的增加,矿粉与沥青胶浆体系的黏度也同步增加。根据试验表征的结果,降低沥青与矿粉胶浆的自身的黏度可以改善拉丝现象的产生;减少集料中白云石的含量有助于缓解胶轮碾压过程中拉丝现象的产生。不同温度下胶浆的黏度测试结果如表4所示。10.3969/j.issn.2096-1936.2021.17.015.T004表4不同温度下胶浆的黏度测试试验指标样品沥青样品A样品B样品C样品D135 ℃动力黏度3 1708 6759 40018 45013 100Pa·s由表3可知,沥青与矿粉形成的胶浆体系自身黏度越大,加速了胶轮碾压过程中沥青从集料的剥落,加快了沥青面层的褪色。沥青与集料的黏附机制实际为随着集料中石英、白云石成分的增加,沥青与集料间的黏结力下降,沥青与矿粉形成的胶浆内聚力增大,在沥青膜的破坏过程中加速了沥青的大量剥离。2.4沥青组分对黏附性与胶浆黏度的影响分析根据沥青黏附原理的胶浆理论,通常认为沥青组分组成也会对沥青与集料的黏附性产生影响。为进一步了解泛白现象形成原因,选取不同组分的沥青经改性后,采用C组集料进行了黏附性、胶浆黏度的对比试验,新增对比组改性沥青中,SBS改性剂掺量相同,用于改性的基质沥青胶质、沥青质含量略微增加。由沥青与集料的黏附性能试验可知,沥青质、胶质含量的增加,可以增加沥青与集料的黏附性,但无法从根本上提升与集料的黏附等级。由沥青与矿粉胶浆的黏度试验可知,提高沥青中胶质、沥青质含量,矿粉与胶浆的黏度降低,内聚力也相应降低。由增加的沥青组试验可知,沥青质、胶质含量的增加能够增强沥青与集料的不安附性,降低沥青与矿粉胶浆自身的黏度。沥青中沥青质和胶质的增加可以降低起丝现象的产生,缓和路面褪色现象。3现象跟踪与结论由试验结果可知,降低集料中白云石的含量有利于改善甚至解决胶轮碾压过程的拉丝现象。但考虑广西地区中西部石灰岩基本为溶洞型石灰岩,地质情况复杂,大部分集料中都蕴含了一定量的白云石,在工程建设领域对石灰岩的需求量非常大,从其他省份或地区采购集料的增加成本会导致沥青道路建设成本大量增加,不利于建设投资成本的控制,对该现象所产生的质量控制和质量控制则成为工程建设领域重点考量的问题。根据对该现象的分析和大量的走访及参与的质量控制方案设计,可以采用以下方法进行控制。(1)在集料的开采过程中,根据集料中白云石含量加以区分,分别应用到路基、路面中,实现整体质量控制。(2)在沥青面层应用过程中,居于表面层的沥青磨耗层,在建设资金可控的情况下,尽量不设计石灰岩沥青磨耗层,且0~3 mm区间集料尽量不采用广西地区石灰岩。(3)鉴于广西地区石灰岩中氧化硅、白云石含量较高,在沥青混合料生产过程中,应尽量降低集料的含泥量,最大限度提高沥青与集料的黏结能力。(4)沥青的选用方面,在满足设计要求的前提下,优先选择沥青质、胶质含量较高的沥青,以增加沥青与集料黏附性能。(5)根据石灰岩特性,选择合适的抗水剥落剂,增强沥青与集料的黏结力。(6)加强集料破碎工艺的研究,以增加集料的破碎面,增加集料的比表面,以增加沥青与集料的黏附性能。(7)加强配合比设计,控制集料间隙率、混合料孔隙率,在地区道路质量控制方面,应优先考虑高温性能和抗水能力。

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