掺消石灰改善沥青与酸性矿料的粘附性

1 概述
　　沥青混合料在浸水条件下，由于沥青与石料的粘附性降低导致沥青混合料的物理力学性能降低的程度称作沥青混合料的水稳性。沥青混凝土的水稳性不好容易导致沥青面层产生严重辙槽，局部松散和坑洞等水损坏现象，因此，长期以来国内外部采用不同的添加剂来改善沥青砼的水稳性，且这方面的研究工作始终不断。
　　为解决沥青与矿料遇水剥落的问题，国内外道路工程师们常采用两种方法。一是利用碱性材料处理酸性石料的表面，使后者活化。传统用法是用消石灰水处理矿料，或者直接往拌和室中添 加消石灰或水泥。另一种方法是向沥青中加入少量液体抗剥落剂，如进口的抗剥落剂Berol胺，国产的A型抗剥落剂、AST-3抗剥落剂。PA-3型抗剥落剂在国内高速公路上使用得最多。这些液体(粉末)抗剥落剂的初期效果固然不错，但其长期性能或耐久性如何尚是一个有待研究解决的问题。
　　广东省是盛产花岗岩的省份，碱性的玄武岩很少，如采用玄武岩作沥青矿料，成本很高。为此，我公司在同三国道主干线汕(头)―汾(水关)高速公路上，试验性的采用添加消石灰作抗剥落剂。试验基本达到预期的效果。
　　2 矿料性质
　　石料是酸性较高的花岗岩，SiO2含量为68.3%。细集料用的是天然砂和花岗岩石屑，SiO2含量71.1%。采用的填料(矿粉)和消石灰的主要性质见表1。沥青是泰普克AH-70# 。

表1 填料和消石灰的性质

　　3 试验
　　3.1 添加消石灰后沥青性质的变化和要求
　　在进行沥青砼混合料设计之前，先做了沥青添加消石灰后的物理性试验。见表2。表2的结果表明，沥青中加入消石灰后沥青的针入度下降，软化点和粘度升高。它有助于改善沥青砼在高温下的剥落和推挤。此外，添加合适剂量的石灰可以降低沥青砼的温度敏感性，有助于抵抗老化和低温条件下的抗裂性能。

表2 沥青的物理性试验结果

　　根据美国沥青协会的2号手册(MS-2)，沥青砼的最佳拌和温度应是与沥青粘度1.7±0.2P(泊)相应的温度；沥青砼的最佳压实温度应是沥青粘度的2.8±0.3P相应的温度。按此要求确定AH-70沥青加入不同剂量石灰后的拌和温度和压实温度，见表3。

表3 加消石灰的沥青砼的拌和和压实温度

　　从表3可以看到，消石灰加得愈多，混合料的拌和和压实温度愈高，加入2%消石灰时，混合料的拌和温度要高达175℃，如加3%的消石灰，拌和温度将高达195℃，显然将使沥青容易老化和损坏。
　　3.2 添加消石灰沥青与石料的粘附性试验
　　将消石灰按剂量加入沥青中，用水煮法确定沥青的粘附性，见表4。添加2%的消石灰沥青粘附性能达到4级。

表4 加消石灰的沥青与石料的粘附性

　　3.3 沥青砼的水稳定度试验
　　以抗滑表面层AK-16A为例，按马歇尔试验确定混合料的配合比，消石灰的剂量是等量替代矿粉。为评定添加消石灰的沥青混合料的水稳定性，测定了AK-16A在最佳含量下的残留稳定度。结果见表5。

表5 残留稳定度试验结果

　　由此可见，掺加抗剥落剂和消石灰代替矿粉后AK-16A的残留稳定度都比较高，均超过规范75%的要求，具有较好的水稳性。且添加2%消石灰的残留稳定比掺抗剥落剂提高12.5%。
　　3.4 间接抗拉强度试验
　　在室内进行AK-16A沥青混凝土试件的间接抗拉强度试验时，石灰的添加量有0%(对比用)、1%、2%和3%。试验中，石 灰先加入矿粉中进行拌和，然后再添加沥青并拌和均匀。
　　3.4.1 干试件
　　各种沥青混合料的试件不进行湿度调节，在25℃温度下测得 的间接抗拉强度见表6。表中可见，添加消石灰的沥青混凝土比不添加的间接抗拉强度提高了，添加1%―2%石灰有最明显的效果。当石灰剂量增加到3%时，试件的间接抗拉强度反而降低到与对比试件相似的强度。因此，石灰必须要有适宜的含量。

表6 间接抗拉强度试验结果

　　3.4.2 经温度调节的试件
　　对于没有石灰的沥青混凝土，经湿度调节的试件在25℃的间接抗拉强度明显减小，见表6。在破坏试件的破裂面上多数沥青膜已从集料上剥离。在25℃时，添加每一剂量的石灰都使经湿度调节沥青混凝土试件的间接抗拉强度增加，添加2%石灰混合料的抗拉强度最高(1.7MPa)。
　　综上所述，在沥青混凝土中添加石灰必须有一合适剂量，以获得良好的效果。如果石灰太多会使强度降低和易开裂。
　　3.4.3 湿度调节前后沥青混凝土间接抗拉强度之比
　　用ASTM标准评价，评价时采用相同组成的沥青混凝土试件温度调节前后的间接抗拉强度之比，要求的标准是75%。见表6，其中加2%石灰的混凝土最好，加1%石灰的混凝土次之，3%石灰达不到标准要求。
　　3.5 车辙试验
　　为评定AK-16A的高温稳定性，通过车辙试验，测定掺2%消石灰和掺抗剥落剂的动稳定度。试验结果见表7，由表看出，这两种AK-16A的动稳定度都高于规范要求的800次/mm。掺消石灰后不影响混合料的高温稳定性。

表7 车辙试验结果

　　4 小结
　　4.1 掺加消石灰的沥青混合料水稳性得到提高，说明石灰能改善沥青与酸性矿料的粘附性。
　　4.2 消石灰剂量以1-2%等量替代矿粉为宜，否则会使强度降低和易开裂。
　　4.3 掺消石灰不影响沥青混合料的高温稳定性。
　　4.4 考虑经济因素和工作度，石灰应先与集料拌和，然后再与沥青拌制成