新建高速公路瀝青路面泛堿機(jī)理分析及控制方法的研究

甘暖其

摘 要：泛堿對(duì)公路的危害極大，將會(huì)對(duì)公路路面的質(zhì)量造成較大的影響，縮短公路的使用壽命。基于此，本文先對(duì)新建高速公路瀝青路面的泛堿機(jī)理進(jìn)行分析，并且通過(guò)試驗(yàn)的方式進(jìn)行機(jī)理驗(yàn)證，再結(jié)合泛堿機(jī)理分析過(guò)程，提出泛堿問(wèn)題的控制方法，從而為新建高速公路瀝青路面的質(zhì)量提供重要保障。

關(guān)鍵詞：高速公路;瀝青路面;泛堿機(jī)理;離析控制

0 引言

為了有效地解決高速公路瀝青路面的泛堿問(wèn)題，需要采取有效的控制方法，降低泛堿病害對(duì)路面質(zhì)量的影響。一旦路面發(fā)生泛堿現(xiàn)象，久而久之，就會(huì)對(duì)路面的平整性產(chǎn)生影響，甚至造成嚴(yán)重的損壞。因此，做好泛堿防控工作非常重要。

1 新建高速公路瀝青路面泛堿機(jī)理

1.1 泛堿形式及危害

泛堿是高速公路瀝青路面常見病害，對(duì)公路的質(zhì)量具有較大的危害，可以導(dǎo)致路面出現(xiàn)孔洞、松散等現(xiàn)象，對(duì)路面的結(jié)構(gòu)造成較大破壞，進(jìn)而降低公路路面的使用壽命。瀝青路面的泛堿形式主要分為兩種：一種為片狀分布，影響范圍較大，顏色呈白色或黃色;另一種為散點(diǎn)式分布，前期呈現(xiàn)白色，偶爾伴有黃色，后期會(huì)變成灰褐色，這主要是由于路面受到污染導(dǎo)致的。一旦發(fā)生泛堿現(xiàn)象，路面平整度將會(huì)受到影響，雨水極易滲透到路基中，導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性降低，進(jìn)而對(duì)高速公路的承載能力造成影響。在雨水長(zhǎng)期的滲透沖刷下，路面黏結(jié)層將會(huì)受到嚴(yán)重的破壞，導(dǎo)致路面的防滲透能力下降，進(jìn)而使路面質(zhì)量大打折扣。

1.2 泛堿機(jī)理分析

（1）片狀泛堿。在片狀泛堿中，堿性物質(zhì)主要來(lái)源于瀝青混合料、附屬結(jié)構(gòu)物等。這些堿性物質(zhì)具有較強(qiáng)的溶解能力，可以通過(guò)水流進(jìn)行滲透。當(dāng)車輛經(jīng)過(guò)高速公路路面時(shí)，將會(huì)給予路面結(jié)構(gòu)一定的壓力，若是路面的含水量較高，堿性物質(zhì)將會(huì)順著水流被擠壓到路面表層。堿性物質(zhì)將會(huì)與空氣中的某些氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，如、等。當(dāng)堿性物質(zhì)中的水分蒸發(fā)后，將會(huì)形成白色或者黃色物質(zhì)附著在路面。瀝青路面的結(jié)構(gòu)通常為塊狀分布，導(dǎo)致被擠壓上來(lái)的水流在路面呈片狀溢出，進(jìn)而形成片狀泛堿[1]。

（2）散點(diǎn)式泛堿。在散點(diǎn)式泛堿中，堿性物質(zhì)主要來(lái)源于瀝青混合料以及雨水。當(dāng)雨水滲透到瀝青混合料后，將會(huì)使混合料中的堿性物質(zhì)析出，形成堿性液體。隨著氣溫的逐漸升高，瀝青路面將會(huì)發(fā)生膨脹，并且使路面的孔洞收縮，這將會(huì)導(dǎo)致堿性液體的滲出量減少，能夠滲出到路面的只是一小部分，待水分蒸發(fā)后，堿性物質(zhì)留下的痕跡將會(huì)呈現(xiàn)點(diǎn)狀，在整體效果上，呈現(xiàn)散點(diǎn)式分布的狀態(tài)。

1.3 滲水試驗(yàn)及分析

為了探究泛堿對(duì)瀝青路面滲水性能的影響，接下來(lái)將通過(guò)試驗(yàn)的方式進(jìn)行分析，進(jìn)而確定泛堿對(duì)路面的危害。試驗(yàn)過(guò)程如下：在公路中隨機(jī)選取5組泛堿位置，每個(gè)位置泛堿統(tǒng)計(jì)面積為2 m2，試驗(yàn)的參數(shù)有泛堿比（泛堿/非泛堿）、泛堿處滲水系數(shù)（mL/min）、非泛堿處滲水系數(shù)（mL/min）。1～5組各項(xiàng)參數(shù)如下：泛堿比：8.0，4.0，2.8，1.9，0.6;泛堿處滲水系數(shù)：99，41，48，42，20;非泛堿處滲水系數(shù)：15，10，18，22，30。通過(guò)數(shù)據(jù)分析可以得到以下結(jié)論：第一，泛堿比越大，說(shuō)明泛堿現(xiàn)象越嚴(yán)重。第二，泛堿處的滲水量一般大于非泛堿處，說(shuō)明發(fā)生泛堿后，將會(huì)導(dǎo)致路面的防滲能力下降，久而久之，路面的防滲效果將會(huì)越來(lái)越差。第三，結(jié)合路面實(shí)際情況發(fā)現(xiàn)，泛堿比較大的位置多發(fā)生在中面層，而且中面層受到泛堿現(xiàn)象的影響較為嚴(yán)重。

1.4 混合料性能試驗(yàn)及分析

為了探究泛堿位置滲水系數(shù)較大的原因，將對(duì)混合料的性能展開試驗(yàn)。試驗(yàn)過(guò)程如下：對(duì)1.3試驗(yàn)中的1～5組位置處路面的空隙率（%）進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定結(jié)果如下：泛堿處空隙率：6.0，4.5，5.5，7.0，4.6;非泛堿處空隙率：4.5，4.2，4.4，4.4，4.4;空隙描述：孔洞，密實(shí)，小孔洞、孔洞、密實(shí)。通過(guò)數(shù)據(jù)分析可以得到以下結(jié)論：第一，泛堿處空隙率隨著滲水系數(shù)的增加而增加，泛堿現(xiàn)象嚴(yán)重時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致路面出現(xiàn)孔洞，對(duì)混合料的性能造成影響。第二，非泛堿處空氣基本穩(wěn)定在4.4左右，而泛堿處通常伴有孔洞，說(shuō)明泛堿現(xiàn)象是導(dǎo)致空隙率增加的主要原因，同時(shí)也是影響滲水系數(shù)的主要因素。

2 新建高速公路瀝青路面泛堿控制方法

2.1 原材料選擇及拌和控制

在選擇混合料的原材料時(shí)，需要合理地進(jìn)行選擇，對(duì)碎石粒徑進(jìn)行嚴(yán)格的篩選，使碎石粒徑處于均勻狀態(tài)，這樣可以有效地降低瀝青路面的空隙率，對(duì)泛堿現(xiàn)象進(jìn)行有效地控制。例如：某施工單位為了保障碎石的均勻性，在碎石采購(gòu)工作完成后，重新對(duì)碎石的粒徑進(jìn)行了篩選，從而增加碎石原材料的均勻性。瀝青混合料在攪拌過(guò)程中需要根據(jù)不同的規(guī)格分開攪拌，例如：20 mm粒徑的碎石不能與13 mm粒徑的碎石混合攪拌，否則會(huì)導(dǎo)致瀝青路面的防滲透能力下降，增加路面泛堿的風(fēng)險(xiǎn)。原材料需要采用分層堆放的方式，堆放過(guò)程中逐漸地進(jìn)行加高，這樣可以降低重力對(duì)原材料的影響，避免原材料產(chǎn)生離析現(xiàn)象。原材料進(jìn)行攪拌時(shí)，需要保障原材料混合均勻，進(jìn)而提高混合料的攪拌質(zhì)量[2]。

2.2 溫度離析控制

為了有效地避免混合料受到溫度的影響，需要注意以下幾點(diǎn)：第一，原材料在拌和過(guò)程中，需要控制好拌和的溫度，避免由于溫度過(guò)低而導(dǎo)致混合料出現(xiàn)離析現(xiàn)象。例如：某施工單位在進(jìn)行混合料攪拌的過(guò)程中，由于氣溫較低，施工人員將拌和溫度提升了6℃，有效地避免了混合料發(fā)生離析。第二，運(yùn)輸過(guò)程中需要盡可能地選擇最快的運(yùn)輸路線，特別是在氣溫較低的天氣下，需要快速地完成混合料的鋪攤工作，這樣可以有效地降低溫度對(duì)混合料的影響。第三，需要做好混合料的保溫工作，在裝車工作完成后，需要利用保溫材料進(jìn)行覆蓋，避免混合料溫度急劇下降，導(dǎo)致混合料發(fā)生離析。

2.3 優(yōu)化鋪攤作業(yè)流程

鋪攤過(guò)程中一旦操作不當(dāng)，就會(huì)導(dǎo)致混合料發(fā)生離析，增加瀝青路面泛堿風(fēng)險(xiǎn)。鋪攤作業(yè)流程的優(yōu)化主要包含以下幾個(gè)方面：第一，需要對(duì)鋪攤機(jī)進(jìn)行嚴(yán)格的控制。例如：鋪攤時(shí)需要注意攏料的時(shí)機(jī)，當(dāng)鋪攤機(jī)距離刮板10 cm左右時(shí)進(jìn)行攏料，這樣可以有效地避免斷料，保障良好的鋪攤質(zhì)量。第二，鋪攤機(jī)在使用之前需要進(jìn)行測(cè)試，使其能夠處于最佳工作狀態(tài)，這樣可以有效地降低鋪攤過(guò)程混合料出現(xiàn)離析。例如：需要對(duì)布料機(jī)的轉(zhuǎn)速、送料速度等進(jìn)行調(diào)整，使其能夠處于正常工作狀態(tài)，保障布料機(jī)能夠穩(wěn)定地進(jìn)行輸料，從而有效地避免離析現(xiàn)象的出現(xiàn)。第三，需要做好鋪攤機(jī)輸料平板振動(dòng)強(qiáng)度的調(diào)整，保障細(xì)骨料分布在路面的下層，粗骨料分布在路面的上層，這樣既可以避免混合料發(fā)生離析現(xiàn)象，又能夠提高路面的防滲效果，使公路具有良好的質(zhì)量。第四，鋪攤工作完成后，需要對(duì)鋪攤質(zhì)量進(jìn)行檢查。當(dāng)發(fā)現(xiàn)路面存在較大的孔洞時(shí)，需要及時(shí)進(jìn)行填補(bǔ)，這樣可以有效地減少路面的空隙，防止路面出現(xiàn)泛堿現(xiàn)象[3]。

2.4 嚴(yán)格控制級(jí)配

為了有效地避免泛堿現(xiàn)象的發(fā)生，需要嚴(yán)格地對(duì)混合料的控制級(jí)別進(jìn)行控制，這樣可以在很大程度上提高混合料的鋪攤質(zhì)量。在混合料級(jí)配控制上需要注意以下幾點(diǎn)：第一，需要控制好混合料的礦質(zhì)級(jí)配，將級(jí)配控制在一定范圍內(nèi)，從而提高瀝青路面的防滲效果。例如：在級(jí)配控制方面，需要通過(guò)級(jí)配曲線的分析來(lái)確定合理的級(jí)配參數(shù)，確定原材料的粒徑對(duì)混合料防滲效果的影響。第二，為了提高路面面層的均勻性，需要選擇較小的級(jí)配范圍，這樣可以降低路面的空隙率，使路面更加地易于壓實(shí)。第三，需要注意混合料鋪攤的層次，鋪攤級(jí)配誤差需要控制在4%以內(nèi)，這樣可以有效地保障路面的均勻性，提高路面的密實(shí)程度。

2.5 均勻性控制檢測(cè)

通過(guò)介電常數(shù)的測(cè)量可以有效地對(duì)路面的泛堿風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行判斷，具體判斷規(guī)則如下：當(dāng)介電常數(shù)小于3.5時(shí)，具有較高的泛堿風(fēng)險(xiǎn);當(dāng)介電常數(shù)在3.5～6.5之間時(shí)，具有較低的泛堿風(fēng)險(xiǎn);當(dāng)介電常數(shù)大于6.5時(shí)，不具備泛堿風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)介電常數(shù)可以對(duì)路面的均勻性進(jìn)行判斷，準(zhǔn)確度可以達(dá)到94%以上。當(dāng)發(fā)現(xiàn)路面存在泛堿風(fēng)險(xiǎn)后，需要對(duì)路面進(jìn)行修補(bǔ)，減少路面的空隙，增加路面的防滲能力。路面的修補(bǔ)方法如下：首先，通過(guò)三維雷達(dá)對(duì)空隙的位置進(jìn)行檢測(cè)，獲取路面的結(jié)構(gòu)特征。其次，制備乳化瀝青，使用該材料對(duì)空隙進(jìn)行填補(bǔ)，這樣可以有效地減少瀝青路面的空隙，提高路面的均勻性。最后，對(duì)修補(bǔ)的結(jié)果進(jìn)行復(fù)檢，若介電常數(shù)小于6.5，則說(shuō)明修補(bǔ)后瀝青路面的質(zhì)量符合要求，否則，需要重新進(jìn)行修補(bǔ)。

3 結(jié)論

綜上所述，混合料離析問(wèn)題將會(huì)對(duì)混合料的質(zhì)量造成較大的影響，使用離析混合料鋪攤路面后，將會(huì)增大路面的空隙，進(jìn)而引起路面發(fā)生泛堿現(xiàn)象。因此，做好混合料的離析防護(hù)工作非常重要，這樣可以從根本上提高混合料的質(zhì)量，降低路面泛堿風(fēng)險(xiǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃志勇，熊春龍，李偉雄，等.新建瀝青路面泛堿機(jī)理分析及控制[J].公路，2019，64（11）：40-47.

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[3]叢林，陳賽.高速公路瀝青路面離析評(píng)價(jià)方法及評(píng)價(jià)指標(biāo)綜述[J].華東公路，2018（1）：104-107.