周炯
浙江省交通集团检测科技有限公司 浙江杭州 310024
摘要：本研究基于浙江省某高速公路集料散失病害实例提供一种病害成因分析的方法，即通过回收沥青与集料进行性能试验与矿物成分分析，并查 阅集料新建时期检测报告的方法分析病害成因。结果表明，集料散失外观表现为构造深度增加，在工程实例中病害成因主要集料的高吸水率、软弱颗粒含量，与矿物成分中含吸水性强的次生矿物有关，不利于沥青与集料保持长期有效的粘附作用。
关键词：路面工程，沥青路面，集料散失，成因分析
集料散失病害为高速公路表面层早期水损坏病害，国内外文献中仅提及可能导致水损坏发生的原因，也缺少对现有路面的实地调查及主要病害成因的分析，本研究结合浙江省某高速公路的工程实地病害情况，开展集料散失病害调查及成因分析。
1.集料散失病害成因研究
1.1集料散失形成机理研究
集料散失是沥青混合料在水-荷载作用下逐渐丧失结构性的典型松散类病害，国内外专家学者对沥青混合料松散剥落病害机理做了许多研究，将水损坏引起的松散破坏模式分为：粘聚破坏、粘附破坏和碎裂破坏。粘聚破坏是沥青膜或沥青胶浆膜内部开裂，集料仍被完整裹覆；粘附破坏是指沥青或沥青胶浆与集料粘结的界面破坏并露出集料表面；碎裂破坏是指由于集料强度不足、易碎，外力的作用下破碎，产生了许多新的没有胶结料粘结的接触面。
对于不同区域、荷载水平、路面类型、路面材料及施工质量的沥青路面，其集料散失病害分布特性及引发原因也不相同，需采取针对性调查方案进行研究。
1.2调查方法研究
与粘聚破坏、粘附破坏和碎裂破坏相对应的分别为沥青材料内部粘聚能力、沥青-集料粘附能力和集料本身抗破碎能力。学者提出以粘聚功、表面能、接触角检测等方法表征不同种类沥青粘聚性能或沥青-集料之间粘附性能，以上方法没有广泛认可的技术标准。另外，集料中含有部分强度低或吸水率高的次生矿物会导致混合料水稳定性下降，我国规范中采用水煮法或水浸法定性评价沥青-集料粘附性能，并以压碎值表征集料抗破碎性能，由于原路面已经经过车辆荷载压碎作用，不宜再次进行压碎试验。
2.调查对象及试验方法
2.1调查对象
浙江某高速公路为典型18cm沥青路面结构，上面层为4cmSBS改性沥青AC-13C,中面层为6cmSBS改性沥青sup20,下面层为普通沥青8cmAC-25C。通车3年后，超车道及主车道均出现集料散失现象。
2.2试验方案
本研究提出以路面表观调查及内部材料试验分析相结合的方法，对集料散失病害的性质、分布情况及形成原因进行开展调查。
1）表观调查方法。对于密级配路面，集料散失将破坏路表面原有纹理构造分布，对以上路段的进行路面平均断面构造深度（MPD）检测，将现场踏勘调查确认明显散失路段测值与同地区正常路面测值进行对比。对于严重散失且MPD偏移显著的路段进行取芯取样，取芯深度为18cm沥青全面层，观察路面各结构层混合料外观。
2）内部材料性能试验检测方法。取回的混合料将沥青与集料分离，进行原材料性能试验与矿物成分检测的试验分析方法。其中回收沥青进行三大指标检测，回收的粗集料粘附性检测及X射线衍射方法（XRD）矿物成分分析，并查阅集料检测报告与料源地区相关地质研究文献作为参考。
3.结果及分析
3.2表观调查结果
1、外观调查与纹理检测
根据现场踏勘情况，视觉确认发生明显剥落的路段长度合计约28.95车道公里。检测后发现现场观测到集料散失的路段总长81.5%的MPD值大于0.9mm，高于同区域其他高速公路密级配沥青路面一般值（MPD波动范围为0.68~0.82mm），其中约64.9%路段构造深度达到1.00mm以上，接近开级配路面（NOVACHIP波动范围为1.05~1.50mm），说明对于密级配路面集料散失在一定程度上会加深构造深度。
2、取芯取样及内部观察
根据病害外观情况，选择集料散失病害较为典型的路段主车道轮迹带进行取芯取样调查，可见病害段芯样上面层（AC-13）侧壁空隙较多，集料成色复杂，粗集料呈暗红色，上面层内部含大量泥沙，如下图所示。
.jpg)
3.3.2回收集料粘附性及成分检测
通过查阅建设期相关集料检测报告，10~15mm、5~10mm两档玄武岩吸水率高于2%，软弱颗粒含量大于1%，未满足规范要求。其余指标均及其他类型的集料均满足技术要求。
取上面层混合料回收玄武岩粗集料进行与回收改性沥青的粘附性试验，粘附等级均为5级，与建设期检测报告结果一致，表明集料与沥青粘附性良好，但由于水煮法持续时间短，无法说明沥青与集料的长期粘附性能。
为了解玄武岩吸水率、软弱颗粒含量偏高原因，查找所用玄武岩的研究文献，该地带玄武岩主要为中生代火山岩，分为拉斑玄武岩与钾玄岩两种系列，存在绿泥石等风化矿物。对混合料中回收的玄武岩进行XRD分析其主要矿物成分，结果表明该玄武岩含有富铁皂石次生矿物，平行样品均含有皂石。这种矿物质地松软，吸水性高，常见于玄武岩或辉绿岩的孔穴以内，不利于集料-沥青保持牢固的粘附状态。
4.结论
1、密级配沥青路面集料散失会加速表面构造深度增加，病害路面构造深度值的分布范围更接近于开级配路面构造深度，其纹理检测指标可作为参考，初步区分正常路面与病害路面。
2、集料散失成因主要是集料本身含亲水矿物，在车辆荷载和气候变化作用下，水长期侵蚀下不利于沥青与集料的保持粘附。从回收沥青性能检测与集料粘附性试验可知改性沥青仍具有一定粘聚能力，也具有与集料的粘附能力，而粗集料抗压碎能力满足要求。从集料吸水特性与矿物成分上看，集料含有吸水率高、质地软的次生矿物，不利于混合料保持水稳定性。
参考文献
[1] 刘洋. 沥青路面水损害机理分析及对策研究[D]. 山东大学, 2014.
[2] 苏堪祥. 南方高温多雨地区高速公路沥青混凝土路面水损害成因分析及防治对策[J]. 公路, 2012(7): 289-291.
[3] 张轲. 沥青混合料松散破坏研究[D]. 长安大学, 2015.
[4] 贾永杰. 基于表面能理论的沥青_集料体系的粘附特性研究[D]. 内蒙古工业大学, 2016.
[5] 贾洛. 集料矿物成分对沥青混合料路用性能影响研究[D]. 长安大学, 2012.
论文作者:周炯
论文发表刊物:《防护工程》2018年第24期
论文发表时间:2018/12/17
标签：沥青论文; 病害论文; 玄武岩论文; 路面论文; 矿物论文; 成因论文; 面层论文; 《防护工程》2018年第24期论文;