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摘要：在上面层沥青混合料中掺加消石灰以改善其水稳定性，采用冻融劈裂以及浸水马歇尔稳定度试验方法，通过短期和长期老化对比试验，结果表明掺加消石灰可明显改善沥青混合料的水稳定性。此种方法的应用也可推广到中面层沥青混合料。
关键词：消石灰冻融劈裂试验浸水马歇尔稳定度试验水稳定性
沥青路面具有平整性好、行车平稳、养护方便的优点，已成为交通道路的主要结构类型。但是，随着我国经济的迅速发展，交通量不断增长，导致一些高等级公路沥青路面出现了严重的水损害现象。水损害使路面使用性能下降，增加了道路不安全隐患和养护的负担。
所谓水损害是指沥青路面在水或冻融循环的作用下，由于汽车车轮动态荷载的作用，进入路面空隙中的水不断产生水压力或真空负压抽吸的反复循环作用，水分逐渐渗入沥青与集料的界面上，使沥青粘附性降低并逐渐丧失粘结力，沥青膜从石料表面脱落，沥青混合料松散，继而形成沥青路面的坑槽等损坏现象。
1、水损害破坏形式
表 1 试验用消石灰质量检测结果
项目 质量要求 质量指标
有效钙镁含量，% ≥65 67.0
含水量，% ＜1 0.6
细度
＜0.6mm 100 100.0
＜0.15mm 90～100 93.6
＜0.075mm ＞80 83.2
外观 无团粒结块 符合要求
经过多年的研究和生产实践，我国高速公路沥青路面多采用强基层薄面结构形式，即由半刚性基层作为交通荷载的主要承重层，沥青面层主要起功能性作用，在这种结构形式下，高速公路沥青路面中常见的水损害破坏形式有路面形变和网裂、混合料松散、路面形成坑洞、坑槽、行车道出现辙槽、基层出现唧浆。【1-2】
通常在上面层掺加各种抗剥落剂、水泥、消石灰等提高沥青混合料水稳定性，其中抗剥落剂及水泥对提高沥青混合料的抗水损害能力作用明显，且广泛使用。【3-4】但掺加消石灰，目前国内应用较少，本文就上面层沥青混合料中添加消石灰展开试验研究。
2、试验方案
2.1 沥青混合料级配类型：AC-13（上面层）；设计油石比：5.0%；改性沥青SBSⅠ-D；
2.2消石灰掺量：初定为矿料总量1%、2%、3%，均为等量代替矿粉；依据成型试件的马歇尔稳定度，确定一个最佳掺量；
2.3对比试验：
2.3.1三类混合料：一，不掺加抗剥落剂或消石灰；二，按照最佳掺量掺加消石灰；三，掺加0.2%的胺类抗剥落剂；
2.3.2 三种状态：一，原状；二，短期老化状态；三，长期老化状态；
2.3.3 两项性能指标：一，沥青混合料冻融劈裂抗拉强度比；二，浸水残留稳定度；
2.4 试验方法：《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTJ 052-2000；
判定依据：《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004.
3、原材料及试验方法
3.1 试验用消石灰根据国内外相关研究提出的技术要求，相应的检测结果见表1。
3.2 试验方法
3.2.1 短期老化试验方法
短期老化是模拟沥青混合料在施工现场拌和后在铺筑过程中的老化。将拌和好的沥青混合料均匀摊铺在搪瓷盘中，平均厚度约（2l～22）kg／m2，放入（135±1）℃的烘箱。在强制通风条件下恒温4h±5min，并每隔1h将搪瓷盘中的混合料翻拌一次。按照规范要求成型试件。
3.2.2 长期老化试验方法
长期老化是模拟沥青路面使用5a～7a服务年限内的水稳定性，因此在进行长期老化前需进行短期老化。将短期老化后成型的试件置于（85±3）℃烘箱中，在强制通风的条件下连续恒温5d(120h±30min)。不挪动试件，自然冷却不少于16h至室温。
3.2.3本试验采用冻融劈裂试验方法和浸水马歇尔试验来评价掺加添加剂后的沥青混合料的水稳定性。
4、试验结果及分析
4.1 确定消石灰最佳掺量
最佳掺量优选结果见表2。根据马歇尔稳定度判定最佳掺量为2%。在最佳掺量下沥青混合料空隙率增大，饱和度降低。
表2 消石灰最佳掺量优选试验结果
试验指标 消石灰掺量，%
0 1 2 3
击实次数（双面） 75 75 75 75
设计油石比，% 5.0 5.0 5.0 5.0
稳定度/kN 15.32 15.74 16.45 15.06
流值/0.1mm 35.6 33.8 32.0 34.3
空隙率 4.4 4.6 4.8 4.5
饱和度，% 71.5 70.2 69.4 69.8
4.2 沥青混合料水稳定性试验结果
根据试验方案2.4的要求完成了三类混合料的对比试验，试验结果见表3。
表3 三类混合料的水稳定性对比试验结果
混合料类别AC-13 冻融劈裂抗拉强度比，% 浸水残留稳定度,%
不掺添加剂 原状 62.5 83.2
短期老化 75.0 82.7
长期老化 54.9 79.9
2%消石灰 原状 78.3 93.2
短期老化 84.7 88.9
长期老化 76.2 82.6
0.2%胺类抗剥落剂 原状 74.7 83.2
短期老化 89.7 87.2
长期老化 68.2 81.0
4.3 沥青混合料水稳定性试验结果分析
三类沥青混合料冻融劈裂抗拉强度比结果见图1，浸水残留稳定度结果见图2。
4.3.1从图1可以看出：（1）短期老化试验结果表明，三类混合料的冻融劈裂抗拉强度比均增大，大小排序为掺0.2%胺类>掺2%消石灰>原状混合料，掺0.2%胺类混合料占优势；
（2）长期老化试验结果表明，三类混合料的冻融劈裂抗拉强度比均有所减小，大小排序为掺2%消石灰>掺0.2%胺类>原状混合料，掺2%消石灰的混合料占优势。
综合评价结果，认为胺类抗剥落剂或消石灰均可不同程度提高沥青混合料冻融劈裂抗拉强度比，经长期老化后，消石灰的改善效果要优于胺类抗剥落剂。
4.3.2 从图2可以看出：（1）短期老化试验结果表明，三类混合料的浸水残留稳定度只有掺加胺类的混合料有所增大，掺2%消石灰的减小，但还是高于掺加胺类的混合料，大小排序为掺2%消石灰>掺0.2%胺类>原状混合料，掺2%消石灰的混合料占优势。
（2）长期老化试验结果表明，三类混合料的浸水残留稳定度均减小，掺加胺类的混合料减小幅度最大，掺2%消石灰的次之，未掺加任何添加剂的减小幅度最小，其残留稳定度大小排序为掺2%消石灰>掺0.2%胺类>原状混合料，掺2%消石灰的混合料占有优势。
综合考察短期和长期老化试验结果，认为掺加胺类抗剥落剂或消石灰均可不同程度改善沥青混合料的浸水残留稳定度，经长期老化后，掺加消石灰的改善效果要优于胺类抗剥落剂。
5、结论：
沥青混合料中掺加消石灰或胺类抗剥落剂，均可改善短期老化和长期老化水稳定性。消石灰的改善效果明显优于胺类抗剥落剂，尤其是对原状和长期老化的水稳定性改善效果良好。这可能是因为Ca(OH)2为强碱性物质，当与沥青中的羧酸接触时，发生化学反应，生成硷土盐，使沥青粘度增强，从而改善了沥青胶浆的高温性能。硷土盐具有较强的吸附性能，能牢固粘附于矿料表面而不剥落，从而改善了沥青与集料粘附性能。
同时，消石灰代替部分矿粉掺入增大了沥青
胶浆软化点。
三类沥青混合料经长期老化后水稳定性均有所下降。这可能是因为沥青老化导致性能的下降，从而降低沥青与集料之间的粘附性，使得混合料的水稳定性降低。对于胺类抗剥落剂还可能是因为胺分解导致碱溶度降低而使沥青混合料的水稳定性降低。
掺加消石灰能明显提高沥青混合料的马歇尔稳定度。与胺类抗剥落剂相比，掺加消石灰后無论是经过短期老化还是长期老化马歇尔稳定度都要大。
参考文献：
1苗英豪、王秉纲、李 超、戈普塔．中国公路沥青路面水损害气候影响分区方案[ J ]．长安大学学报(自然科学版)，2008(1)：26～3
2张登良．沥青路面[ M ]．北京：人民交通出版社．1998．100
3范耀华，丁国靖，刘国祥．石油沥青抗老化性能研究[ J ]．石油沥青，1997，11 (1)：1
4朱静，周安娜．沥青老化过程中温度敏感性的研究[ J ]．燃料与化工，2002，33(1)：30
关键词：消石灰冻融劈裂试验浸水马歇尔稳定度试验水稳定性
沥青路面具有平整性好、行车平稳、养护方便的优点，已成为交通道路的主要结构类型。但是，随着我国经济的迅速发展，交通量不断增长，导致一些高等级公路沥青路面出现了严重的水损害现象。水损害使路面使用性能下降，增加了道路不安全隐患和养护的负担。
所谓水损害是指沥青路面在水或冻融循环的作用下，由于汽车车轮动态荷载的作用，进入路面空隙中的水不断产生水压力或真空负压抽吸的反复循环作用，水分逐渐渗入沥青与集料的界面上，使沥青粘附性降低并逐渐丧失粘结力，沥青膜从石料表面脱落，沥青混合料松散，继而形成沥青路面的坑槽等损坏现象。
1、水损害破坏形式
表 1 试验用消石灰质量检测结果
项目 质量要求 质量指标
有效钙镁含量，% ≥65 67.0
含水量，% ＜1 0.6
细度
＜0.6mm 100 100.0
＜0.15mm 90～100 93.6
＜0.075mm ＞80 83.2
外观 无团粒结块 符合要求
经过多年的研究和生产实践，我国高速公路沥青路面多采用强基层薄面结构形式，即由半刚性基层作为交通荷载的主要承重层，沥青面层主要起功能性作用，在这种结构形式下，高速公路沥青路面中常见的水损害破坏形式有路面形变和网裂、混合料松散、路面形成坑洞、坑槽、行车道出现辙槽、基层出现唧浆。【1-2】
通常在上面层掺加各种抗剥落剂、水泥、消石灰等提高沥青混合料水稳定性，其中抗剥落剂及水泥对提高沥青混合料的抗水损害能力作用明显，且广泛使用。【3-4】但掺加消石灰，目前国内应用较少，本文就上面层沥青混合料中添加消石灰展开试验研究。
2、试验方案
2.1 沥青混合料级配类型：AC-13（上面层）；设计油石比：5.0%；改性沥青SBSⅠ-D；
2.2消石灰掺量：初定为矿料总量1%、2%、3%，均为等量代替矿粉；依据成型试件的马歇尔稳定度，确定一个最佳掺量；
2.3对比试验：
2.3.1三类混合料：一，不掺加抗剥落剂或消石灰；二，按照最佳掺量掺加消石灰；三，掺加0.2%的胺类抗剥落剂；
2.3.2 三种状态：一，原状；二，短期老化状态；三，长期老化状态；
2.3.3 两项性能指标：一，沥青混合料冻融劈裂抗拉强度比；二，浸水残留稳定度；
2.4 试验方法：《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTJ 052-2000；
判定依据：《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004.
3、原材料及试验方法
3.1 试验用消石灰根据国内外相关研究提出的技术要求，相应的检测结果见表1。
3.2 试验方法
3.2.1 短期老化试验方法
短期老化是模拟沥青混合料在施工现场拌和后在铺筑过程中的老化。将拌和好的沥青混合料均匀摊铺在搪瓷盘中，平均厚度约（2l～22）kg／m2，放入（135±1）℃的烘箱。在强制通风条件下恒温4h±5min，并每隔1h将搪瓷盘中的混合料翻拌一次。按照规范要求成型试件。
3.2.2 长期老化试验方法
长期老化是模拟沥青路面使用5a～7a服务年限内的水稳定性，因此在进行长期老化前需进行短期老化。将短期老化后成型的试件置于（85±3）℃烘箱中，在强制通风的条件下连续恒温5d(120h±30min)。不挪动试件，自然冷却不少于16h至室温。
3.2.3本试验采用冻融劈裂试验方法和浸水马歇尔试验来评价掺加添加剂后的沥青混合料的水稳定性。
4、试验结果及分析
4.1 确定消石灰最佳掺量
最佳掺量优选结果见表2。根据马歇尔稳定度判定最佳掺量为2%。在最佳掺量下沥青混合料空隙率增大，饱和度降低。
表2 消石灰最佳掺量优选试验结果
试验指标 消石灰掺量，%
0 1 2 3
击实次数（双面） 75 75 75 75
设计油石比，% 5.0 5.0 5.0 5.0
稳定度/kN 15.32 15.74 16.45 15.06
流值/0.1mm 35.6 33.8 32.0 34.3
空隙率 4.4 4.6 4.8 4.5
饱和度，% 71.5 70.2 69.4 69.8
4.2 沥青混合料水稳定性试验结果
根据试验方案2.4的要求完成了三类混合料的对比试验，试验结果见表3。
表3 三类混合料的水稳定性对比试验结果
混合料类别AC-13 冻融劈裂抗拉强度比，% 浸水残留稳定度,%
不掺添加剂 原状 62.5 83.2
短期老化 75.0 82.7
长期老化 54.9 79.9
2%消石灰 原状 78.3 93.2
短期老化 84.7 88.9
长期老化 76.2 82.6
0.2%胺类抗剥落剂 原状 74.7 83.2
短期老化 89.7 87.2
长期老化 68.2 81.0
4.3 沥青混合料水稳定性试验结果分析
三类沥青混合料冻融劈裂抗拉强度比结果见图1，浸水残留稳定度结果见图2。
4.3.1从图1可以看出：（1）短期老化试验结果表明，三类混合料的冻融劈裂抗拉强度比均增大，大小排序为掺0.2%胺类>掺2%消石灰>原状混合料，掺0.2%胺类混合料占优势；
（2）长期老化试验结果表明，三类混合料的冻融劈裂抗拉强度比均有所减小，大小排序为掺2%消石灰>掺0.2%胺类>原状混合料，掺2%消石灰的混合料占优势。
综合评价结果，认为胺类抗剥落剂或消石灰均可不同程度提高沥青混合料冻融劈裂抗拉强度比，经长期老化后，消石灰的改善效果要优于胺类抗剥落剂。
4.3.2 从图2可以看出：（1）短期老化试验结果表明，三类混合料的浸水残留稳定度只有掺加胺类的混合料有所增大，掺2%消石灰的减小，但还是高于掺加胺类的混合料，大小排序为掺2%消石灰>掺0.2%胺类>原状混合料，掺2%消石灰的混合料占优势。
（2）长期老化试验结果表明，三类混合料的浸水残留稳定度均减小，掺加胺类的混合料减小幅度最大，掺2%消石灰的次之，未掺加任何添加剂的减小幅度最小，其残留稳定度大小排序为掺2%消石灰>掺0.2%胺类>原状混合料，掺2%消石灰的混合料占有优势。
综合考察短期和长期老化试验结果，认为掺加胺类抗剥落剂或消石灰均可不同程度改善沥青混合料的浸水残留稳定度，经长期老化后，掺加消石灰的改善效果要优于胺类抗剥落剂。
5、结论：
沥青混合料中掺加消石灰或胺类抗剥落剂，均可改善短期老化和长期老化水稳定性。消石灰的改善效果明显优于胺类抗剥落剂，尤其是对原状和长期老化的水稳定性改善效果良好。这可能是因为Ca(OH)2为强碱性物质，当与沥青中的羧酸接触时，发生化学反应，生成硷土盐，使沥青粘度增强，从而改善了沥青胶浆的高温性能。硷土盐具有较强的吸附性能，能牢固粘附于矿料表面而不剥落，从而改善了沥青与集料粘附性能。
同时，消石灰代替部分矿粉掺入增大了沥青
胶浆软化点。
三类沥青混合料经长期老化后水稳定性均有所下降。这可能是因为沥青老化导致性能的下降，从而降低沥青与集料之间的粘附性，使得混合料的水稳定性降低。对于胺类抗剥落剂还可能是因为胺分解导致碱溶度降低而使沥青混合料的水稳定性降低。
掺加消石灰能明显提高沥青混合料的马歇尔稳定度。与胺类抗剥落剂相比，掺加消石灰后無论是经过短期老化还是长期老化马歇尔稳定度都要大。
参考文献：
1苗英豪、王秉纲、李 超、戈普塔．中国公路沥青路面水损害气候影响分区方案[ J ]．长安大学学报(自然科学版)，2008(1)：26～3
2张登良．沥青路面[ M ]．北京：人民交通出版社．1998．100
3范耀华，丁国靖，刘国祥．石油沥青抗老化性能研究[ J ]．石油沥青，1997，11 (1)：1
4朱静，周安娜．沥青老化过程中温度敏感性的研究[ J ]．燃料与化工，2002，33(1)：30