浅谈沥青混凝土离析原因分析与预防

沥青混合料离析是指沥青混合料摊铺后，其组成成分分布的不均匀，造成一些地方局部的粗集料或细集料集中。它是沥青混合料不均性的反映沥青混合料离析的程度直接关系着沥青路面的使用性能和使用寿命。以有的研究已经表明：粗的离析混合料其拉伸强度和疲劳寿命显著降低；离析区域易于疲劳开裂，自上而下的裂缝产生于此。目前国内对沥青混合料离析的定量评价还较少，有关离析评价的文献资料主要集中在国外。研究表明，由于离析的影响，沥青面层的使用寿命大大缩短，严重离析的路面使用寿命可能会减少50％以上。可以说，路面大部分早期损坏类型都是起源于沥青混合料的不均匀，这已经成为决定沥青路面质量的重要因素之一。一旦在施工过程中沥青混合料产生离析，一切关于材料设计的努力实际上都变得徒劳了。因此，提高沥青面层的施工均匀性，对提高路面的使用质量，减少甚至基本消除沥青路面的多种初期和早期破坏现象以及保证路面的使用寿命具有十分重要的意义。
1.沥青的性质
作为沥青面层结合料的沥青材料，其与集料的粘附性直接影响沥青路面的使用质量和耐久性。沥青与集料粘附性强，减小了沥青与集料分离的程度，也降低了粗细集料分离的倾向，沥青混合料不易发生离析。
沥青与集料的相互作用，是一个复杂的物理－化学过程，它与沥青化学组成、结构和石料的矿物成分、构造以及外界条件如温度和湿度等许多因素有关。按现代表面分子物理的研究认为，沥青可视为表面活性物质在非极性碳氢化合物中的溶液。根据沥青所含表面活性物质数量的不同，而具有不同的极性。沥青粘附于石料表面后，在石料表面发生极性分子定向排列而形成吸附层；与此同时，在极性力场中的非极性分子，由于得到极性的感应，也产生额外的定向能力，遂而构成致密的表面吸附层。按近代极性理论与吸附本性的研究认为，沥青与石料的粘附性取决于吸附效应。所以沥青极性组分(如沥青酸和沥青酸酐等)含量愈高的沥青，其粘附性也愈好。
沥青中的蜡含量高严重降低沥青与集料的粘附性，使沥青混合料发生集料离析的程度增加.沥青中蜡的结晶态与液态的比例是随温度而变化的，施工过程中沥青混合料的温度高达150～170℃，蜡以液态的方式存在，而液态蜡的粘度只有0.01～0.03Pas左右，使沥青与集料的亲和力变小，影响沥青的粘结力。
2.集料
材料不均匀、集料质量不均匀是目前公路建设中突出的问题，也是我国沥青混合料生产过程中的薄弱环节。我国公路部门的集料多半取自社会料场，质量参差不齐，不仅石料质量不同，还存在覆盖层和风化层清除不干净，破碎和筛分机械不统一，筛孔尺寸混乱等现象，导致集料产品质量及规格不统一，实际级配与配合比设计所采用的级配有较大的差距。如果运到拌和厂现场的材料的堆放不规范，随便乱卸乱堆，而且有些工程每天来的料都可能不同，那么集料的均匀性将无从保证。
所以，首先控制和保证原材料的料源：①出自固定的采石场；②经过反击式破碎加工；③同目标配合比取样料源一致,料源的确定主要是考察其加工方式和产量，确定料源之后再取样作配合比试验；④原材料的取用,尤其是粗集料的取用应保证粗细均匀，生产过程中不允许装载机贴地装料、上料。其次,原材料进场后必须满足：①堆放在硬化的、具有良好排水系统的地坪上；②各品种材料应用墙体隔开，以免混杂；③对细集料应采取覆盖措施，潮湿的细料将影响拌和机产量和混合料质量。
3.沥青含量
沥青含量的大小也影响混合料的离析程度。为了尽可能减少离析的发生，沥青含量应当足够高已充分裹搜集料；然而，混合料中较厚的沥青薄膜又易导致路面的泛油和抗车辙性能降低。Brock (1986)研究认为，混合料中沥青含量的轻微增加能显著地减少混合料的离析现象，并建议在沥青混合料设计时，取沥青含量=最佳沥青用量+0.2％。
4.沥青混合料的拌和
拌和机冷料斗中集料必须是单一尺寸的集料。由于冷料斗相邻太近或隔离不严而使装载机给冷料斗装料时，各种规格的料互相交混，这样使生产出的混合料的级配不稳定而易产生离析现象：小于0.075mm的填料超过了级配要求的范围，易使沥青膜变薄而降低混合料的粘性，从而使沥青混合料易产生离析；沥青混合料的拌和时间不足，沥青混合料肯定会不均匀，拌和均匀性欠佳的沥青混合料，铺面将出现块状离析。
在混和料的拌和过程中，要严格控制沥青混合料的矿料级配，一般情况下，在混合料拌和生产过程中，必须使级配在规定范围内，并接近要求级配范围的中值。对砂料级配,在生产配合比设计阶段应进行反复验证，确定后不得随意变动。对混合料均匀性影响较大的是中部颗粒数量和粉尘含量，因此，在目标配合比设计阶段应对4.75、2.36和0.075 mm碎石的通过率作出特别要求，必须接近设计级配范围的中值。
5.沥青混合料的装卸和运输
沥青混合料从拌缸直接装车的过程中，规格大的石料和多面体、圆形的石料滚动较快，因此被堆放在沥青混合料堆周围的下部。由于沥青的粘结作用，规格小的集料相互吸附不易滚动，因此被堆放在沥青混合料堆的中间。如一次装完沥青混合料，易使较大的碎石滚到车辆前部、后部和两侧，从而造成离析。
现场间歇式沥青拌和机均配有贮料仓，它的作用是确保拌和机连续生产，避免因前场待料而停机。同时有的拌和机贮料仓内还设有一个减小混合料离析的装置，一般现有沥青摊铺运输车辆均要求大吨位自卸卡车（即一次装运20 t以上）。如果在热料口装料，一次只有2~3t混合料，至少装7次。在这种装料过程中，一方面待料时间过长导致混合料料温不均匀,另一方面，无论车辆怎样前后移动，减少混合料在运输车内的离析效果均不理想。因此，过贮料仓一次性放料，而且在放料过程中,要求运料车前后移动，即分次卸装，有效避免在装料过程中形成集料窝团，导致粗、细颗粒分离。
6.沥青混合料的摊铺和碾压
造成离析的最关键的施工工序在摊铺，摊铺作业决定了路面的平整度和均匀性。要求高速公路沥青面层摊铺尽可能避免全幅摊铺，采用两台以上相同型号的摊铺机成梯队方式摊铺，这样做的目的不仅是降低由于摊铺宽度大，螺旋布料器运送混合料距离过长而造成粗细集料的离析，尤其是可以提高混合料铺筑的初始压实度，争取到更长的压实时间。美国资料表明，为了提高重载路面的压实度，首要的因素是利用摊铺机进行初始压实。要求摊铺机的速度要慢，摊铺宽度要窄，这是铺筑重载路面的重要措施。
有些工程施工现场可以发现在摊铺机的熨平板中央位里接头处和加长接头部位，经常有明显的接头离析，其原因是调节得不好，而这条离析带很可能成为将来路面的表面裂缝。摊铺机的摊铺速度、摊铺机的工作状态和施工工艺都对沥青混合料施工中的离析现象有重要影响。我国《沥青路面施工技术规范》规定：摊铺机必须缓慢、均匀、连续不间断地摊铺，不得随意变换速度或中途停顿，以提高平整度，减少混合料的离析。这是防止离析的关键，也是最基本的要求。
运输车辆到位准备卸料时，如果与摊铺机碰撞，将引起摊铺机下料的多少，也会影响摊铺机后的混合料的分布和密度。为此，《沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)增加了一条：摊铺过程中运料车应在摊铺机前100mm-300mn处停住，空挡等候，由摊铺机推动前进开始缓缓卸料，避免撞击摊铺机。有条件时，运料车可将混合料卸入转运车经二次搅拌后向摊铺机连续均匀的供料。运料车每次卸料必须倒净，应及时清除，防止硬结。
试验表明，优先采用轮胎压路机进行沥青面层的复压对于改善沥青混合料的粗细颗粒重新分布具有明显作用，能使沥青路面的密水性显著提高。研究表明采用胶轮压路机进行搓揉碾压对降低路面的渗水系数，提高路面的均匀度非常有效。