消石灰對(duì)路面破壞的分析與處理

消石灰對(duì)路面破壞的分析與處理

瀝青路面初步損壞的原因有很多。由于基本材料中石灰的安定性差，道路結(jié)構(gòu)的擴(kuò)張和破裂也是不容忽視的因素。石灰是柔性路面基層材料的常用加固劑之一,大量用于高速公路底基層和一般公路基層結(jié)構(gòu)中,常用的混合料類型主要有石灰穩(wěn)定土、泥灰結(jié)碎石及二灰穩(wěn)定類材料等。在路面基層施工過(guò)程中,石灰的一般使用形態(tài)有磨細(xì)生石灰粉和消石灰粉兩種。由于磨細(xì)生石灰粉加工困難,生產(chǎn)成本高,應(yīng)用尚不普及,目前在公路工程中大量使用的仍然是消石灰粉。消石灰粉由生石灰加水熟化而形成,習(xí)慣上稱這一過(guò)程為生石灰消解,其反應(yīng)式為:CaO+H2O-Ca(HO)2+65.9kJ/moL由于過(guò)燒石灰的存在和消解不當(dāng)?shù)仍?消石灰中往往或多或少存在尚沒(méi)有消解的生石灰顆粒,當(dāng)基層材料被壓實(shí)形成板體后,這些生石灰顆粒開(kāi)始慢慢吸收水分進(jìn)入消解過(guò)程。消解過(guò)程中發(fā)生體積膨脹,使路面結(jié)構(gòu)隆起和開(kāi)裂而破壞,因其形態(tài)酷似從土壤中鉆出的蘑菇,因此俗稱這一過(guò)程為“拱蘑菇”。1不合格的消石灰破壞了柔性道路1.1基土充填土路面破壞形態(tài)及機(jī)理在柔性路面早期損壞形態(tài)里,常會(huì)發(fā)現(xiàn)一些直徑約30～50cm、相互獨(dú)立的小坑槽,這些坑槽常常成群出現(xiàn),而坑槽周圍的瀝青路面卻堅(jiān)實(shí)、平整。這些坑槽是怎樣產(chǎn)生的呢?通過(guò)進(jìn)一步的調(diào)查研究,我們發(fā)現(xiàn),坑槽處的基層多有石灰膨脹的痕跡,基層或已嚴(yán)重破壞,或有不規(guī)則裂縫存在,即使表象完整的,當(dāng)用硬物敲擊時(shí),也會(huì)發(fā)出空鼓聲。這已是石灰膨脹對(duì)路面破壞的晚期形態(tài),即坑槽形態(tài)。隆起-坑槽型破壞形態(tài)是由于過(guò)燒石灰消解緩慢,不能在正常的消解過(guò)程中或陳伏期內(nèi)完成消解,當(dāng)路面基層碾壓成型后,甚至瀝青路面鋪筑完成、通車后,這些過(guò)燒的生石灰才開(kāi)始慢慢吸收周圍的水分逐漸消解。由于石灰消解后體積大幅度增加,而碾壓成型后的路面結(jié)構(gòu)已無(wú)自由空間可容納消石灰膨大的體積,因此,在消解過(guò)程中勢(shì)必向四周施加巨大的壓力。在上、下、左、右、前、后六個(gè)方向,只有路面結(jié)構(gòu)的上部是自由空間,抗力最小,因此,表現(xiàn)為向上隆起的趨勢(shì)也最大。隆起是石灰膨脹對(duì)路面破壞的早期形態(tài)。石灰膨脹對(duì)路面結(jié)構(gòu)的破壞一般均經(jīng)歷“隆起-唧泥-坑槽”三個(gè)階段,在這三個(gè)階段中,“唧泥”是破壞的中期形態(tài)。石灰消解膨脹后,使路面結(jié)構(gòu)向上隆起并開(kāi)裂,當(dāng)雨水從縫隙中滲入后,就會(huì)在路面結(jié)構(gòu)中聚集,在車輛荷載作用下,路面結(jié)構(gòu)中的聚集水受到強(qiáng)力擠壓后,攜帶著基層材料中的細(xì)顆粒和消解后的石灰粉粒一起被擠向路面,并對(duì)瀝青混合料形成強(qiáng)力沖刷,這便是唧泥。在這一過(guò)程中,隨著基層材料中的固體顆粒的流失而使瀝青路面托空,瀝青混合料顆粒間不斷受到泥漿沖刷而失去粘結(jié)性,坑槽的形成則成了必然。1.2路面平整度的影響在一定條件下,石灰膨脹后使路面結(jié)構(gòu)隆起,之后便不再有明顯發(fā)展。這種形態(tài)只對(duì)路面平整度產(chǎn)生影響。當(dāng)未消解的生石灰顆粒體積較小且處于路面基層結(jié)構(gòu)的下部時(shí),或?yàn)r青面層結(jié)構(gòu)較厚,油石比較大,并采用細(xì)粒式瀝青混凝土?xí)r,隆起后的瀝青面層并不能被拉裂,雨水無(wú)法進(jìn)入,因此這種情況一般不再繼續(xù)發(fā)展。1.3因地面雨水而形成的干擾網(wǎng)未消解生石灰處于路面基層結(jié)構(gòu)的淺表面,消解后體積膨脹使瀝青路面隆起并開(kāi)裂,當(dāng)瀝青面層較厚或油石比較大時(shí),石灰消解后只在基層表面形成一個(gè)坑,而不對(duì)結(jié)構(gòu)本身產(chǎn)生破壞,當(dāng)進(jìn)入的雨水將消解后的石灰“泥化”后,或被帶出地面,或被移至其他空隙中,原來(lái)的生石灰處形成一個(gè)“空穴”,瀝青路面在車輛荷載作用下順勢(shì)塌陷,由于面層較厚或油石比較大而不會(huì)繼續(xù)破壞。1.4瀝青路面上企業(yè)裂紋的分布這是一個(gè)特例,雖不具有廣泛性,但卻是一個(gè)不容忽視的問(wèn)題。一公路工程現(xiàn)場(chǎng)距某鋁廠較近,鋁廠生產(chǎn)一種生石灰,灰塊大小較均勻,顏色灰白、純正,消石灰CaO+MgO總含量達(dá)到71%,達(dá)到一級(jí)消石灰標(biāo)準(zhǔn)。但石灰個(gè)體之間消解速度差別很大,有些灰塊消解后手捻有沙粒感,顆粒較粗。用這種石灰鋪筑的二灰穩(wěn)定碎石基層養(yǎng)生一定齡期后,鋪筑厚度為7cm的瀝青路面。通過(guò)一段時(shí)間的行車過(guò)程以后,發(fā)現(xiàn)瀝青路面上大面積產(chǎn)生不規(guī)則裂紋。這種裂紋與正常的基層收縮裂縫有明顯不同,收縮裂縫一般呈規(guī)則分布,且多為與路線方向垂直的橫縫,而且一旦發(fā)生,縫隙就比較明顯。而這種裂紋分布沒(méi)有方向性,時(shí)斷時(shí)連,且縫隙寬度非常細(xì)微。通過(guò)鉆芯發(fā)現(xiàn),所有芯樣都不完整,取出的芯樣自然分成幾段。20cm厚的芯樣一般分為3～5段,最多的分為8段。同一條路上用其他產(chǎn)地的石灰鋪筑的路面基層則沒(méi)有產(chǎn)生這種現(xiàn)象,鉆取的芯樣也非常完整。2不確定的消石灰形成的原因2.1主充填石灰及過(guò)燒石灰生石灰的主要成分是氧化鈣(CaO),它是由以碳酸鈣(CaCO3)為主要成分的石灰石經(jīng)900℃高溫煅燒而成的。在石灰的燒制過(guò)程中,常會(huì)出現(xiàn)欠火石灰和過(guò)火石灰。欠火石灰由于含有CaCO3而影響了有效成分CaO的含量,降低了石灰的利用率。過(guò)火石灰顏色深暗,表面常被一層玻璃質(zhì)釉狀物質(zhì)包裹,消解緩慢。在石灰消解過(guò)程中,正常石灰已充分消解,過(guò)燒石灰此時(shí)僅僅是將大塊石灰崩解成了小塊或是分解成了粉末狀的細(xì)小顆粒。但這些小塊和細(xì)小顆粒仍然是以CaO的狀態(tài)存在,CaO在自然界中并不穩(wěn)定,當(dāng)與周圍環(huán)境中的水分結(jié)合以后,就會(huì)形成Ca(HO)2,而這一過(guò)程往往需要很長(zhǎng)時(shí)間,有時(shí)會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)石灰的正常陳伏期。2.2消耗不適當(dāng)，導(dǎo)致消石灰的安定性差當(dāng)石灰消解加水量不足時(shí),一部分生石灰沒(méi)有得到足夠的水分而不能完全消解。3改進(jìn)消石固定的方法3.1加水量對(duì)消石灰消解的影響石灰的消解是一個(gè)形似簡(jiǎn)單但卻復(fù)雜的工藝過(guò)程。一般情況下,控制向生石灰中添加的水量,可以得到三種消石灰,即:高鈣石灰Ca(HO)2,單水白云化石灰Ca(HO)2+MgO和雙水化石灰Ca(HO)2+Mg(HO)2。理論上講,我們可以通過(guò)控制加水量來(lái)得到任何一種狀態(tài)的消石灰,由石灰的消解過(guò)程CaO+H2O=Ca(HO)2+65.9kJ/moL可知,生石灰消解的需水量為生石灰質(zhì)量的32.13%,由于石灰消解過(guò)程中水分的流失和放熱對(duì)水分的蒸發(fā),實(shí)際加水量往往達(dá)到理論需水量的2～3倍,這些不確定因素使得加水量變得很難控制。加水量過(guò)大則會(huì)使消石灰含水量過(guò)大、結(jié)團(tuán),降低石灰使用品質(zhì);加水量不足時(shí),又容易產(chǎn)生“夾生飯”,影響石灰的安定性,因此,對(duì)石灰的消解過(guò)程應(yīng)規(guī)范、合理,消解時(shí),生石灰堆碼不宜過(guò)厚,以水能澆透為宜,在消解過(guò)程中不可對(duì)石灰進(jìn)行擾動(dòng),以防消石灰粉裹覆生石灰,阻斷水分與生石灰的通道。3.2石灰的消解沉伏是對(duì)付過(guò)燒石灰和未消解石灰的較好辦法。石灰消解后不宜直接使用,一般堆放5～15d為宜,使消石灰中過(guò)燒和未消解石灰有一個(gè)再消解的機(jī)會(huì),以使石灰充分消解。陳伏期過(guò)短,起不到沉伏的作用,堆放時(shí)間過(guò)長(zhǎng),則會(huì)使表面石灰與空氣中的二氧化碳結(jié)合生成碳酸鈣而降低石灰活性。3.3無(wú)砂生物顆粒的消解與沉伏相比,悶料對(duì)于解決石灰安定性更為重要。消石灰沉伏時(shí),生石灰周圍一般不具有多余的水分供其消解,而悶料是指石灰與其他材料如土類、粉煤灰等物質(zhì)拌和、碼方以后進(jìn)行一段時(shí)間的堆放。這一過(guò)程中,拌和后的混合料中一般都含有足夠的水分可供未消解石灰充分吸收消解。因此,這一過(guò)程對(duì)于解決石灰安定性的作用更大。3.4原材料進(jìn)樣關(guān)對(duì)于易產(chǎn)生過(guò)燒石灰的料源和已部分自然消解的生石灰應(yīng)限制進(jìn)場(chǎng)。4解決消石灰安定性問(wèn)題,延長(zhǎng)路面使用壽命消石灰安定性對(duì)柔性路面的影響不容忽視,安定性不合格消石灰對(duì)瀝青路面的破壞作用越來(lái)越受到業(yè)內(nèi)人士的重視。一條竣工不久的瀝青路面,有時(shí)會(huì)孤立的