消石灰对路面破坏的分析与处理

消石灰对路面破坏的分析与处理

沥青路面初步损坏的原因有很多。由于基本材料中石灰的安定性差，道路结构的扩张和破裂也是不容忽视的因素。石灰是柔性路面基层材料的常用加固剂之一,大量用于高速公路底基层和一般公路基层结构中,常用的混合料类型主要有石灰稳定土、泥灰结碎石及二灰稳定类材料等。在路面基层施工过程中,石灰的一般使用形态有磨细生石灰粉和消石灰粉两种。由于磨细生石灰粉加工困难,生产成本高,应用尚不普及,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,习惯上称这一过程为生石灰消解,其反应式为:CaO+H2O-Ca(HO)2+65.9kJ/moL由于过烧石灰的存在和消解不当等原因,消石灰中往往或多或少存在尚没有消解的生石灰颗粒,当基层材料被压实形成板体后,这些生石灰颗粒开始慢慢吸收水分进入消解过程。消解过程中发生体积膨胀,使路面结构隆起和开裂而破坏,因其形态酷似从土壤中钻出的蘑菇,因此俗称这一过程为“拱蘑菇”。1不合格的消石灰破坏了柔性道路1.1基土充填土路面破坏形态及机理在柔性路面早期损坏形态里,常会发现一些直径约30～50cm、相互独立的小坑槽,这些坑槽常常成群出现,而坑槽周围的沥青路面却坚实、平整。这些坑槽是怎样产生的呢?通过进一步的调查研究,我们发现,坑槽处的基层多有石灰膨胀的痕迹,基层或已严重破坏,或有不规则裂缝存在,即使表象完整的,当用硬物敲击时,也会发出空鼓声。这已是石灰膨胀对路面破坏的晚期形态,即坑槽形态。隆起-坑槽型破坏形态是由于过烧石灰消解缓慢,不能在正常的消解过程中或陈伏期内完成消解,当路面基层碾压成型后,甚至沥青路面铺筑完成、通车后,这些过烧的生石灰才开始慢慢吸收周围的水分逐渐消解。由于石灰消解后体积大幅度增加,而碾压成型后的路面结构已无自由空间可容纳消石灰膨大的体积,因此,在消解过程中势必向四周施加巨大的压力。在上、下、左、右、前、后六个方向,只有路面结构的上部是自由空间,抗力最小,因此,表现为向上隆起的趋势也最大。隆起是石灰膨胀对路面破坏的早期形态。石灰膨胀对路面结构的破坏一般均经历“隆起-唧泥-坑槽”三个阶段,在这三个阶段中,“唧泥”是破坏的中期形态。石灰消解膨胀后,使路面结构向上隆起并开裂,当雨水从缝隙中渗入后,就会在路面结构中聚集,在车辆荷载作用下,路面结构中的聚集水受到强力挤压后,携带着基层材料中的细颗粒和消解后的石灰粉粒一起被挤向路面,并对沥青混合料形成强力冲刷,这便是唧泥。在这一过程中,随着基层材料中的固体颗粒的流失而使沥青路面托空,沥青混合料颗粒间不断受到泥浆冲刷而失去粘结性,坑槽的形成则成了必然。1.2路面平整度的影响在一定条件下,石灰膨胀后使路面结构隆起,之后便不再有明显发展。这种形态只对路面平整度产生影响。当未消解的生石灰颗粒体积较小且处于路面基层结构的下部时,或沥青面层结构较厚,油石比较大,并采用细粒式沥青混凝土时,隆起后的沥青面层并不能被拉裂,雨水无法进入,因此这种情况一般不再继续发展。1.3因地面雨水而形成的干扰网未消解生石灰处于路面基层结构的浅表面,消解后体积膨胀使沥青路面隆起并开裂,当沥青面层较厚或油石比较大时,石灰消解后只在基层表面形成一个坑,而不对结构本身产生破坏,当进入的雨水将消解后的石灰“泥化”后,或被带出地面,或被移至其他空隙中,原来的生石灰处形成一个“空穴”,沥青路面在车辆荷载作用下顺势塌陷,由于面层较厚或油石比较大而不会继续破坏。1.4沥青路面上企业裂纹的分布这是一个特例,虽不具有广泛性,但却是一个不容忽视的问题。一公路工程现场距某铝厂较近,铝厂生产一种生石灰,灰块大小较均匀,颜色灰白、纯正,消石灰CaO+MgO总含量达到71%,达到一级消石灰标准。但石灰个体之间消解速度差别很大,有些灰块消解后手捻有沙粒感,颗粒较粗。用这种石灰铺筑的二灰稳定碎石基层养生一定龄期后,铺筑厚度为7cm的沥青路面。通过一段时间的行车过程以后,发现沥青路面上大面积产生不规则裂纹。这种裂纹与正常的基层收缩裂缝有明显不同,收缩裂缝一般呈规则分布,且多为与路线方向垂直的横缝,而且一旦发生,缝隙就比较明显。而这种裂纹分布没有方向性,时断时连,且缝隙宽度非常细微。通过钻芯发现,所有芯样都不完整,取出的芯样自然分成几段。20cm厚的芯样一般分为3～5段,最多的分为8段。同一条路上用其他产地的石灰铺筑的路面基层则没有产生这种现象,钻取的芯样也非常完整。2不确定的消石灰形成的原因2.1主充填石灰及过烧石灰生石灰的主要成分是氧化钙(CaO),它是由以碳酸钙(CaCO3)为主要成分的石灰石经900℃高温煅烧而成的。在石灰的烧制过程中,常会出现欠火石灰和过火石灰。欠火石灰由于含有CaCO3而影响了有效成分CaO的含量,降低了石灰的利用率。过火石灰颜色深暗,表面常被一层玻璃质釉状物质包裹,消解缓慢。在石灰消解过程中,正常石灰已充分消解,过烧石灰此时仅仅是将大块石灰崩解成了小块或是分解成了粉末状的细小颗粒。但这些小块和细小颗粒仍然是以CaO的状态存在,CaO在自然界中并不稳定,当与周围环境中的水分结合以后,就会形成Ca(HO)2,而这一过程往往需要很长时间,有时会远远超过石灰的正常陈伏期。2.2消耗不适当，导致消石灰的安定性差当石灰消解加水量不足时,一部分生石灰没有得到足够的水分而不能完全消解。3改进消石固定的方法3.1加水量对消石灰消解的影响石灰的消解是一个形似简单但却复杂的工艺过程。一般情况下,控制向生石灰中添加的水量,可以得到三种消石灰,即:高钙石灰Ca(HO)2,单水白云化石灰Ca(HO)2+MgO和双水化石灰Ca(HO)2+Mg(HO)2。理论上讲,我们可以通过控制加水量来得到任何一种状态的消石灰,由石灰的消解过程CaO+H2O=Ca(HO)2+65.9kJ/moL可知,生石灰消解的需水量为生石灰质量的32.13%,由于石灰消解过程中水分的流失和放热对水分的蒸发,实际加水量往往达到理论需水量的2～3倍,这些不确定因素使得加水量变得很难控制。加水量过大则会使消石灰含水量过大、结团,降低石灰使用品质;加水量不足时,又容易产生“夹生饭”,影响石灰的安定性,因此,对石灰的消解过程应规范、合理,消解时,生石灰堆码不宜过厚,以水能浇透为宜,在消解过程中不可对石灰进行扰动,以防消石灰粉裹覆生石灰,阻断水分与生石灰的通道。3.2石灰的消解沉伏是对付过烧石灰和未消解石灰的较好办法。石灰消解后不宜直接使用,一般堆放5～15d为宜,使消石灰中过烧和未消解石灰有一个再消解的机会,以使石灰充分消解。陈伏期过短,起不到沉伏的作用,堆放时间过长,则会使表面石灰与空气中的二氧化碳结合生成碳酸钙而降低石灰活性。3.3无砂生物颗粒的消解与沉伏相比,闷料对于解决石灰安定性更为重要。消石灰沉伏时,生石灰周围一般不具有多余的水分供其消解,而闷料是指石灰与其他材料如土类、粉煤灰等物质拌和、码方以后进行一段时间的堆放。这一过程中,拌和后的混合料中一般都含有足够的水分可供未消解石灰充分吸收消解。因此,这一过程对于解决石灰安定性的作用更大。3.4原材料进样关对于易产生过烧石灰的料源和已部分自然消解的生石灰应限制进场。4解决消石灰安定性问题,延长路面使用寿命消石灰安定性对柔性路面的影响不容忽视,安定性不合格消石灰对沥青路面的破坏作用越来越受到业内人士的重视。一条竣工不久的沥青路面,有时会孤立的