溫度與氯鹽作用下橡膠粉瀝青混合料試驗研究

孫　燁,唐海峰,尹明干

(1.鹽城市公路機械化施工處，江蘇 鹽城　224002； 2.鹽城工學院 土木工程學院，江蘇 鹽城　224051)

?

溫度與氯鹽作用下橡膠粉瀝青混合料試驗研究

孫燁1,唐海峰1,尹明干2

(1.鹽城市公路機械化施工處，江蘇 鹽城224002； 2.鹽城工學院 土木工程學院，江蘇 鹽城224051)

摘要：以基質瀝青混合料與80目10%橡膠粉瀝青混合料為試驗對象，分析橡膠粉瀝青混合料在溫度和氯鹽侵蝕耦合作用下對馬歇爾試驗結果的影響。試驗考慮了NaCl溶液濃度和浸泡時間2個因素，進行了18組試驗。結果表明：基質瀝青混合料和橡膠粉瀝青混合料在NaCl溶液中，隨著浸泡時間的延長，穩(wěn)定度呈現下降趨勢；橡膠粉具有改善瀝青混合料抵抗溫度、鹽侵蝕的能力。SEM微觀分析表明：NaCl溶液的鹽腐蝕加劇了瀝青混合料的進一步損傷。

關鍵詞：溫度；鹽腐蝕；橡膠粉；瀝青混合料

近年來，隨著沿海開發(fā)的逐步深入，沿海公路的等級要求也在逐步提高。在沿海地區(qū)惡劣的氣候環(huán)境下，瀝青路面的工作環(huán)境越來越復雜，瀝青路面不僅需要抵御溫差、濕度、荷載等因素的影響，同時，還要面臨鹽度的侵蝕。目前，瀝青路面水穩(wěn)定性能的研究頗多[1-5]，而沿海地區(qū)瀝青路面路用性能研究并不多見。熊銳等[6]研究了10% Na2SO4溶液加速劣化條件下真空飽水凍融劈裂試驗, 以凍融腐蝕因子評價瀝青混凝土在凍融與腐蝕耦合作用下的性能變化規(guī)律，結果表明硫酸鹽腐蝕加劇了凍融循環(huán)對瀝青混凝土的破壞作用；任傳軍等[7]對SBS改性瀝青混合料耐海水侵蝕的性能進行了研究，結果表明：在海水和硫酸鹽溶液的作用下,SBS改性瀝青的水穩(wěn)定性有一定程度的下降，通過摻加短纖維增強的方法,可以減弱海水及硫酸鹽溶液對混合料水穩(wěn)定性的影響。

本文以基質瀝青混合料與80目10%橡膠粉瀝青混合料為試驗對象，對比研究2種混合料在溫度和氯鹽侵蝕耦合作用下，對馬歇爾試驗的影響。

1原材料

1.1　橡膠粉改性瀝青

試驗所用基質瀝青為中海油江蘇省泰州分公司生產的70#瀝青，橡膠粉選用江陰橡膠粉廠加工生產的斜交胎膠粉，粒徑80目(橡膠粉的細度基本都為80目，如果細度更細，價格非常貴)，橡膠粉細度篩分結果見表1。橡膠粉摻入基質瀝青制備改性瀝青的工藝參數如下：膠粉摻量10%、攪拌溫度160 ~180 ℃、攪拌速率500 r/min、攪拌時間60 min、溶脹時間45 min、溶脹溫度160 ℃。制備成的橡膠粉瀝青與基質瀝青技術指標見表2。

表1　橡膠粉篩分結果

1.2　集料

試驗采用的粗、細集料取自江蘇省鎮(zhèn)江市茅迪實業(yè)有限公司生產的石灰?guī)r，礦粉為磨細的石灰?guī)r。經檢測，各項指標均符合國家規(guī)范要求。瀝青混合料的級配采用常用的AC-13密級配，見表3。

表2　瀝青技術指標

表3　礦料合成級配

2馬歇爾穩(wěn)定度試驗

2.1　試驗方法

(1)為模擬溫度與氯鹽腐蝕耦合作用下對馬歇爾試驗的影響，試驗采用NaCl與自來水配置鹽溶液，濃度分別選用10%和15%。按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》(JTJ052-2010)[8]制作標準馬歇爾試件，同時為模擬溫度對氯離子侵蝕混合料的作用，將試件分別浸泡在60 ℃的配制溶液中12 h，在20 ℃溶液中每12 h為一個循環(huán)來模擬溫度影響。

(2)為得到溫度與氯鹽腐蝕耦合作用下循環(huán)次數對馬歇爾試驗的影響，試驗進行了1次、2次、3次循環(huán)，并進行馬歇爾穩(wěn)定度試驗。

(3)為對比氯鹽腐蝕程度，試驗又增加浸泡清水一組工況。

2.2　試驗結果

為進一步明確溫度和氯鹽腐蝕下對橡膠粉瀝青混合料馬歇爾試驗影響，試驗考慮采用基質瀝青混合料、橡膠粉摻量取10%。試驗材料基本性能見表3，級配選用AC-13密級配，基質瀝青與橡膠粉改性瀝青油石比均為4.2%。

試驗制作的各組試件按照要求分別浸泡在清水、10%NaCl溶液和15%NaCl溶液，測定1次、2次、3次循環(huán)的穩(wěn)定度及流值，結果見表4。

從表4和圖1中可以看出：

(1)隨著浸泡循環(huán)次數的增加，普通瀝青混合料和橡膠粉瀝青混合料的穩(wěn)定度在清水和NaCl溶液中均呈現下降趨勢。

(2)在清水和NaCl溶液中，橡膠瀝青混合料較普通瀝青混合料的穩(wěn)定度在相同循環(huán)次數下均有所增加，增大幅值分別為19%、26%和13%，可

表4　馬歇爾試驗結果

圖1　馬歇爾穩(wěn)定度對比圖Fig.1　Marshall stability comparison chart

見橡膠粉可以有效改善瀝青混合料抗溫度與鹽侵蝕性能。

(3)普通瀝青混合料在清水和NaCl溶液中穩(wěn)定度平均衰減率分別為13.34%、12.44%、12.35%，橡膠粉瀝青混合料在清水和NaCl溶液中穩(wěn)定度平均衰減率分別為：8.49%；9.14%、8.47%(平均衰減率：指第2次、第3次循環(huán)后穩(wěn)定度較前一次穩(wěn)定度衰減平均值)?？梢钥闯觯鹉z粉瀝青混合料較普通瀝青混合料具有抵抗鹽侵蝕的能力，并且具有較好的水穩(wěn)定性能。

3試驗結果機理分析

3.1　氯離子腐蝕機理分析

從圖1可以看出，氯離子腐蝕環(huán)境下瀝青混合料的穩(wěn)定度均低于清水中瀝青混合料的穩(wěn)定度，表明氯離子促進了溫度、濕度對瀝青混合料的破壞作用，加劇路面性能衰減。根據表面張力理論[9]，水侵入瀝青與集料界面后，表面張力發(fā)生變化，水與集料親和力大于瀝青，造成瀝青逐漸從集料表面剝離，而在氯離子溶液中，隨著氯鹽濃度增加、溫度的升高，加速了這一剝離，從而導致瀝青混合料穩(wěn)定度下降。由于氯化鈉溶液較水更易于侵入瀝青與集料界面中，當水分子蒸發(fā)后，氯化鈉晶體附著在界面中，隨著荷載、環(huán)境因素等影響，產生膨脹力，導致瀝青混合料進一步損傷。圖2~圖3是經過干燥后試樣的SEM圖片。從圖2可以看出水分子蒸發(fā)后，在裂縫、空隙等地方出現大量的氯化鈉晶體，表明氯化鈉溶液已經滲透進瀝青混合料內部；圖3中線條標出的是裂縫產生的位置，可以看出氯化鈉晶體在外部環(huán)境影響下，產生膨脹作用，使得瀝青混合料出現裂縫損傷。

圖2　NaCl晶體SEM照片Fig.2　NaCl crystal SEM photo

圖3　膨脹裂縫SEM照片Fig.3　Expansion crack SEM photo

3.2　橡膠粉改性瀝青機理分析

從圖1可以看出，在溫度和氯離子腐蝕耦合作用下橡膠粉瀝青混合料的衰減率低于普通瀝青混合料，表明橡膠粉改性瀝青混合料抵抗氯離子侵蝕作用的能力增強。原因可能是由于橡膠粉的摻入，提高了瀝青的軟化點，增大了瀝青粘稠度，進而增加了瀝青與集料的握裹力，使得氯離子不易侵入瀝青與集料界面中，從而提高了橡膠粉瀝青混合料的抗侵蝕能力。

4結論

通過模擬溫度與氯鹽腐蝕耦合作用，分析普通瀝青混和料與橡膠粉瀝青混合料馬歇爾試驗結果，考察橡膠粉對瀝青混合料性能的影響，結論如下：

(1)普通瀝青混合料和橡膠粉瀝青混合料的穩(wěn)定度在清水和NaCl溶液中，隨著浸泡時間的延長，均呈現下降趨勢；但從兩者對比來看，橡膠粉具有改善瀝青混合料抵抗溫度與鹽侵蝕的能力；

(2)NaCl溶液較水更易于侵入瀝青與集料界面中，當水分子蒸發(fā)后，NaCl晶體附著在界面中，隨著荷載、環(huán)境因素等影響，產生膨脹力，加劇瀝青混合料的進一步損傷。

(3)橡膠粉的摻入提高了瀝青軟化點和粘稠度，增加了瀝青與集料的握裹力，使得氯離子不易侵入瀝青與集料界面中，從而提高橡膠粉瀝青混合料的抗侵蝕能力。

參考文獻：

[1]彭浩,王福成,楊濤.礦料級配對瀝青混合料路用性能影響的試驗分析[J].公路工程,2013,38(2):36-39.

[2]王延海.三種瀝青抗剝落劑的性能對比研究[J].公路工程,2011,36(3):172-174.

[3]謝昭彬,馬韌,賀國京.橡膠瀝青老化對其混合料水穩(wěn)定性影響研究[J].公路工程,2011,36(2):178-182.

[4]馬新,鄭傳峰.瀝青混合料水穩(wěn)定性評價方法的實驗研究[J].公路工程,2008,33(4):75-78.

[5]羅志剛,周志剛,鄭健龍.瀝青路面水損害問題研究現狀[J].長沙交通學院學報,2003,19(3):39- 44.

[6]熊銳,陳拴發(fā),關博文,等.凍融與腐蝕耦合作用下瀝青混凝土性能研究[J].武漢理工大學學報,2011,33(2):72-76.

[7]任傳軍,施惠生,關函非.SBS改性瀝青混合料耐海水侵蝕性能研究[J].中南公路工程,2006,31(6):58-60.

[8]交通部公路科學研究所. JTJ 052-2000，公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程[S].北京:人民交通出版社,2010.

[9]趙永利,吳震,黃曉明.瀝青混合料水穩(wěn)定性試驗研究[J].東南大學學報:自然科學版,2001,31(3):99-102.

Test Research On Rubber Power Asphalt Mixture Under the

Action of Temperature And Chlorine Salt

SUN Ye1, TANG Haifeng1,YIN Minggan2

(責任編輯：張英健)

Abstract：This experiment analyzes the relation between rubber power asphalt mixture and Marshall Test results under the action of the temperature and salt corrosion, by using matrix asphalt mixture and 80 mesh 10% rubber power. It carries out 18 tests, considering two factors of NaCl solution solubility and soak time. The tests results indicate that the stability of the matrix asphalt mixture and the rubber power asphalt mixture that immersion in the Nacl solution is trending downward, with the increase of immersion time; Rubber power can improve the ability of asphalt mixture for resistance temperature and salinity. According to SEM micro-analysis, NaCl solution of salt corrosion can contribute to the further damage of asphalt mixture.

Keywords：Temperature; Chlorine Salt Corrosion; Rubber Power; Asphalt Mixture

作者簡介：孫燁(1973-)，男，江蘇鹽城人，高級工程師，主要研究方向為公路施工材料。

基金項目：江蘇省交通科學研究計劃項目(2012y05-02)

收稿日期：2015-02-19

中圖分類號：U414

文獻標識碼：A

文章編號：1671-5322(2015)02-0065-04

doi:10.16018/j.cnki.cn32-1650/n.201502012