自融雪鹽化物瀝青混合料技術(shù)性能*

王中合 李祖仲 趙子健 陳 哲

(邢臺路橋建設(shè)總公司1) 邢臺 054001) (長安大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院2) 西安 710061)

自融雪鹽化物瀝青混合料技術(shù)性能*

王中合1)李祖仲2)趙子健1)陳 哲1)

(邢臺路橋建設(shè)總公司1)邢臺 054001) (長安大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院2)西安 710061)

自融雪瀝青路面材料對于冰雪氣候條件下抑制路面凍結(jié)、提高行車安全具有顯著的功效.采用自主研制的粉體鹽化物，根據(jù)瀝青混合料現(xiàn)行規(guī)范中推薦的馬歇爾試驗方法，進行未摻和摻加鹽化物的AC-13C，Superpave-12.5，SMA-13，AC-10，AC-05瀝青混合料配合比設(shè)計、路用性能檢驗及融雪性能評價.結(jié)果表明，各鹽化物瀝青混合料技術(shù)性能均能滿足規(guī)范要求，電導(dǎo)率測試表明各混合料具備自融雪功能；結(jié)合實體工程，提出鹽化物瀝青混合料的施工工藝參數(shù)，并觀測鹽化物瀝青路面野外融雪效果，為進一步推廣自融雪瀝青路面技術(shù)提供試驗依據(jù).

道路工程;瀝青路面;自融雪;鹽化物;交通安全

0 引 言

冬季道路表面積雪結(jié)冰給交通安全帶來嚴(yán)重的隱患[1-3].為提高道路安全通行能力，日本、比利時、瑞士等國家廣泛采用自融雪路面技術(shù)[4-5]，即在瀝青混合料熱拌時摻入Verglimit-260或Mafilon等粉體融雪抑冰材料，主要成分為NaCl，在濕態(tài)下瀝青路面中融雪成分溶解析出，降低路表冰雪界面層冰點，抑制冰雪層與路面的凍結(jié)[6].在我國，近幾年來開始引進該技術(shù)，并鋪裝試驗路觀測其融雪效果[7-8]，也研發(fā)了類似產(chǎn)品，但大都處于試驗研究階段[9-11]，除冰雪長效性仍有待于進一步研究.文中以CaCl2為主要成分，優(yōu)選疏水劑、偶聯(lián)劑，通過球磨技術(shù)制備新型融雪抑冰粉體鹽化物材料[12-13].采用自主研制的粉體鹽化物，以馬歇爾試驗方法，進行未摻和摻加鹽化物的AC-13C等4種瀝青混合料配合比設(shè)計，驗證其路用性能，并進行融雪性能評價和野外融雪效果觀測，結(jié)合實體工程，提出鹽化物瀝青混合料的施工工藝參數(shù)，為進一步推廣自融雪瀝青路面技術(shù)打下基礎(chǔ).

1 鹽化物瀝青混合料組成設(shè)計

1.1 原材料技術(shù)性質(zhì)

1.1.1 瀝青基本技術(shù)性質(zhì)

對于所有摻與未摻鹽化物的瀝青混合料，均采用SBSⅠ-C改性瀝青，技術(shù)性能見表1.

表1 SBS改性瀝青技術(shù)性能

1.1.2 集料與礦粉基本技術(shù)性質(zhì)

集料來自湖北某采石場生產(chǎn)的輝綠巖，分為4檔，分別是：1#(10～15 mm)料、2#(5～10 mm)料、3#(3～5 mm)料、4#(0～3 mm)石屑.粗、細集料技術(shù)性質(zhì)測試見表2～3.

表2 粗集料技術(shù)性質(zhì)與技術(shù)要求

表3 細集料技術(shù)性質(zhì)與技術(shù)要求

礦粉的表觀密度為2.715 g/cm3.

1.1.3 其他材料

鹽化物瀝青混合料采用自主研發(fā)的粉體鹽化物材料，主要技術(shù)性質(zhì)與技術(shù)要求表4.與Mafilon粉體鹽化物材料電鏡對比照片見圖1～2.SMA采用常用的木質(zhì)素纖維.

表4 鹽化物的主要技術(shù)指標(biāo)

由圖1～2可知，與Mafilon粉體鹽化物相比較，自主研制的鹽化物晶體界面模糊，表面覆蓋一層有機改性材料疏水劑，起到良好的緩釋作用，延長鹽化物使用壽命，偶聯(lián)劑提高疏水劑與CaCl2晶體的粘附性，此外，通過球磨粉碎作用，粉體顆粒形狀不規(guī)則，具有一定的比表面積，在瀝青混合料中起到良好的填料作用.

圖1 自主研制的鹽化物電鏡圖

圖2 Mafilon鹽化物電鏡圖

1.2 鹽化物瀝青混合料配合比

進行未摻和摻加鹽化物的AC-13C，Superpave-12.5，SMA-13，AC-10，AC-05瀝青混合料馬歇爾試驗，確定各混合料配合比見表5.對于SMA混合料，木質(zhì)素纖維摻量占混合料總質(zhì)量的0.3%.其中A型為未摻鹽化物混合料，B型為摻鹽化物混合料.

表5 瀝青混合料配合比 %

1.3 馬歇爾試驗結(jié)果

摻與未摻鹽化物的瀝青混合料馬歇爾試驗結(jié)果見表6.

對于同類型混合料，鹽化物替代部分礦粉后，最佳油石比、毛體積密度、最大理論密度、空隙率均有所降低，除SMA外，摻鹽化物后，其他混合料馬歇爾穩(wěn)定度略有減小，流值稍有增加，但均滿足規(guī)范要求值.

2 鹽化物瀝青混合料路用性能

各混合料路用性能試驗結(jié)果見表7.

表6 瀝青混合料馬歇爾試驗結(jié)果

表7 瀝青混合料路用性能

對于各瀝青混合料，鹽化物替代部分礦粉后，混合料都表現(xiàn)為，動穩(wěn)定度增大，低溫彎拉破壞應(yīng)變、殘留穩(wěn)定度、凍融劈裂殘留強度比略有減小，但均在規(guī)范要求的范圍內(nèi)，對混合料路用性能影響不大.

3 鹽化物瀝青混合料融雪性能

將5種類型的鹽化物混合料馬歇爾試件，浸泡于相同體積的蒸餾水中，測試不同時刻的電導(dǎo)率，采用電導(dǎo)率在初始時段內(nèi)的增長速率-電導(dǎo)率擬合直線的斜率評價自融雪鹽化物混合料的融雪性能，其斜率越大，鹽化物有效成分速率析出越快，測試結(jié)果見圖3和表8.

圖3 不同類型鹽化物混合料電導(dǎo)率隨時間的變化

技術(shù)參數(shù)AC?13CSuperpave?12．5SMA?13AC?10AC?05電導(dǎo)率擬合直線的斜率/[mS·(cm·min)-1]0．00060．00060．00080．00060．0008電導(dǎo)率最大值/(mS·cm-1)0．3220．3150．4050．3100．385

對于AC-13C等5種鹽化物混合料，鹽化物有效成分析出速率與混合料類型、鹽化物摻量、空隙率有關(guān)，摻量越多，空隙率越大，析出速率越快，電導(dǎo)率隨之增大，SMA-13和AC-05混合料中鹽化物析出速率最快，AC-13C,Superpave12.5,AC-10析出速率接近，SMA-13混合料電導(dǎo)率值最大，主要在于SMA-13混合料中鹽化物的摻量占整個細集料及填料比例最高，并且，SMA試件表面粗糙度明顯高于其他混合料，鹽分易與水分接觸，導(dǎo)致其電導(dǎo)率值最大；此外，在相同摻量下，溶液的電導(dǎo)率隨著空隙率的增加而增加，為了避免鹽化物有效成分析出速率過快，保證路面融雪性能的長效性，鹽化物自融雪瀝青路面應(yīng)具有合適的空隙率，結(jié)合瀝青混合料技術(shù)要求和鹽化物瀝青混合料研究成果，設(shè)計空隙率為4%左右時能夠得到較好的鹽分溶析效果，同時也能保持融雪性能的持久性.

4 施工工藝與融雪效果觀測

4.1 施工工藝參數(shù)

通過近5年來鹽化物瀝青路面施工實踐，在鹽化物瀝青混合料施工工藝與質(zhì)量控制方面積累了豐富的現(xiàn)場經(jīng)驗，與普通改性瀝青混合料相比，其主要差異在于：濕拌時間稍有延長，料到前場，盡快攤鋪，攤鋪速度適中，初壓緊跟攤鋪機，碾壓盡量不要灑水，可用少量的輕油替代.一般采用鋼輪壓路機進行初壓，可采用膠輪壓路機進行復(fù)壓，終壓仍采用鋼輪壓路機.主要施工工藝參數(shù)詳見表9.

4.2 野外融雪效果觀測

自主研制鹽化物材料已在湖北、山西、陜西、遼寧、甘肅、河北等省高速公路或國道冬季瀝青路面養(yǎng)護工程中得到應(yīng)用，其中高速公路養(yǎng)護工程采用銑刨原路面4 cm，重新鋪裝4 cm自融雪瀝青混合料；國道養(yǎng)護工程采用直接鋪裝3 cm AC-10自融雪瀝青混合料，制作不同類型自融雪瀝青混合料車轍板，融雪效果見圖4，其中，未摻鹽化物瀝青混合料未見融雪.

表9 自融雪鹽化物瀝青混合料施工工藝參數(shù)

圖4 不同類型鹽化物瀝青混合料融雪效果

5 結(jié) 論

1) 針對不同道路等級或路面狀況的自融雪瀝青路面材料需求，以自主研發(fā)的粉體鹽化物材料，設(shè)計出AC-13C，Superpave-12.5，SMA-13，AC-10，AC-05自融雪瀝青混合料，各混合料路用性能均能滿足規(guī)范要求，摻加鹽化物不致于混合料路用性能劣化.

2) 對AC-13C，Superpave-12.5，SMA-13，AC-10，AC-05自融雪瀝青混合料進行了融雪效果評價，SMA-13和AC-05混合料中鹽化物析出速率最快，AC-13C，Superpave-12.5，AC-10析出速率接近，考慮到融雪效果的持久性及經(jīng)濟性，對于自融雪路面，高速公路宜選用AC-13C和Superpave-12.5混合料，國省道宜選用AC-10混合料.

3) 結(jié)合工程實踐，提出了鹽化物瀝青路面主要的施工工藝參數(shù)，室外車轍板融雪試驗和自融雪瀝青路面野外融雪效果觀測，表明設(shè)計的自融雪混合料具有良好的自融雪功能，為進一步推廣自融雪鹽化物瀝青路面技術(shù)提供重要參考.

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Technical Properties of Snowmelt Asphalt Mixture with Salt Material

WANG Zhonghe1)LI Zuzhong2)ZHAO Zijian1)CHEN Zhe1)

(XingtaiRoadBridgesConstructionCorporation,Xingtai054001,China)1)(SchoolofMaterialScienceandEngineering,Chang’anUniversity,Xi’an710064,China)2)

Auto-snowmelt asphalt pavement materials can significantly prevent pavement freezing and thus improve the traffic safety under the ice-snow weather. According to the Marshall Test methods recommended by the standard test methods of bituminous mixtures, the paper adopts independently-developed powder salt compound, designs the asphalt mixtures (AC-13C, Superpave-12.5, SMA-13, AC-10, and AC-05) with and without salt compound, tests the pavement performance and evaluates the snowmelt effect. The results show that all the technical properties of different asphalt mixtures with salt compound meet the standard requirements. In addition, the electrical conductivity tests show that all the mixtures have the snowmelt function. Finally, combined with the demonstration project, the paper proposes the construction craft parameters of asphalt mixtures with salt compound and illustrates the observation of snowmelt effect on salt compound asphalt pavement, which can provide some experimental references for further promotion of snowmelt asphalt pavement technologies.

road engineering; asphalt pavement; auto-snowmelt; salt compound; traffic safety

2016-10-20

*河北省邢臺市科學(xué)技術(shù)研究與發(fā)展計劃項目(2014ZC021)、青海省重大科技專項項目(2014-GX-A2A)、長安大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目(201510710108，201610710094)資助

U416.217

10.3963/j.issn.2095-3844.2016.06.024

王中合(1970—)：男，碩士，高級工程師，主要研究領(lǐng)域為公路工程新技術(shù)和新材料開發(fā)