氯鹽對橡膠瀝青及橡膠瀝青混合料低溫性能的影響

齊秀廷

(山西交通職業(yè)技術(shù)學院， 山西 太原 030031)

氯鹽對橡膠瀝青及橡膠瀝青混合料低溫性能的影響

齊秀廷

(山西交通職業(yè)技術(shù)學院， 山西 太原 030031)

將橡膠瀝青和70號道路石油瀝青試樣經(jīng)過不同氯鹽條件的處理，通過延度、彎曲梁流變試驗、低溫彎曲小梁試驗分析評價氯鹽對橡膠瀝青和70#道路石油瀝青結(jié)合料及其混合料低溫抗裂性能的影響。結(jié)果表明：鹽分使橡膠瀝青和70道路石油瀝青的延度降低，使勁度模量S值呈現(xiàn)增大的趨勢，表明兩種瀝青結(jié)合料的低溫抗裂性能隨著鹽分濃度和浸泡時間的增加而變差，并且在3%左右鹽分濃度時低溫性能表現(xiàn)最差。2種瀝青混合料的低溫抗裂性能，隨著浸泡鹽分濃度和浸泡時間的增加而逐漸變差。橡膠瀝青混合料抵抗鹽分影響能力明顯優(yōu)于70#道路石油瀝青混合料。

路面材料； 鹽分； 橡膠瀝青； 低溫性能

0 引言

在北方地區(qū)冬季常用的除冰鹽也容易侵入對瀝青混凝土，在蒸發(fā)作用下，其鹽分將會殘留在道路表面的瀝青材料中，對瀝青路面造成破壞[1]。傅廣文等人[2]通過凍融劈裂、低溫彎曲、車轍等試驗，研究了融雪劑對瀝青混合料路用性能的影響，結(jié)果表明，經(jīng)過融雪劑處理后，瀝青混合料的高溫性能和低溫抗裂性能均受到不利影響。查旭東等人[3]通過研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)融雪劑凍融后，隨著空隙率增大，SBS改性瀝青混合料的高溫、低溫及水穩(wěn)定性能均明顯降低。Yu Xin等人[4]發(fā)現(xiàn)在NaCl溶液中浸泡后，鹽分使PAV老化后的70號道路石油瀝青和SBS改性瀝青的低溫性能明顯降低，疲勞性能有所降低。吳金榮等人[5]通過對AC-16型瀝青混凝土進行未凍融和凍融條件下的劈裂疲勞試驗，結(jié)果表明，經(jīng)飽和氯鹽溶液凍融的瀝青混凝土疲勞壽命明顯低于經(jīng)清水凍融的瀝青混凝土疲勞壽命，鹽分會加劇瀝青混凝土的疲勞破壞。

在當前“發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，走可持續(xù)發(fā)展之路”的時代大背景下，橡膠瀝青技術(shù)在解決廢輪胎固體污染方面的特殊作用，及其自身優(yōu)異的使用品質(zhì)，使其在公路工程中得到越來越多的應用[6-8]。筆者通過對典型瀝青路面破壞的調(diào)查分析，制定試驗方案，以研究氯鹽對橡膠瀝青及其混合料的低溫性能影響，并與基質(zhì)瀝青相比較。

1 試驗原材料

試驗所用的70號道路石油瀝青和橡膠瀝青結(jié)合料試樣，由70號道路石油瀝青和橡膠瀝青在一定濃度的鹽水中浸泡相應的時間得到，鹽水條件通過在一定質(zhì)量的水中加入一定質(zhì)量的NaCl來實現(xiàn)。試驗方案如下：

① 在鹽分濃度為0%、0.3%、1%、3%、5%的鹽水中浸泡15 d；

② 在鹽分濃度為3%的鹽水中，分別浸泡1、7、15、30 d。將經(jīng)過鹽水浸泡之后的瀝青試樣用風扇將其表面的水分吹干，防止水分影響瀝青的性能，干擾試驗結(jié)果；然后將試樣重新加熱熔融之后進行相應的指標測試。

2 試驗方法及試驗結(jié)果分析

2.1 延度試驗及結(jié)果分析

按照規(guī)范[9]要求的15 ℃進行預實驗，對幾組70號道路石油瀝青試樣進行延度試驗，結(jié)果表明其延度值均大于100 cm。為便于比較鹽分對橡膠瀝青和70#道路石油瀝青延度值的影響，重點研究含鹽量對瀝青延度值的影響，因此筆者選擇了10 ℃、5 cm/min作為試驗條件，并分別測試了經(jīng)過上述不同鹽分條件處理后的結(jié)合料的延度值，結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同鹽分濃度和浸泡時間下的延度值Figure 1 Ductility under different salt concentration and immersion time

由圖1可以得到：橡膠瀝青的延度值明顯大于70#道路石油瀝青，低溫性能優(yōu)于70#道路石油瀝青；鹽分條件總體上降低了橡膠瀝青膠結(jié)料的低溫性能，在相同的浸泡影響時間(15 d)下，隨著鹽分濃度的增加，橡膠瀝青的延度值也隨之下降，并且在3%左右鹽分濃度時達到最低值。在相同的鹽分濃度(3%)浸泡條件下，隨著浸泡時間的增加，橡膠瀝青的延度值逐漸越低，低溫性能越來越差。

2.2 彎曲梁蠕變試驗結(jié)果與分析

采用彎曲梁流變試驗對兩種瀝青的低溫性能的進行測試[10]。測試結(jié)果包含低溫蠕變勁度S(t)和蠕變勁度變化率m(t)兩個指標。試驗采用美國CANNON公司生產(chǎn)的彎曲梁流變儀，選用-12、-18、-24 ℃的蠕變勁度(S)和蠕變速率m作為兩種瀝青低溫抗裂性能的評價指標，蠕變勁度S反映材料的低溫性能，S值越大，彎曲流變性能越差。蠕變速率m反映材料的松弛能力，m值越大，松弛能力越強[11]。70#道路石油瀝青和橡膠瀝青試驗60 s的S和m值如圖2、圖3所示。

圖2 70#道路石油瀝青試驗60 s的S和m值(浸泡15 d)Figure 2 60 s S and m values of 70# road asphalt test(immersion for 15 d)

圖3 70#道路石油瀝青試驗60 s的S和m值(濃度3%)Figure 3 60 s S and m values of 70# road asphalt test(3% concentration)

從圖2、圖3可知：隨著溫度的降低，70#道路石油瀝青的彎曲流變性能逐漸變差。以-12 ℃為例，在浸泡時間15 d的條件下，隨著鹽分濃度的增加，結(jié)合料的勁度模量S值呈現(xiàn)增大的趨勢，在3%鹽分濃度下達到最大值，而m值變化并不明顯，表明結(jié)合料的低溫抗裂性能隨著鹽分濃度的增加而變差。在浸泡濃度為3%的條件下，隨著浸泡時間的增加，結(jié)合料的低溫性能呈逐漸下降趨勢。

從圖4、圖5可以看到：隨著溫度的降低，橡膠瀝青的彎曲流變性能逐漸變差。以-12 ℃為例，在浸泡時間15 d的條件下，隨著鹽分濃度的增加，橡膠瀝青結(jié)合料的勁度模量S值呈現(xiàn)增大的趨勢，在3%鹽分濃度下達到最大值，表明結(jié)合料的低溫抗裂性能隨著鹽分濃度的增加而變差，在3%鹽分濃度下達到最差。在浸泡濃度為3%的條件下，結(jié)合料的低溫性能隨著浸泡時間的增加呈單調(diào)下降趨勢。浸泡時間越長，結(jié)合料的S值越大，其低溫性能越差。

圖4 橡膠瀝青試驗60 s的S和m值(浸泡15 d)Figure 4 60 s S and m values of rubber asphalt(immersion for 15 d)

圖5 橡膠瀝青試驗60 s的S和m值(濃度3%)Figure 5 60 s S and m values of rubber asphalt(3% concentration)

2.3 低溫彎曲試驗及結(jié)果分析

混合料的低溫抗裂性能反映了混合料在低溫及溫度驟降條件下抵抗開裂破壞的能力，試驗得到的低溫破壞應變值越大，表示混合料的低溫抗裂性能越好[12]。研究通過將預制的車轍板試件進行切割，得到滿足規(guī)范要求的小梁試件，然后將制備的小梁試件按照上述的試驗方案進行浸泡(0.3%濃度除外)，而后進行試驗，試驗溫度為-10 ℃，加載速率為50 mm/min，混合料的低溫彎曲試驗破壞應變值如圖6所示。

圖6 不同鹽分濃度和浸泡時間下的低溫破壞應變值Figure 6 Low temperature damage strain values under different salt concentration and immersion time

從圖6可知：鹽分條件對兩種瀝青混合料的低溫抗裂性能造成了不利的影響。在浸泡時間15 d的條件下，隨著浸泡溶液鹽分濃度的增加，兩種瀝青混合料的低溫抗裂性能逐漸變差。在5%鹽分濃度浸泡15 d的條件下，橡膠瀝青和70#道路石油瀝青混合料的低溫破壞應變值僅為正常狀態(tài)下的76.4%和62.7%。在3%鹽分濃度條件下進行不同時間的浸泡，兩種混合料的低溫抗裂性能隨著鹽水浸泡時間的增加而變得越來越差。在3%鹽水濃度中浸泡30 d后，橡膠瀝青和70#道路石油瀝青混合料試件的破壞應變值僅為正常狀態(tài)下的73.7%和57.7%，但橡膠瀝青混合料抵抗鹽分影響能力明顯優(yōu)于70#道路石油瀝青混合料。

3 結(jié)語

① 鹽分使橡膠瀝青和70道路石油瀝青的延度值降低，使勁度模量S值增大，表明兩種瀝青結(jié)合料的低溫抗裂性能隨著鹽分濃度和浸泡時間的增加而變差。

② 橡膠瀝青結(jié)合料的低溫抗裂性能在3%左右鹽分濃度下達到最差。

③ 隨著浸泡鹽分濃度和浸泡時間的增加，橡膠瀝青和70#道路石油瀝青混合料的低溫抗裂性能逐漸變差。但橡膠瀝青混合料的低溫抗裂性能明顯優(yōu)于70#道路石油瀝青混合料，抵抗鹽分影響能力也強于70#道路石油瀝青混合料。

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Effects of Salt the Low Temperature Performance of Rubber Asphalt and Rubber Asphalt Mixture

QI Xiuting

(Shanxi Traffic Vocational and Technical College， Taiyuan 030031， China)

The rubber asphalt and raw asphalt was treated by different conditions of salinity，rubber asphalt and raw asphalt and their low-temperature performance were characterized and compared through laboratory testing.The test results indicated that salt makes the rubber asphalt and raw asphalt’s ductility decrease，stiffness modulusSvalue increased，showed that two kinds of asphalt’s low-temperature anti cracking performance decreased，and their low temperature performance is the worst in about 3% salt concentration.With the increase of salt concentration and soaking time，the low temperature anti cracking performance of two kinds of asphalt mixture become worse gradually，and rubber asphalt mixture was obviously better to resistance to salt effect than raw asphalt mixture.

pavements material； chlorine salt； rubber asphalt； low temperature performance

2015 — 02 — 02

交通土建工程材料國家地方聯(lián)合工程實驗室開放基金資助項目(LHSYS-2012-006)

齊秀廷(1972 — )，男，山西太原人，副教授，主要從事公路施工與勘察設(shè)計工作。

U 414.1

A

1674 — 0610(2016)06 — 0117 — 04