除冰填料對(duì)瀝青混合料性能影響研究

潘飛利

【摘 要】為了研究除冰填料對(duì)瀝青混合料路用性能的影響，采用等體積替代法進(jìn)行瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)，并對(duì)不同摻量除冰填料對(duì)瀝青混合料高溫穩(wěn)定性、低溫性能以及水穩(wěn)定性能進(jìn)行了對(duì)比分析。試驗(yàn)結(jié)果表明：除冰填料對(duì)瀝青混合料高溫性能與水穩(wěn)定性具有顯著影響，對(duì)低溫性能也有一定影響；建議將水穩(wěn)定性與低溫性能作為除冰瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)關(guān)鍵控制指標(biāo)，且除冰填料替換摻量不應(yīng)超過50%。

【關(guān)鍵詞】除冰填料；瀝青混合料；路用性能

0 引言

路面抗滑性能作為各種路面修筑的關(guān)鍵指標(biāo)，對(duì)保障車輛安全行駛具有極其重要的作用。但在我國北方等冬季寒冷地區(qū)，路面結(jié)冰使得路面抗滑性能大幅減小，極易導(dǎo)致交通安全事故的發(fā)生。傳統(tǒng)方法中最有效的除冰措施一般為撒布氯鹽等融雪劑，但過量使用也會(huì)導(dǎo)致一系列的問題，如土壤鹽堿化、道路周邊植被遭到破壞、橋梁或水泥混凝土路面裸露鋼筋遭到腐蝕以及水體污染等。近年來，環(huán)保型除冰融雪劑的研究得到了較為廣泛的關(guān)注，其中除冰瀝青混合料作為其中一種具有高效、經(jīng)濟(jì)以及污染小的特點(diǎn)得到了一定的應(yīng)用。該技術(shù)最早始于20世紀(jì)60年代的歐洲，瑞士、日本等國都有了較為廣泛的應(yīng)用與推廣，但我國目前研究相對(duì)較少，因此有必要對(duì)除冰瀝青混合料性能進(jìn)行一定的探討[1-9]。

1 除冰機(jī)理

除冰瀝青混合料實(shí)際是由含鹽填料取代部分礦粉，在低溫雨水環(huán)境中，通過表層瀝青混合料與水膜在毛細(xì)作用和行車荷載碾壓作用下進(jìn)行鹽分置換，進(jìn)而使路面雨水形成含鹽溶液以達(dá)到降低冰點(diǎn)進(jìn)而達(dá)到除冰防滑的目的。其中除冰填料主要由SiO2、NaCl、MgO、CaO等組成，起有效除冰作用成分為NaCl，占比達(dá)到50%以上。除冰瀝青混合料中除冰填料的添加一般采用“濕法”，即先將除冰填料、礦粉與瀝青混合制備除冰瀝青膠漿，再與集料進(jìn)行混合，因此瀝青混合料中起除冰作用的主要為瀝青膠漿。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

對(duì)比除冰填料與礦粉技術(shù)指標(biāo)（表1）可看到，除冰填料密度較礦粉表觀密度相差接近20%，若按傳統(tǒng)等質(zhì)量法進(jìn)行替代必然會(huì)導(dǎo)致混合料體積參數(shù)的變化。因此除冰瀝青混合料配合比采用等體積法進(jìn)行設(shè)計(jì)，即先采用未摻除冰填料進(jìn)行馬歇爾法配合比設(shè)計(jì)，然后采用等體積替換法進(jìn)行除冰填料替換，替換比例取0、30%、60%、100%，替換質(zhì)量m計(jì)算公式如下：

其中，ρ1、ρ2分別為礦粉與除冰填料表觀相對(duì)密度，m0為未摻除冰填料前礦粉添加量（g）。

3 除冰填料對(duì)混合料性能影響

3.1高溫性能影響

取不同摻量除冰填料進(jìn)行除冰瀝青混合料試件制備，車轍試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

除冰填料的摻入對(duì)混合料的高溫性能具有不利影響，且摻量越高影響越顯著。當(dāng)除冰填料摻量為100%時(shí)，瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度與60min累計(jì)車轍深度分別降低50%與增加至原來3倍。由于除冰瀝青混合料一般用于溫度較低的北方寒冷地區(qū)，相對(duì)而言對(duì)高溫性能指標(biāo)要求較低，且當(dāng)除冰填料完全取代礦粉時(shí)其動(dòng)穩(wěn)定度也可達(dá)到4000次/mm，符合施工技術(shù)規(guī)范相關(guān)要求，因此可不將高溫性能指標(biāo)作為除冰瀝青混合料關(guān)鍵控制指標(biāo)。

3.2 低溫性能影響

取不同摻加量除冰填料進(jìn)行除冰瀝青混合料試件制備，低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

分析可知，除冰填料的摻入對(duì)混合料低溫性能有一定影響，當(dāng)除冰填料完全取代礦粉時(shí)其極限破壞應(yīng)變降低了約10%，且此時(shí)破壞應(yīng)變值小于施工技術(shù)規(guī)范對(duì)冬寒區(qū)低溫性能指標(biāo)的要求?？紤]到除冰瀝青混合料的使用環(huán)境，為保證混合料低溫性能，建議除冰填料摻量不大于90%。

3.3 水穩(wěn)定性影響

取不同摻加量除冰填料進(jìn)行除冰瀝青混合料試件制備，水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

分析可知，除冰填料對(duì)混合料低溫性能具有較大影響，且摻量越大影響越顯著。當(dāng)除冰填料完全替代礦粉時(shí)，殘留強(qiáng)度比與TSR均小于80%，低于施工技術(shù)規(guī)范對(duì)混合料低溫性能的要求；且當(dāng)摻量為60%時(shí)，殘留強(qiáng)度比小于85%，已不滿足低溫指標(biāo)要求。從上述曲線交點(diǎn)而言，為滿足低溫性能要求，建議除冰填料摻量不大于50%。若除冰性能要求必須使用高摻量除冰填料時(shí)，建議與能改善瀝青與集料粘附性能的措施配合使用，如摻入水泥、生石灰等。

4 結(jié)論

（1）除冰填料對(duì)瀝青混合料高溫性能與水穩(wěn)定性具有顯著影響，對(duì)低溫性能也有一定影響，且摻量越高影響越明顯，非極端條件不建議使用高摻量的除冰填料替代礦粉。

（2）就除冰瀝青混合料使用環(huán)境而言，低溫性能與水穩(wěn)性性能應(yīng)作為除冰瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)的關(guān)鍵控制指標(biāo)，建議除冰填料替換摻量不超過50%。若除冰性能要求必須使用高摻量除冰填料時(shí)，必須采取相應(yīng)改善措施。

【參考文獻(xiàn)】

[1]徐鷗明，韓森.鹽分對(duì)儲(chǔ)鹽瀝青混合料性能的影響[J].長安大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015，35（04）：8-12.

[2]付靖宜，彭超，趙之杰，等.雨水對(duì)蓄鹽瀝青路面自融冰性能影響研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，37（02）：50-54.

[3]楊慧成.蓄鹽材料制備及其除冰融雪研究[D].西安：長安大學(xué)，2014.

[4]譚憶秋，侯明昊，單麗巖，等.蓄鹽瀝青路面緩釋絡(luò)合鹽填料的研制[J].建筑材料學(xué)報(bào)，2014，17（02）：256-260.

[5]譚憶秋，孫嶸蓉，郭猛，等.蓄鹽瀝青混合料除冰雪性能研究[J].中國公路學(xué)報(bào)， 2013，26（01）：23-29.

[6]孫嶸蓉.緩釋蓄鹽瀝青混合料的研發(fā)及性能的評(píng)價(jià)[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2012.

[7]趙曉華.瀝青路面多孔蓄鹽集料化—力耦合效應(yīng)及析鹽特性研究[D].武漢： 武漢理工大學(xué)，2012.

[8]王鋒，韓森，張麗娟，等.融冰雪瀝青混合料鹽分溶析試驗(yàn)[J].長安大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010，30（06）：16-19.

[9]崔龍錫.蓄鹽類瀝青混合料研究[D].重慶：重慶交通大學(xué)，2010.

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