鹽化物瀝青混合料性能試驗(yàn)研究

孫玉齊

摘 ?????要：受環(huán)境低溫和雨雪影響，瀝青混合料路面容易結(jié)冰，導(dǎo)致路面抗滑系數(shù)大幅降低，增大了行車事故發(fā)生的概率，而加入鹽化物后會提高摩擦系數(shù)。采用馬歇爾擊實(shí)試驗(yàn)確定瀝青混合料配合比作為基準(zhǔn)，調(diào)整基準(zhǔn)配比中鹽化物等體積替代礦粉摻加比例，測量不同替代比例下混合料高低溫路用性能指標(biāo)。分析指標(biāo)變化規(guī)律，得出鹽化物等體積替代礦粉后，添加在瀝青混凝土中使路用性變差，但都同基準(zhǔn)配比差異不大，且在規(guī)范要求值之上，可以滿足路用性要求，但高低溫性能都隨摻量增加而降低，應(yīng)合理確定摻量。

關(guān) ?鍵 ?詞： 鹽化物;瀝青混合料;馬歇爾試件;車轍試驗(yàn)

中圖分類號： TU528 ????????文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A ????????文章編號： 1671-0460（2019）08-1721-04

Abstract： Due to low ambient temperature and rain and snow， asphalt mixture pavement is easy to freeze， resulting in a significant decrease in pavement skid resistance coefficient， which will increase the probability of traffic accidents， while adding salt compounds can increase the friction coefficient. Marshall compaction test was used to determine the mixture ratio of asphalt mixture as a benchmark， and the proportion of salt in the benchmark mixture was adjusted to replace the proportion of mineral powder by the same volume.The pavement performance indexes of the mixture at high and low temperatures under different replacement ratios were measured. After analyzing the change rule of indexes， it was concluded that after salt is added to asphalt concrete instead of mineral powder in equal volume， the pavement performance will be deteriorated， but the difference between them and the reference ratio is not big and above the standard requirement value， which can meet the pavement performance requirements. However， the high and low temperature performance will decrease with the increase of the dosage， so the dosage should be reasonably determined.

Key words： Salts; Asphalt mixture; Marshall test piece; Rutting test

受環(huán)境低溫和雨雪影響，瀝青混合料路面容易結(jié)冰導(dǎo)致路面抗滑系數(shù)大幅降低，增大了行車事故發(fā)生概率。鹽具有降低冰點(diǎn)效果，被作為一種主要融雪劑在各等級公路、市政道路大量應(yīng)用[1]。由于主要是在下雪后以表面撒布方式使用，鹽的用量大，撒布次數(shù)頻繁，大部分被溶解到冰雪中，隨融化水流入附近河流、慢慢向下滲入地下水、徑流入農(nóng)田中，對土壤和水環(huán)境造成很大破壞，同時高濃度的鹽溶液對路面附屬結(jié)構(gòu)和橋梁侵蝕嚴(yán)重，降低了道路的使用壽命[2-5]。經(jīng)過大量的科研人員研究，將以往的被動撒鹽方式轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃拥仡A(yù)防方式，將鹽添加到瀝青混合料中， 降低鹽用量的同時，延長融雪使用年限，很好的解決了高污染低效率的難題[6-8]。由于鹽分是從路面內(nèi)析出，直接作用在冰雪與路面的結(jié)合部位，降低冰雪同路面的結(jié)合力[9]。在交通工具輪載作用下，冰雪薄層很易壓碎，大大增大了路面的摩擦系數(shù)，一定程度上保證了行車安全[10]。

1 ?實(shí)驗(yàn)部分

1.1 ?鹽化物及礦粉技術(shù)指標(biāo)

以進(jìn)口自日本的鹽化物為試驗(yàn)原材進(jìn)行試驗(yàn)分析，鹽化物結(jié)構(gòu)為多孔狀材料，孔內(nèi)吸附大量鹽。當(dāng)有水作用時，通過溶解析出作用，孔內(nèi)的鹽緩釋到溶劑水中， 使水的冰點(diǎn)下降，達(dá)到融冰雪的作用。對鹽化物的密度、鹽分含量和pH值等指標(biāo)測試。礦粉采購自京山石料廠，以堿性石料為主磨細(xì)制成，外觀無結(jié)塊，質(zhì)量合格。使用鹽化物及礦粉材料的主要技術(shù)指標(biāo)值，見表1。

1.2 ?瀝青指標(biāo)

采用SBS改性瀝青， 試驗(yàn)測試主要技術(shù)指標(biāo)見表2。細(xì)集料使用人工砂，原巖石為玄武巖，堅固性質(zhì)量損失為8.8%，表觀密度2.798 g·cm-3，含泥量為2.4%，砂當(dāng)量為96%。

1.4 ?試驗(yàn)方案

根據(jù)瀝青混合料配合比確定方法， 采用馬歇爾擊實(shí)試驗(yàn)測定混合料六項指標(biāo)值，確定混合料的最佳油石比， 最終確定出混合料配合比。確定出的配合比作為對比試驗(yàn)的基準(zhǔn)組， 調(diào)整鹽化物摻量替代礦粉摻加量。保證混合料最佳骨架密實(shí)的情況下，由于礦粉同鹽化物密度不同，為保證礦料間填充效果，采用鹽化物等體積替代礦粉摻加，替代體積比例為0%、25%、50%、75%、100%得到5組配合比。成型車轍板試件做高溫車轍試驗(yàn)，將車轍板試件切割，制作小梁試件做低溫彎曲試驗(yàn)，得到鹽化物等體積替代礦粉不同比例情況下各指標(biāo)的關(guān)系，分析產(chǎn)生原因。

2 ?試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 ?基準(zhǔn)配合比確定

混合料類型按照《瀝青混合料施工技術(shù)規(guī)范》密集配AC-13設(shè)計，按規(guī)范要求級配范圍值確定粗集料78%、細(xì)集料15%、填料7%的摻配比例合成級配，按油石比4.3%為基準(zhǔn)，上下浮動0.5%和1.0%得到5組油石比，按照馬歇爾試驗(yàn)方法，各油石比成型一組馬歇爾試件，每組4個， 測定瀝青飽和度、流值、穩(wěn)定度等6項指標(biāo)值[11]，代入公式（1）求取OAC1。

將礦料間隙率、瀝青飽和度、空隙率、流值、穩(wěn)定度滿足規(guī)范要求值范圍作圖，取出符合要求最大值和最小值范圍，求出范圍均值OAC2，作法如圖1所示。由公式1算出OAC1為4.4%。根據(jù)指標(biāo)范圍圖1得到范圍均值OAC2為4.6%，由公式2計算最佳油石比OAC為4.5%。

2.2 ?高溫車轍試驗(yàn)分析

根據(jù)1.4試驗(yàn)方案，評價鹽化物對瀝青混合料抵抗高溫性能的影響， 得到鹽化物不同替代類型與規(guī)范值車轍試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

由圖2可得出，鹽化物替代礦粉增加的同時，動穩(wěn)定度呈下降趨勢，當(dāng)鹽化物等體積完全替代礦粉后，動穩(wěn)定度仍是規(guī)范值1.79倍，高溫性能良好。從礦粉被鹽化物替代25%、50%、75%、100%體積后動穩(wěn)定度值，可以計算出動穩(wěn)定度值下降幅度分別為不添加鹽化物與規(guī)范值差值的5.2%、11.9%、9.3%、14.0%，動穩(wěn)定度降低趨勢如圖3。

平均每增加25%的體積替代量，動穩(wěn)定值下降10.1%，從75%到100%替代礦粉時下降14.0%，說明完全替代對高溫穩(wěn)定性影響大，應(yīng)考慮保留部分礦粉添加量。分析原因是由于礦粉是堿性，能通過和瀝青的交互作用形成結(jié)構(gòu)瀝青，結(jié)構(gòu)瀝青具有較高黏聚力來聯(lián)結(jié)礦物，利于高溫下穩(wěn)定。鹽化物是利用多孔礦物材料吸附CaCl2和 NaCl鹽類， 有存在裸露在顆粒表面的鹽分降低瀝青的交互作用，對瀝青粘附性產(chǎn)生影響，礦料顆粒包裹瀝青粘聚力下降，導(dǎo)致高溫穩(wěn)定性變差，比正常礦粉易產(chǎn)生車轍病害。

2.3 ?低溫性能對比試驗(yàn)

利用養(yǎng)護(hù)完成車轍板在切割機(jī)上切成250 mm×30 mm×35 mm小梁試件，晾干后在溫度-10 ℃和50 mm/min加載速率時，測量小梁加載破壞彎拉應(yīng)變值，評價低溫抗裂性能。試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

伴隨鹽化物等體積替代礦粉量增加，瀝青混合料低溫彎拉應(yīng)變值呈下降趨勢，表明鹽化物的添加使瀝青混合料低溫性能變差。從礦粉被鹽化物替代25%、50%、75%、100%體積后彎拉應(yīng)變值，可以計算出彎拉應(yīng)變值下降幅度分別為不添加鹽化物與規(guī)范值差值的5.7%、13.0%、11.9%、9.9%，低溫彎拉應(yīng)變降低趨勢如圖5。沒有產(chǎn)生從替代75%到100%礦粉時低溫性能下降值較高的情況，低溫性能可以滿足規(guī)范要求。

3 ?結(jié) 論

國內(nèi)經(jīng)過多年研究鹽化物添加材料和鹽化物瀝青混凝土的施工技術(shù)，推動鹽化物瀝青混合料推廣應(yīng)用。筆者采用馬歇爾擊實(shí)試驗(yàn)，調(diào)整基準(zhǔn)配比中鹽化物等體積替代礦粉摻加比例，根據(jù)路用性能的兩大主要指標(biāo)的試驗(yàn)結(jié)果，得出混合料高低溫性能隨替代礦粉量增大而變差，但都滿足規(guī)范要求值。在配比設(shè)計時，完全替代礦粉后高溫性能降低比例較大，所以應(yīng)選擇適合的鹽化物替代礦粉量，避免盲目選擇高添加量追求高效的融雪效果，造成混合料性能影響過大。

參考文獻(xiàn)：

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

[2]嚴(yán) 霞，李法云，劉桐武，等.化學(xué)融雪劑對生態(tài)環(huán)境的影響[J].生態(tài)學(xué)雜志，2008，27（12）：2209-2214.

[3]王洪春.融雪劑對水質(zhì)的影響[J].職業(yè)衛(wèi)生與病傷，2008，23（3）：156-157.

[4] 孫鵬，馬西忠，許建嶺，等.淺談融雪劑現(xiàn)狀及對環(huán)境的影響和對策[J].鹽業(yè)與化工（ 現(xiàn)《鹽科學(xué)與化工》） 2015，44（3）：4-6.

[5]張磊.粗粒鹽漬土凍融作用下水鹽遷移及力學(xué)性能研究[J].當(dāng)代化工，2018，47（6）：1162-1165.

[6]王峰， 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，自然科學(xué)版， 2010， 30 （6）： 16-19.

[7]張麗娟. 鹽化物融雪瀝青混合料研究[D]. 長安大學(xué)， 2010.

[8] 陳拴發(fā)， 劉壯壯， 邢明亮， 等. 融雪抑冰材料性能影響因素研究[J].建筑材料學(xué)報， 2013， 16 （6）： 1054-1057.

[9]小栗學(xué)，下道純. 最近の凍結(jié)抑制舗裝いっぃて[J]. 開発土木研究所月報， 1999 （2）.

[10]夏慧蕓， 李芳芳， 宋莉芳， 等. 自融雪材料制備及其融雪效果評價[J]. 公路， 2015， 7 （7）： 269-274.

[11]公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范： JTG_F40-2017[S]. 北京： 交通出版社， 2017.

[12]曹芯芯.高性能改性瀝青降溫劑應(yīng)用研究[D].重慶交通大學(xué)，2013.