不同類型瀝青混合料的抗融雪劑長(zhǎng)期侵蝕性能研究

張楠 陳諾

摘 要：我國大部分地區(qū)通過撒布融雪劑來除路面冰雪，而融雪劑材料滲透到瀝青路面內(nèi)部，會(huì)造成瀝青路面的剝落和坑槽。本文采用NaCl、CaCl2和醋酸鈉三種融雪劑，對(duì)AC-13、OGFC-10、和自主研發(fā)的UTO-7這三種瀝青混合料試件進(jìn)行融雪劑溶液凍融循環(huán)后，然后進(jìn)行殘留馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)和肯塔堡飛散試驗(yàn)研究，評(píng)價(jià)不同瀝青混合料的長(zhǎng)期抗融雪劑侵蝕能力。研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過長(zhǎng)期侵蝕后，NaCl溶液對(duì)瀝青混合料的侵蝕最嚴(yán)重，其次為CaCl2，最后為醋酸鈉;UTO-7瀝青混合料抗融雪劑溶液長(zhǎng)期侵蝕能力均優(yōu)于AC-13和OGFC-10瀝青混合料。

關(guān)鍵詞：融雪劑;瀝青混合料;UTO-7;凍融循環(huán);長(zhǎng)期侵蝕

0 引言

由于我國大部分地區(qū)處于夏炎冬寒氣候，冬季降雪后路面結(jié)冰，嚴(yán)重影響路面車輛的行駛，在大部分城市道路的養(yǎng)護(hù)工作中會(huì)撒布融雪劑來融化路面的冰雪，而融雪劑材料滲透到瀝青混合料材料內(nèi)部后再加上凍融循環(huán)的作用會(huì)嚴(yán)重破壞瀝青混合料的性能，造成瀝青路面的剝落和坑槽。近年來專家學(xué)者都對(duì)融雪劑材料的侵蝕機(jī)理和破壞性能進(jìn)行大量的研究[1-5]，主要集中在氯鹽類融雪劑對(duì)瀝青混合料的水穩(wěn)定性和高溫穩(wěn)定性的影響等研究，而對(duì)于不同融雪劑種類、融雪劑對(duì)不同瀝青混合料長(zhǎng)期侵蝕的影響研究較少。

本研究采用價(jià)格低廉、使用廣泛的NaCl、融雪效果優(yōu)異的CaCl2、綠色環(huán)保的醋酸鈉三種融雪劑，采用AC-13、OGFC-10、和自主研發(fā)的UTO-7[6]這三種瀝青混合料級(jí)配進(jìn)行融雪劑溶液凍融循環(huán)后殘留馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)[7]和肯塔堡飛散試驗(yàn)[8]研究，評(píng)價(jià)不同瀝青混合料抗融雪劑長(zhǎng)期侵蝕能力，評(píng)價(jià)哪種融雪劑對(duì)瀝青混合料的侵蝕最為嚴(yán)重，為探究不同融雪劑對(duì)不同類型瀝青混合料的侵蝕機(jī)理提供參考依據(jù)。

1 原材料和試驗(yàn)方法

1.1 原材料

融雪劑為白色固體NaCl顆粒、白色固體CaCl2顆粒，白色固體醋酸鈉顆粒;瀝青采用SBS I-C改性瀝青，其各項(xiàng)指標(biāo)均滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2017）要求;集料采用新疆博樂產(chǎn)玄武巖碎石;OGFC-10和UTO-7中均加入0.4%的礦物纖維;AC-13、OGFC-10和UTO-7這三種瀝青混合料的最佳油石比和配合比如表1所示。

2 試驗(yàn)方法

采用《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20-2011）成型馬歇爾圓柱體試件。首先將試件在 98.3kPa～98.7 kPa的真空條件下飽和融雪劑溶液15 min，然后放入冰箱中，溫度為-16℃，時(shí)間16h。然后取出試件放入25℃配置好的融雪劑水溶液中，融雪劑濃度為2%[8]，時(shí)間為8h。最后取出試件放入冰箱中，如此往復(fù)循環(huán)。循環(huán)次數(shù)分別為5次、10次、15次和20次[9];凍融循環(huán)結(jié)束后，取出試件在通風(fēng)處自然晾干，晾干后用清水洗去表面的鹽，備用。每組采用四個(gè)試件分別進(jìn)行融雪劑溶液凍融循環(huán)后殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)和融雪劑溶液凍融循環(huán)后肯塔堡飛散試驗(yàn)。

（1）融雪劑溶液凍融循環(huán)后殘留馬歇爾穩(wěn)定度%（TCSRn）

融雪劑溶液凍融循環(huán)后殘留劈裂強(qiáng)度比%（TSRn）

（2）融雪劑溶液凍融循環(huán)后肯塔堡飛散試驗(yàn)（飛散損失%）

3 試驗(yàn)結(jié)果

（1）融雪劑溶液凍融循環(huán)后TCSR試驗(yàn)

對(duì)三種不同類型的AC-13、OGFC-10、UTO-7瀝青混合料在最佳油石比下的試件進(jìn)行融雪劑溶液凍融循環(huán)后的TCSRn試驗(yàn)（殘留馬歇爾穩(wěn)定度%），試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，隨著融雪劑溶液凍融循環(huán)次數(shù)的增加，不同類型瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度逐漸下降，三種融雪劑對(duì)瀝青混合料殘留穩(wěn)定度的影響不同，按融雪劑侵蝕嚴(yán)重性排序?yàn)椋篘aCl>CaCl2>醋酸鈉。NaCl對(duì)瀝青混合料殘留穩(wěn)定度的影響程度要強(qiáng)于CaCl2，其主要原因是，除了水的物理凍脹作用及Cl-的化學(xué)腐蝕作用造成瀝青混合料的性能下降以外，Na+對(duì)瀝青具有乳化作用，會(huì)降低瀝青與集料間的粘附性，造成混合料性能下降加劇;而Ca2+ 會(huì)加強(qiáng)集料與瀝青之間的化學(xué)吸附作用，提高混合料的整體性能，可抵消部分性能下降。

經(jīng)過NaCl溶液凍融循環(huán)后，對(duì)不同類型的瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度按大小進(jìn)行排序：UTO-7>AC-13>OGFC-10，說明UTO-7瀝青混合料的抗融雪劑侵蝕能力優(yōu)于AC-13和OGFC-10瀝青混合料。

（2）融雪劑溶液凍融循環(huán)后飛散試驗(yàn)

對(duì)三種不同類型的AC-13、OGFC-10、UTO-7瀝青混合料件進(jìn)行融雪劑溶液肯塔堡飛散試驗(yàn)（飛散損失%），經(jīng)過20次醋酸鈉溶液凍融循環(huán)試驗(yàn)后試件外貌形態(tài)圖如圖2所示，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

由圖2可知：經(jīng)過鹽溶液凍融循環(huán)飛散試驗(yàn)后，不同級(jí)配的瀝青混合料試件均有質(zhì)量損失，AC-13瀝青混合料試件表面發(fā)生了部分大塊集料脫落，但整體結(jié)構(gòu)完整，UTO-7瀝青混合料試件在飛散試驗(yàn)中試件只是被磨圓潤(rùn)，沒產(chǎn)生大塊集料脫落，瀝青與集料之間整體粘結(jié)性較好，而OGFC-10瀝青混合料試件上表面和下表面棱角周圍產(chǎn)生了大面積集料剝落，說明其瀝青與集料之間的粘結(jié)性能受到融雪劑溶液的破壞，從側(cè)面圖中可看出OGFC-10瀝青混合料試件飛散損失較大。從飛散試驗(yàn)的結(jié)果可以看出：UTO-7瀝青混合料的飛散損失最小，其次為AC-13瀝青混合料，而OGFC-10瀝青混合料的飛散損失最大。

由圖3可知：三種類型的瀝青混合料試件在不同種類融雪劑的凍融循環(huán)后，飛散損失最大的是NaCl，其次為CaCl2，最后為醋酸鈉。隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，三種類型的瀝青混合料試件的飛散損失增加，當(dāng)凍融循環(huán)次數(shù)為20次融雪劑為氯化鈉時(shí)，三種瀝青混合料的飛散損失都達(dá)到了最大值，其中AC-13瀝青混合料飛散損失最大達(dá)到了9.92%，OGFC-10瀝青混合料的飛散損失最大達(dá)到了18.20%，UTO-7瀝青混合料的飛散損失最大達(dá)到了3.26%。對(duì)三種級(jí)配的飛散損失進(jìn)行排序：OGFC-10>AC-13>UTO-7，充分說明了UTO-7抗融雪劑長(zhǎng)期侵蝕的性能更強(qiáng)，可以防止經(jīng)過凍融循環(huán)后瀝青路面集料的剝落，防止路面產(chǎn)生松散病害。

經(jīng)過鹽溶液凍融循環(huán)后殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)和飛散試驗(yàn)后，UTO-7瀝青混合料抗融雪劑長(zhǎng)期侵蝕性能最優(yōu)，這是由于UTO-7和AC-13瀝青混合料的空隙率較小，而OGFC-10瀝青混合料的空隙率較大，融雪劑溶液滲透到OGFC-10瀝青混合料集料和瀝青接觸表面，加快了OGFC-10瀝青混合料中瀝青和集料的剝離，所以O(shè)GFC-10瀝青混合料飛散損失嚴(yán)重;而UTO-7瀝青混合較AC-13瀝青混合料來說，由于加入了礦物纖維，且瀝青用量較大，礦物纖維和瀝青膠漿膠結(jié)成大量的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)[10]，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)在瀝青混合料中起到增韌作用，把較小的集料固定在瀝青混合料上形成了一個(gè)整體，增強(qiáng)了瀝青混合料抗鹽溶液侵蝕的能力。

4結(jié)論

（1）隨著融雪劑溶液凍融循環(huán)次數(shù)的增加，不同類型瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度逐漸下降，飛散損失逐漸增加，按融雪劑侵蝕嚴(yán)重性排序?yàn)椋篘aCl>CaCl2>醋酸鈉。

（2）經(jīng)過NaCl溶液凍融循環(huán)后，對(duì)三種的瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度按大小進(jìn)行排序：UTO-7>AC-13>OGFC-10。對(duì)三種瀝青混合料的飛散損失進(jìn)行排序：OGFC-10>AC-13>UTO-7。

（3）UTO-7瀝青混合料抗融雪劑長(zhǎng)期侵蝕能力均優(yōu)于AC-13和OGFC-10瀝青混合料。這是由于UTO-7瀝青混合料中加入了礦物纖維，礦物纖維和瀝青膠漿膠結(jié)成大量的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)在瀝青混合料中起到增韌作用。

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作者簡(jiǎn)介：張楠（1988-），女，漢族，河南新鄉(xiāng)，博士，合肥學(xué)院城市建設(shè)與交通學(xué)院，講師，主要研究路基路面材料方向。