Mafilon鹽化物瀝青混合料的空隙率變化規(guī)律分析

胡 杰

(1.廣西路建工程集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530001；2.南寧市筑路技術(shù)與筑路材料工程技術(shù)研究中心，廣西 南寧 530001)

0 引言

鹽化物自融雪瀝青路面技術(shù)在國外發(fā)達(dá)國家得到了廣泛的推廣應(yīng)用，尤其在日本推廣應(yīng)用面積達(dá)到380萬m2，產(chǎn)生的實(shí)際效果顯著。鹽化物主要為氯鹽成分，采用特殊包裹的方法填充于多孔陶粒、礦料載體中，然后直接摻加到瀝青混合料中，在低溫環(huán)境條件下，鹽分逐漸析出以降低路面冰點(diǎn)。我國在2005年前后引進(jìn)相關(guān)技術(shù)，并開展了一系列研究。如劉壯壯等人匯總分析了蓄鹽類瀝青路面的優(yōu)缺點(diǎn)，從配合比設(shè)計(jì)、材料特性和路用性能等方面進(jìn)行了對比，并提出了蓄鹽類瀝青路面技術(shù)的發(fā)展方向[1]。李娜等人研究了瀝青混合料中鹽化物的析出規(guī)律，提出了3階段析出周期，對長期觀察評價(jià)具有指導(dǎo)作用[3]。王軍等人研究了鹽化物瀝青混合料路用性能，著重分析了空隙率與凍融劈裂強(qiáng)度的變化規(guī)律，提出了鹽化物瀝青混合料的抗水損害性能的弱性[2][4]。孫健分析了鹽化物瀝青混合料與普通瀝青混合料的馬歇爾體積參數(shù)差異性，指出容積替換法適用于鹽化物瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)[5]。何湘寧研究了聚酯纖維對MFL瀝青混合料的路用性能的影響，指出不同摻量下聚酯纖維對路用性能的影響不同，合理地添加聚酯纖維能夠改善瀝青混合料的抗水損害能力[6]。

綜上所述，針對鹽化物瀝青混合料應(yīng)用得出了不同的研究成果，研究方向主要集中在瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)、路用性能分析等，而對鹽化物瀝青混合料自身體積參數(shù)的分析涉及較少。本文引用部分研究成果，分析不同MFL摻量下，浸水溫度和時間變化對瀝青混合料的空隙率影響規(guī)律。

1 試驗(yàn)材料及方法

1.1 原材料

鹽化物為日本生產(chǎn)的Mafilon(MFL)，主要成分為氯化鈉、氯化鈣和二氧化硅等，采用多孔火山巖包裹鹽分替代部分礦粉。粗集料選擇玄武巖，細(xì)集料為石灰?guī)r，礦粉為石灰?guī)r磨制。改性瀝青為SBS I-D，由廣西興通瀝青科技有限公司提供。相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果見表1～4。

表1 MFL試驗(yàn)結(jié)果表

表2 粗集料試驗(yàn)結(jié)果表

表3 細(xì)集料試驗(yàn)結(jié)果表

表4 SBS(I-D)改性瀝青試驗(yàn)結(jié)果表

1.2 試驗(yàn)方法

(1)研究采用AC-13C級配，利用“MFL-礦粉等體積置換方法”進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，確定MFL的摻加比例分別為30%、50%、70%。

(2)隨鹽分的不斷析出，混合料內(nèi)部孔隙也存在相應(yīng)的變化。對于瀝青路面而言，隨通車運(yùn)營時間延長，瀝青混合料的空隙率逐漸下降到一定范圍內(nèi)，鹽化物瀝青路面空隙率的變化規(guī)律要比普通瀝青混合料更加復(fù)雜。本文選擇馬歇爾試件，利用不同的浸水時間、溫度分析空隙率變化規(guī)律。浸水溫度選擇30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃；時間選擇4 h、8 h、12 h、24 h、48 h、96 h、192 h。

2 空隙率理論值計(jì)算分析

依據(jù)JTG F40-2004[7]中瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)空隙率計(jì)算方法，對MFL瀝青混合料的空隙率進(jìn)行模擬推測，不同比例MFL瀝青混合料空隙率為設(shè)計(jì)空隙率+MFL完全析出后空隙率，計(jì)算公式如下[5]：

(1)

式中：VV——MFL瀝青混合料理論計(jì)算空隙率，%；

VV0——目標(biāo)空隙率，%；

n1——MFL占瀝青混合料總質(zhì)量，%；

n2——MFL的有效成分，89%；

ρf——瀝青混合料毛體積密度，g/cm3；

ρ——MFL的密度，g/cm3。

圖1 不同MFL摻量下瀝青混合料理論空隙率計(jì)算結(jié)果比例圖

由圖1可知：MFL摻量變化對瀝青混合料空隙率值存在相應(yīng)的影響，隨MFL摻量的增加，空隙率也逐漸增加，3種摻量下空隙率提高幅度分別為57.7%、38.5%、19.2%(與初始空隙率3.5%相比)。這說明鹽分析出對瀝青混合料空隙率具有顯著影響，隨著鹽分的不斷析出，MFL在瀝青混合料內(nèi)部中占比體積下降，導(dǎo)致混合料空隙增加。因此，在MFL瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)過程中，需結(jié)合MFL的摻加用量考慮鹽分完全析出后的空隙率變化，且相關(guān)研究成果指出瀝青混合料空隙率偏大對路面性能的加速劣化具有促進(jìn)作用。

3 溫度對空隙率影響分析

研究采用浸水方法對MFL瀝青混合料的空隙率變化進(jìn)行模擬，浸水時間為48 h，不同浸水溫度下空隙率變化試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖2 不同浸水溫度下MFL瀝青混合料空隙率變化曲線圖

由圖2可以看出：

(1)溫度變化對MFL瀝青混合料空隙率具有顯著影響。隨浸水溫度的增加，空隙率呈先增加后下降的趨勢變化，3種摻量下空隙率均在浸水溫度60 ℃時達(dá)到最大值，空隙率提高幅度分別為47.6%、47.2%、43.3%(與30 ℃相比)。對于鹽化物瀝青混合料，隨浸水溫度的增加，鹽分析出的程度也增加，因?yàn)辂}化物中離子的擴(kuò)散速度加快，更容易溶于水，導(dǎo)致混合料的空隙率增加。研究表明，常規(guī)瀝青混合料隨溫度的增加，空隙率呈下降趨勢，這是因?yàn)殡S溫度的升高，瀝青膠結(jié)料熱脹能夠擠壓部分結(jié)構(gòu)空隙，空隙率存在減小的趨勢。

(2)隨浸水溫度的持續(xù)增加，MFL瀝青混合料空隙率呈下降趨勢，說明在30 ℃～60 ℃范圍內(nèi)，MFL瀝青混合料鹽化物析出占主導(dǎo)因素，對空隙率增加具有主導(dǎo)作用。而60 ℃～70 ℃范圍內(nèi)，瀝青混合料因體積膨脹，減小空隙率變化占主導(dǎo)作用。隨浸水溫度的持續(xù)增加，材料熱脹作用持續(xù)提高，對內(nèi)部孔隙的影響越顯著。

(3)從整體分析，MFL摻量越大，瀝青混合料空隙率受浸水溫度影響越顯著，浸水溫度為70 ℃時，空隙率變化幅度分別為40.2%、42.3%、30.9%。

4 時間對空隙率的影響分析

鹽化物瀝青混合料中鹽分析出與環(huán)境溫度存在密切關(guān)聯(lián)。研究表明，鹽分析出也與通車運(yùn)營周期存在相應(yīng)的關(guān)系，研究采用的浸水溫度為60 ℃，不同浸水時間下空隙率試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖3 不同浸水時間下MFL瀝青混合料空隙率變化曲線圖

由圖3可知：

(1)隨浸水時間的增加，3種不同摻量MFL瀝青混合料空隙率變化規(guī)律相一致，空隙率均呈增加趨勢，但在0～48 h內(nèi)，空隙率增加幅度較大，在48～96 h內(nèi)，空隙率變化逐漸平緩。說明MFL瀝青混合料在48 h內(nèi)鹽分析出量較大，而隨著時間延長，內(nèi)部鹽分析出速率下降，空隙率變化趨于穩(wěn)定。如MFL摻量為70%時，12 h、24 h、48 h、96 h、192 h的空隙率變化幅度分別為14.7%、50.7%、66.3%、68.0%、70.6%。

(2)隨著MFL摻量增加，浸水時間變化對空隙率的影響越顯著。以浸水48 h為例，3種不同摻量MFL的空隙率變化幅度分別為66.3%、65.0%、43.4%(以浸水4 h相比)，說明MFL瀝青混合料中鹽化物含量越大，鹽分析出的速率越快，其空隙率變化就更加顯著。

(3)MFL摻量超過50%，空隙率隨浸水時間的變化幅度相對穩(wěn)定。如浸水48 h時，MFL摻量50%、70%的空隙率變化幅度僅相差1.3%。另外，空隙率隨浸水溫度的變化幅度也相對穩(wěn)定，在浸水溫度為60 ℃時，MFL摻量50%、70%的空隙率變化幅度僅相差0.4%。

5 結(jié)語

(1)依據(jù)空隙率理論計(jì)算定義，MFL鹽化物中鹽分析出對瀝青混合料理論空隙率存在顯著影響，隨MFL摻量的增加，理論空隙率也顯著增加。

(2)隨浸水溫度增加，MFL瀝青混合料空隙率呈先增加后下降的趨勢變化，不同摻量下MFL空隙率均在浸水溫度為60 ℃時達(dá)到最大值，隨溫度持續(xù)增加，空隙率呈下降狀態(tài)，這是因?yàn)?60 ℃范圍內(nèi)，MFL瀝青混合料鹽化物析出對空隙率變化具有主導(dǎo)作用；而60 ℃～70 ℃范圍內(nèi)，瀝青膠結(jié)料因體積膨脹對空隙率變化占主導(dǎo)作用。

(3)隨浸水時間延長，MFL瀝青混合料空隙率呈先快后慢的狀態(tài)變化，并逐漸趨于穩(wěn)定狀態(tài)。在0～48 h內(nèi)，空隙率增加幅度較大；在48～96 h內(nèi)，空隙率變化逐漸平緩。MFL摻量越大，環(huán)境溫度、浸水時間對瀝青混合料空隙率影響幅度也越大，這與混合料中鹽化物含量有關(guān)。