融雪鹽對(duì)瀝青混合料路用性能影響及應(yīng)對(duì)措施

焦建 JIAO Jian

（淄博市周村區(qū)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)局，淄博 255000）

0 引言

我國(guó)北方的大部分城市，冬季降雪是大概率事件，降雪后對(duì)交通出行造成了極大地影響，因降雪后結(jié)冰路滑造成的交通事故比比皆是[1]。所以城市道路管理部門在降雪后一般都會(huì)在第一時(shí)間啟動(dòng)除雪融雪工作，融雪鹽撒布便是最為常見的處理方式。融雪鹽的撒布在較大的程度上加速了積雪的融化，保障了道路的交通出行安全。融雪鹽一般是氯化物，主要為氯化鈉，大部分的融雪鹽會(huì)隨著積雪的融化進(jìn)入城市排水系統(tǒng)，但不可否認(rèn)的是，路面上會(huì)存留有大量的氯化鈉[2-4]。相關(guān)研究表明，氯化鈉會(huì)對(duì)瀝青的技術(shù)性能造成一定的影響，進(jìn)而影響瀝青路面的服務(wù)性能[5]。相關(guān)學(xué)者對(duì)融雪鹽作用于瀝青上的機(jī)理展開了研究，認(rèn)為融雪鹽中的氯化鈉能夠破壞瀝青之間的分子力，特別是對(duì)瀝青與集料的粘附性能產(chǎn)生了較大的影響，進(jìn)而造成了瀝青技術(shù)性能的降低。相關(guān)研究成果表明，在被融雪鹽腐蝕過后的瀝青，其針入度會(huì)顯著降低，軟化點(diǎn)則會(huì)提高，這表明此時(shí)瀝青的粘度變大，但這對(duì)其發(fā)揮其力學(xué)性能并無益處；此外瀝青的延度顯著降低，表明融雪鹽對(duì)瀝青的低溫性能形成了破壞效應(yīng)；從融雪鹽腐蝕前后的瀝青表面能的測(cè)量來看，其表面能明顯減小，瀝青的力學(xué)性能顯著降低，分子間的結(jié)構(gòu)力明顯減小[6]。雖然融雪鹽對(duì)于瀝青的作用研究較多，但目前有關(guān)于融雪鹽對(duì)瀝青混合料影響的研究相對(duì)較少。

基于上述研究背景，本文利用融雪鹽制備了不同濃度的溶液，對(duì)瀝青混合料開展了不同融雪鹽濃度溶液、不同浸泡時(shí)間等相關(guān)試驗(yàn)，并檢測(cè)了低溫抗裂性、高溫穩(wěn)定性及水穩(wěn)定性的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)，研究其對(duì)瀝青混合料技術(shù)性能的影響規(guī)律，旨在揭示融雪鹽對(duì)瀝青路面的破壞提供科學(xué)解釋。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

表1 融雪鹽技術(shù)參數(shù)

首先制備瀝青混合料，按照相關(guān)規(guī)范規(guī)定的方法，設(shè)計(jì)并制備AC-13瀝青混合料備用；其次制備不同融雪鹽濃度的浸泡溶液；最后開展相關(guān)的浸泡、干燥、檢測(cè)等試驗(yàn)。

試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案如下：按照上述方法分別制備融雪鹽濃度為0%、10%、20%、30%、40%的融雪鹽溶液；然后制備AC-13瀝青混合料車轍板試件、低溫小梁彎曲試驗(yàn)試件、馬歇爾試件等；并將上述試件分為五大組，第一組在5℃下，置于不同濃度的融雪鹽濃度中浸泡0h，第二組浸泡時(shí)間為24h，第三組浸泡時(shí)間為48h，第四組浸泡時(shí)間則為72h，第五組浸泡時(shí)間為96h。之后對(duì)各試件放置于25℃的常溫干燥箱中干燥48h，然后進(jìn)行相應(yīng)的路用性能指標(biāo)的檢測(cè)，分析相關(guān)數(shù)據(jù)，獲取融雪鹽對(duì)瀝青混合料路用性能的影響規(guī)律。

2 融雪鹽對(duì)瀝青混合料性能的影響

本文按照上文所述的試驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)浸泡之后的瀝青混合料經(jīng)過充分干燥之后進(jìn)行車轍試驗(yàn)，試驗(yàn)過程中，試驗(yàn)溫度選擇60℃，非浸水試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表2。對(duì)浸泡之后的瀝青混合料試件進(jìn)行了低溫彎曲試驗(yàn)，試驗(yàn)溫度選擇-10℃，試驗(yàn)結(jié)果見表2。對(duì)浸泡之后的瀝青混合料進(jìn)行殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表2。對(duì)浸泡之后的瀝青混合料進(jìn)行凍融劈裂殘留強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 融雪鹽腐蝕后瀝青混合料的各項(xiàng)技術(shù)性能

表2為根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)開展相關(guān)檢測(cè)的結(jié)果，為了使以上數(shù)據(jù)更加直觀，匯總于圖1和圖2。

圖1 試驗(yàn)結(jié)果圖

分析表2和圖1，可以看出，融雪鹽的浸泡對(duì)瀝青混合料的各項(xiàng)錄用性能均有著一定的影響，下面展開具體分析。對(duì)于動(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)，可以看出，當(dāng)無融雪鹽浸泡時(shí)，瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度5200次/mm左右，即便是清水浸泡時(shí)間達(dá)到96h，也未見動(dòng)穩(wěn)定度有著明顯的降低現(xiàn)象；但是當(dāng)浸泡溶液中存在融雪鹽時(shí)，情況則發(fā)生了明顯的變化，以20%融雪鹽濃度為例，隨著融雪鹽溶液浸泡時(shí)間的不斷延長(zhǎng)，瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度顯著降低，當(dāng)浸泡時(shí)間達(dá)到96h時(shí)，其動(dòng)穩(wěn)定度相較于無浸泡時(shí)下降了約15%左右，說明融雪鹽溶液的浸泡對(duì)瀝青混合料的抗車轍性能造成了嚴(yán)重的損害；此外反觀融雪鹽濃度，不難發(fā)現(xiàn)隨著融雪鹽濃度的不斷增加，相同浸泡時(shí)間下，瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度也出現(xiàn)了較大的差異，表現(xiàn)為融雪鹽濃度越高，動(dòng)穩(wěn)定度損失越大，以浸泡72h為例，當(dāng)融雪鹽濃度達(dá)到40%時(shí)，相較于清水浸泡的的動(dòng)穩(wěn)定度的降幅達(dá)到了20%。于是可以得出以下結(jié)論：融雪鹽溶液濃度越高、浸泡時(shí)間越長(zhǎng)，瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度越小，高溫性能損失也越嚴(yán)重。

最大彎拉應(yīng)變的變化規(guī)律與動(dòng)穩(wěn)定度相似，以30%融雪鹽濃度為例，隨著瀝青混合料在融雪鹽溶液中浸泡的時(shí)間的延長(zhǎng)，其最大彎拉應(yīng)變出現(xiàn)了明顯的不同，當(dāng)溶液濃度為0%、10%、20%、30%、40%時(shí)，相應(yīng)的最大彎拉應(yīng)變（με）數(shù)值分別為3175、2836、2745及2699，有著明顯的降低趨勢(shì)；同時(shí)，不同融雪鹽濃度之間瀝青混合料最大彎拉應(yīng)變的大小也各不相同，以浸泡時(shí)間96h為例，融雪鹽濃度40%30%、20%和10%時(shí)的最大彎拉應(yīng)變降幅分別為18%、11%、9%及4%，可見融雪鹽濃度對(duì)瀝青混合料最大彎拉應(yīng)變的影響是十分大的。這其中的主要原因還是在于氯化鈉對(duì)于瀝青的腐蝕作用，原本以結(jié)構(gòu)瀝青結(jié)合的穩(wěn)定體系被融雪鹽輔食后，絮狀結(jié)構(gòu)物的產(chǎn)生，大大的降低了瀝青之間的分子結(jié)構(gòu)力，破壞了瀝青與集料之間的粘附力，進(jìn)而造成了低溫性能的顯著降低。于是可以得出以下結(jié)論：融雪鹽溶液濃度越高、浸泡時(shí)間越長(zhǎng)，瀝青混合料的最大彎拉應(yīng)變?cè)叫?，低溫性能損失也越嚴(yán)重。

圖2試驗(yàn)結(jié)果圖

圖2 顯示，MS’及TSR均為瀝青混合料水穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)指標(biāo)。通過試驗(yàn)結(jié)果，不難發(fā)現(xiàn)，融雪鹽的浸泡作用對(duì)混合料的上述兩項(xiàng)性能影響嚴(yán)重。如圖1所示，可以明顯的看到MS’及TSR隨著融雪鹽濃度的增加而降低的趨勢(shì)，以浸泡72h為例，融雪鹽濃度40%30%、20%和10%時(shí)的MS’降幅分別為13%、9%、6.5%及5%，相應(yīng)的TSR降幅分別為10%、8%、5.5%及2%，可見濃度的影響是十分巨大的；此外，浸泡時(shí)間的影響也是不可忽略的，以40%的融雪鹽溶液為例，浸泡時(shí)間為96h、72h、48h及24h分別較無融雪鹽浸泡時(shí)的MS’降幅分別為17%、15%、11%及8%，而相應(yīng)的TSR的降幅則分別為16%、12%、9%及5%，下降幅度較大。所以不難得出以下結(jié)論：融雪鹽溶液濃度越高、浸泡時(shí)間越長(zhǎng)，瀝青混合料的MS’及TS越小，水穩(wěn)定性能損失也越嚴(yán)重。

3 融雪鹽對(duì)瀝青混合料性能的影響機(jī)理分析

通過上文的試驗(yàn)結(jié)果可知，在融雪鹽的浸泡下，瀝青混合料的各項(xiàng)性能均呈現(xiàn)出顯著降低的趨勢(shì)，雖然實(shí)際情況下，融雪鹽可能達(dá)不到本文試驗(yàn)所設(shè)計(jì)的腐蝕條件，但是腐蝕作用確實(shí)是事實(shí)發(fā)生的。融雪鹽對(duì)瀝青混合料性能的影響機(jī)理分析如下：

2）推廣機(jī)械精量播種技術(shù)。播種量調(diào)控在187.5 kg／hm2左右， 基本苗穩(wěn)定在 3×106株 ／hm2左右，為建立合理的小麥群體打好基礎(chǔ)。加大鎮(zhèn)壓技術(shù)的應(yīng)用，培育冬前壯苗、促進(jìn)根系發(fā)育，增強(qiáng)小麥抗倒伏能力［11］。

混合料內(nèi)部空隙的存在是融雪鹽能夠降其性能的重要原因之一。由于空隙率的存在，特別是內(nèi)部連通孔隙的存在，使得融雪鹽溶液可以進(jìn)入瀝青混合料內(nèi)部進(jìn)行腐蝕作用。同時(shí)由于孔隙的存在，當(dāng)混合料浸泡融雪鹽融雪后的烘干過程中，氯化鈉晶體的析出會(huì)存在于其內(nèi)部的各個(gè)部位，由于氯化鈉析出晶體體積的膨脹作用，混合料將遭受力學(xué)上的損傷。雖然這一損傷是相對(duì)較小的，但這對(duì)后續(xù)混合料力學(xué)性能的影響是較大的，特別是低溫抗裂性能的損傷是顯而易見，MS’及TSR等力學(xué)指標(biāo)也深受影響。

融雪鹽中鈉離子對(duì)瀝青的侵蝕飛散作用是混合料性能降低的另一項(xiàng)主要原因。鈉離子作用于瀝青表面時(shí)，會(huì)產(chǎn)生飛散力，當(dāng)飛散力大于了瀝青材料的分子力時(shí)，瀝青材料將會(huì)發(fā)生破壞。

綜上，融雪鹽溶液可以通過瀝青混合料的空隙滲入其內(nèi)部展開腐蝕，而不是僅僅停留在表面腐蝕；同時(shí)融雪鹽中的鈉離子所產(chǎn)生的侵蝕飛散作用能夠造成瀝青黏結(jié)性能的失效，且這一作用隨著融雪鹽濃度的提升以及浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)而愈發(fā)顯著。

4 融雪鹽對(duì)瀝青混合料性能的影響機(jī)理分析

前文著重?cái)⑹隽巳谘}對(duì)瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性以及水穩(wěn)定性的腐蝕作用。本校節(jié)主要針對(duì)融雪鹽對(duì)瀝青混合料造成的損失，提出了以下預(yù)防與解決措施：

①限制融雪鹽的使用，在冬季降雪較多的地區(qū)，配備足量的除雪設(shè)備，以機(jī)械除雪作為除雪的主要方式；部分路段可以采用撒布機(jī)制砂等材料的方式加大路面抗滑能力。

②在冬季降雪較多、除雪融雪較難的路段推廣抑冰路面結(jié)構(gòu)，例如富含橡膠顆粒的抑冰路面，通過破壞路面積雪結(jié)冰機(jī)理的方式實(shí)現(xiàn)路面抗滑能力的保障。

③推廣無氯融雪鹽，融雪鹽對(duì)于路面的腐蝕主要是由于其中的氯離子造成的，目前已經(jīng)有相關(guān)企業(yè)研發(fā)出了無氯融雪鹽，相關(guān)研究表明，其對(duì)瀝青混合料的性能基本上沒有損害。

④在沒有相關(guān)條件，必須使用含氯融雪鹽的路段，要注意融雪鹽的撒布劑量，并及時(shí)根據(jù)情況進(jìn)行灑水沖洗，沖洗遍數(shù)可以根據(jù)實(shí)際條件調(diào)整。

綜上所述，采用機(jī)械除雪、抑冰路面、無氯融雪鹽、灑水沖洗等措施能夠有效的避免瀝青路面遭受常規(guī)融雪鹽的腐蝕作用。

5 結(jié)論

通過上述研究，本文的主要研究結(jié)論如下：

①融雪鹽溶液濃度越高、浸泡時(shí)間越長(zhǎng)，瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度越小，高溫性能損失越嚴(yán)重；瀝青混合料的最大彎拉應(yīng)變?cè)叫?，低溫性能損失越嚴(yán)重；瀝青混合料的MS’及TS越小，水穩(wěn)定性能損失也越嚴(yán)重；融雪鹽溶液不僅僅在混合料表面，而是可以通過其空隙滲入其內(nèi)部展開腐蝕。

②融雪鹽中的鈉離子所產(chǎn)生的侵蝕飛散作用能夠造成瀝青黏結(jié)性能的失效，且這一作用隨著融雪鹽濃度的提升以及浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)而愈發(fā)顯著。

③采用機(jī)械除雪、抑冰路面、無氯融雪鹽、灑水沖洗等措施能夠有效的避免瀝青路面遭受常規(guī)融雪鹽的腐蝕作用。