緩釋型抗凝冰劑對SMA-8超薄瀝青混合料路用性能影響研究

徐德根，王小虎，臧冬冬，劉 杰

(江蘇創(chuàng)為交通科技發(fā)展有限公司 南京市 211189)

0 引言

我國大多數地區(qū)位于冰雪影響區(qū)，冬季低溫降雪條件下瀝青路面出現凝冰問題是無法避免的，如何解決冬季路面積雪凝冰是當前科研人員面臨的首要問題[1]。冬季積雪結冰路面附著力的大大降低使得車輛行駛的穩(wěn)定性和制動性變差，尤其在瀝青路面上形成“黑冰”現象時，駕駛人員很難及時發(fā)現，嚴重影響了駕駛人員行駛的安全性，從而導致了大量的交通事故[2-3]。為提高瀝青路面的抗凝冰能力，傳統的做法是在路表出現冰雪以后，被動地在路表撒布融雪劑，但是該方法缺乏有效地實施結冰檢測手段，融雪劑的用量較大，往往造成路面的侵蝕與植被死亡等不利后果，并且成本較高[4]。

近年來通過在瀝青混合料中添加緩釋型抗凝冰劑，依靠抗凝冰劑緩慢向路表進行釋放，從而降低路面冰點并起到抗凝冰作用。然而，目前常規(guī)的緩釋型抗凝冰鋪裝結構厚度多為4cm左右，底部抗凝冰劑難以釋放，成本高，采用抗凝冰超薄鋪裝是重要發(fā)展方向。但是，超薄鋪裝對瀝青混合料的性能要求高，而抗凝冰超薄鋪裝路面隨著使用時間的延長，緩釋型抗凝冰劑逐漸從路面中析出，空隙率逐漸變大，會對瀝青混合料的路用性能造成一定影響，一定程度上限制了抗凝冰瀝青路面的應用。因此，采用SMA-8高性能超薄鋪裝材料作為載體，可將鋪裝厚度降低至2.0cm，通過制備不同浸泡時間的混合料試件，明確緩釋型抗凝冰劑析出對瀝青混合料路用性能的影響規(guī)律，對緩釋型抗凝冰鋪裝技術的推廣與應用具有重要的指導意義。

1 原材料與評價方法

1.1 原材料

(1)緩釋型抗凝冰劑

緩釋型抗凝冰材料由江蘇創(chuàng)為交通科技有限公司生產，其粒徑與礦粉相似，可以替代礦粉使用，其技術指標見表1。

表1 緩釋型抗凝冰劑材料技術指標

(2)高性能超薄鋪裝添加劑

高性能超薄鋪裝添加劑由江蘇創(chuàng)為交通科技有限公司生產，具有高溫抗車轍、低溫抗裂、抗水損、易壓實等性能，其技術指標見表2。

表2 高性能超薄鋪裝添加劑技術指標

(3)SBS改性瀝青

SBS改性瀝青為鎮(zhèn)江億虎公司生產的I-D改性瀝青，其性能滿足《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》[5](JTG F40—2004)中的相應要求。

(4)粗集料、細集料、礦粉

粗集料為輝綠巖，來自廣東河源；細集料0～3mm為石灰?guī)r，來自安徽銅陵；礦粉為石灰?guī)r礦粉，來自連云港贛榆。上述各項原材料的技術指標均符合《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》[5](JTG F40—2004)中的相應要求。

1.2 試驗方法

高溫加速浸泡試驗方法：為了加速緩釋型抗凝冰劑的釋放速度，采用加速浸泡方法提高緩釋型抗凝冰劑的析出速度，試驗時將制備的緩釋型抗凝冰SMA-8混合料浸入水溫60℃的水浴箱中，并且每天更換一次水，以加速抗凝冰劑的釋放速率，制備不同浸泡時間的混合料試件。按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》[6](JTG E20—2011)中規(guī)定的試驗方法進行水穩(wěn)定性、高溫抗車轍性能、低溫小梁彎曲應變、飛散損失、四點彎曲疲勞試驗。

2 緩釋型抗凝冰SMA-8超薄鋪裝混合料配合比

緩釋型抗凝冰SMA-8混合料采用5～8mm、3～5mm輝綠巖、0～3mm石灰?guī)r、礦粉。設計抗凝冰SMA-8混合料級配為如圖1，測試VCADRC=41.8%?？鼓鶆┌凑盏润w積替代礦粉，其摻量為5%，礦粉摻量為3%，油石比為6.8%，高性能超薄鋪裝添加劑的摻量為0.6%。設計級配的體積指標：空隙率為3.6%，VMA=17.9%，VCAmix=38.2%，見表3。

圖1 緩釋型抗凝冰SMA-8混合料級配曲線

表3 緩釋型抗凝冰SMA-8瀝青混合料試驗結果

3 緩釋型抗凝冰SMA-8超薄鋪裝混合料長期路用性能

3.1 水穩(wěn)定性能

為了分析緩釋型抗凝冰劑的析出對混合料水穩(wěn)定性能的影響程度，對浸泡不同時間后的抗凝冰SMA-8混合料試件，進行浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗，測試結果見圖2。從圖2中可看出：抗凝冰SMA-8混合料的水穩(wěn)定性隨浸泡時間的延長而呈現下降的趨勢。浸泡0d，混合料的殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂殘留強度比(TSR)分別為91.3%和86.8%。浸泡時間在6d以內時，混合料的水穩(wěn)定性能(馬歇爾殘留穩(wěn)定度為86.5%，TSR值為80.2%)滿足技術規(guī)范的需求，但是隨著浸泡時間的增加，水穩(wěn)定性能持續(xù)下降，當達到9d時，混合料的馬歇爾殘留穩(wěn)定度為85.1%，TSR值為79.0%(低于規(guī)范要求>80%)。當達到12d，混合料的馬歇爾殘留穩(wěn)定度為83.8%，TSR值為78.8%(均低于規(guī)范要求殘留穩(wěn)定度>85%，凍融劈裂殘留強度比>80%的要求)。因此，緩釋型抗凝冰的析出對SMA-8瀝青混合料的抗水損影響較大。

圖2 不同浸泡時間緩釋型抗凝冰SMA-8混合料水穩(wěn)定性能

3.2 抗飛散性能

為了預防和阻止松散脫落，對浸泡不同時間后的抗凝冰SMA-8混合料試件，進行標準飛散試驗。試驗溫度為20℃±0.5℃。測試不同浸泡時間抗凝冰SMA-8混合料飛散損失率結果見圖3。從圖3可知：未浸泡試件飛散損失率為4.2%，浸泡12d，飛散損失增加到11.2%，是未浸泡混合料的2.7倍。隨著浸泡時間的延長，混合料的飛散損失逐漸增大，抗飛散性能下降。而這表明隨著緩釋型抗凝冰劑的析出，引起瀝青膠結料發(fā)生變化，導致集料與集料之間粘結力逐漸降低，路面的抗飛散性能下降，路表的集料容易脫落而散失，形成松散破壞。

圖3 不同浸泡時間緩釋型抗凝冰SMA-8混合料飛散損失率

3.3 高溫抗車轍性能

為評價混合料高溫抗車轍性能隨著抗凝冰劑釋放的變化規(guī)律，采用車轍試驗并以動穩(wěn)定度為指標，評價了不同浸泡時間下混合料的抗車轍性能，試驗結果見圖4。從試驗結果可看出：雖然隨著浸水時間的延長，混合料的高溫穩(wěn)定性呈下降趨勢，但其降低幅度并不大，且浸泡12d后，瀝青混合料的動穩(wěn)定度可達到6656次/mm，遠高于規(guī)范要求的大于3000次/mm，高溫抗車轍性能優(yōu)異?？紤]到實際路面使用中，隨著使用時間的延長，瀝青混合料會出現一定程度的老化現象，使混合料的高溫穩(wěn)定性得以提高，因此，緩釋型抗凝冰劑對SMA-8混合料高溫穩(wěn)定性的影響較小。

圖4 不同浸泡時間緩釋型抗凝冰SMA-8混合料60℃動穩(wěn)定度

3.4 低溫抗裂性能

為評價混合料低溫抗裂性能在抗凝冰劑釋放過程中的變化規(guī)律，采用-10℃低溫小梁彎曲試驗，以彎曲破壞應變?yōu)樵u價指標，評價了不同浸泡時間下緩釋型抗凝冰SMA-8混合料的低溫抗裂性能，試驗結果如圖5所示。從-10℃低溫小梁彎曲試驗結果可看出，混合料的低溫破壞應變隨著浸泡時間的延長而緩慢降低。當浸水12d后，彎曲破壞應變?yōu)?175με，下降幅度大約為 660με，但仍可滿足冬嚴寒區(qū)大于3000με的規(guī)范要求，表明緩釋型抗凝冰劑的析出雖然會對緩釋型融冰雪瀝青混合料的路用性能造成一定的影響，使路用性能降低，但仍能保證路面的功能要求。

圖5 不同浸泡時間緩釋型抗凝冰SMA-8混合料低溫彎曲破壞應變

3.5 疲勞性能

為評價混合料長期疲勞性能在抗凝冰劑釋放過程中的變化規(guī)律，采用應變控制的四點彎曲疲勞試驗。試驗溫度為 15℃，加荷頻率是10Hz，應變水平控制為1000με，測試瀝青混合料的疲勞壽命見圖6。從結果可看出：隨著緩釋型抗凝冰劑的析出，瀝青混合料的疲勞壽命逐漸減小。在浸泡前6d，疲勞壽命下降速度較快，6d的疲勞壽命為416395次，是未浸泡的79.5%，下降幅度達20.5%。而6～12d，疲勞壽命下降趨緩，浸泡12d的疲勞壽命為375563次，是未浸泡的71.7%，與浸泡6d相比，下降幅度僅為7.8%。但是，由于采用了高性能超薄鋪裝添加劑，通過與SBS改性瀝青復合，使得抗凝冰SMA-8混合料疲勞壽命均大于30萬次，抗疲勞性能較好。

圖6 不同浸泡時間緩釋型抗凝冰SMA-8混合料疲勞壽命

4 結論

(1)從高溫抗車轍、低溫抗裂性能及疲勞壽命結果看：隨著浸泡天數的增加，緩釋型抗凝冰SMA-8混合料的高溫性能、低溫性能、疲勞性能都呈一定的下降趨勢，但是，浸泡12d后混合料的60℃動穩(wěn)定度為6656次/mm，低溫彎曲破壞應變?yōu)?175με，疲勞壽命為375563次，仍然均有較好的高溫抗車轍性能、低溫抗裂性能和抗疲勞開裂性能。

(2)從水穩(wěn)定性能結果看：隨著浸泡天數的增加，緩釋型抗凝冰SMA-8混合料的水穩(wěn)定性呈現下降趨勢。浸泡12d后混合料的浸水殘留穩(wěn)定度和TSR值均不能滿足規(guī)范要求。

(3)從抗飛散性能結果看：隨著浸泡時間的延長，混合料的飛散損失逐漸增大，抗飛散性能下降。浸泡12d后混合料的飛散損失為11.2%，是未浸泡混合料的2.7倍。