復(fù)合型蓄鹽瀝青混合料的抑冰與抗滑性能

王永鋒，王立志

（陜西省交通建設(shè)集團(tuán)公司咸旬分公司，陜西 西安 710075）

0 引 言

中國(guó)大部分地區(qū)公路在低溫條件下受冰雪影響較大。路面積雪不僅會(huì)導(dǎo)致路面功能性損壞，而且嚴(yán)重威脅車輛行車安全［1－3］，因此如何提高路面的抗滑能力與抑冰性能成為亟待解決的問題。相關(guān)學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了研究：張麗娟等分析鹽化物融冰雪材料對(duì)瀝青混合料路用性能的影響，結(jié)果表明鹽化物瀝青混合料的路用性能在一定條件下可以滿足規(guī)范要求；李潔等研究了橡膠顆粒除冰雪瀝青路面的耐久性［4］；高峰等分析了融雪劑的加入對(duì)瀝青性能的影響，結(jié)果表明融雪劑可以提高瀝青的感溫性，但其抗老化性能顯著減低［5－6］；郭平等研究了融雪劑對(duì)瀝青混合料低溫性能的影響，發(fā)現(xiàn)經(jīng)融雪劑作用后的小梁試件低溫抗彎拉強(qiáng)度與瀝青5℃延度及當(dāng)量脆點(diǎn)具有較好的線性關(guān)系［7］；張小龍等分析了融雪抑冰材料的性能，結(jié)果表明，融雪劑在融雪的同時(shí)也對(duì)交通基礎(chǔ)與環(huán)境造成了極大的危害，且低溫條件下氯鹽的融雪化冰效果不佳［8］。

有關(guān)研究表明，雨雪天氣時(shí)路面覆蓋一層薄雪，在瀝青混合料中加入復(fù)合型鹽化物，通過車輛的碾壓、搓揉，會(huì)有少量的水分進(jìn)入路面空隙，路面結(jié)構(gòu)中的復(fù)合型鹽化物開始發(fā)揮作用，復(fù)合型鹽化物溶液會(huì)在瀝青路面表層形成一層薄膜，使得冰雪和路面表面不能緊密連接，抑制了路面過早結(jié)冰，起到了除冰消雪作用［9－10］。當(dāng)雨雪過后，復(fù)合型鹽化物溶液會(huì)慢慢蒸發(fā)，鹽化物顆粒繼續(xù)存在于瀝青路面之中。因此，本研究使用復(fù)合型鹽化物并分析其抑冰性能，研究復(fù)合型鹽化物對(duì)瀝青混合料高溫穩(wěn)定性與抗滑性能的影響。

1 試驗(yàn)材料

采用SBS改性瀝青，具體技術(shù)指標(biāo)測(cè)試結(jié)果見表1。由表1可知，所采用的瀝青均符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）中對(duì)聚合物改性瀝青的要求。

表1 SBS改性瀝青技術(shù)指標(biāo)測(cè)試結(jié)果

粗集料為玄武巖，細(xì)集料為石灰?guī)r，采用堅(jiān)硬、潔凈、干燥、無風(fēng)化、無雜質(zhì)并有適當(dāng)級(jí)配的機(jī)制砂，礦粉為合成石灰?guī)r礦粉。

復(fù)合型鹽化物的物理性質(zhì)與化學(xué)性質(zhì)見表2。

表2 復(fù)合型鹽化物物理性質(zhì)與化學(xué)性質(zhì)

2 瀝青路面融冰條件的確定

采用車轍試驗(yàn)儀對(duì)比評(píng)價(jià)摻與未摻復(fù)合型鹽化物瀝青混合料的抑制冰雪效果，在荷載作用時(shí)間、荷載大小、溫度一定的條件下，對(duì)試驗(yàn)對(duì)象表面的冰雪情況進(jìn)行定性觀察描述，通過冰雪形狀的不同區(qū)分鹽化物主動(dòng)抑制冰雪路面的除冰消雪的效果，定性評(píng)估等級(jí)見表3。

表3 抑制冰雪成效評(píng)估

2.1 復(fù)合型鹽化物最佳摻量的確定

對(duì)摻與未摻復(fù)合型鹽化物瀝青混合料車轍板進(jìn)行除冰試驗(yàn)，冰膜厚度約為5mm，溫度為－10℃。其中，復(fù)合型鹽化物的摻量分別為5%、10%和15%。試驗(yàn)結(jié)果見圖1。

圖1 摻與未摻復(fù)合型鹽化物的瀝青混合料抑冰效果

由圖1可知：基質(zhì)瀝青混合料在外部荷載的作用下，試件表面的冰膜基本沒有變化，只在車輪碾壓周圍出現(xiàn)少量水分；復(fù)合型鹽化物摻量為5%時(shí)，試件表面的冰膜有大量水分出現(xiàn)；復(fù)合型鹽化物摻量為10%時(shí)，試件表面的冰膜完全融化；當(dāng)復(fù)合型鹽化物摻量為15%時(shí)，試件表面基本全為水分，這雖然有利于抑冰，但不利于瀝青混合料的其他路用性能。在外部荷載作用下，試件表面的水分隨著復(fù)合型鹽化物的增多而增多。復(fù)合型鹽化物摻量對(duì)瀝青混合料的抑冰效果影響顯著，且復(fù)合型鹽化物摻量越大，瀝青混合料面層的抑冰效果越好。

2.2 冰層厚度對(duì)復(fù)合型鹽化物抑冰效果的影響

為研究冰層厚度對(duì)復(fù)合型鹽化物抑冰效果的影響，分別選取2、5、10mm的冰膜厚度進(jìn)行抑冰試驗(yàn)。其中，試驗(yàn)溫度為－10℃，復(fù)合型鹽化物的摻量為10%，試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖2 摻加復(fù)合型鹽化物的瀝青混合料在不同冰膜厚度下的抑冰效果

由圖2可知：冰膜厚度越小，試件表面的冰層融化越快，且車輪行走次數(shù)越多，冰層融化越完全。在車輪行走次數(shù)一定的條件下，冰層厚度大于5mm時(shí)，冰層的融化呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)；當(dāng)冰層厚度超過10mm時(shí)，冰層表面只有少量的水出現(xiàn)，表明此時(shí)融雪瀝青路面已不足以使路面冰層完全融化。冰層厚度對(duì)融雪瀝青混合料路面抑制結(jié)冰效果有較大的影響：冰層越厚，抑制冰雪效果越弱；當(dāng)冰層厚度超過10mm時(shí)，融雪瀝青路面的抑制結(jié)冰效果基本喪失。

綜上所述，考慮路面融雪性能及路用性能，確定復(fù)合型鹽化物摻量為10%，且在路面冰層小于5 mm時(shí)有較好效果。

3 復(fù)合型鹽化物瀝青混合料路用性能

3.1 高溫穩(wěn)定性

對(duì)于摻與未摻復(fù)合型鹽化物的瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，本文采用《公路工程瀝青與瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）中的車轍試驗(yàn)，以動(dòng)穩(wěn)定度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

由圖3可知，復(fù)合型鹽化物的摻入對(duì)瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性有顯著影響，摻量越大，高溫穩(wěn)定性越低。這主要是因?yàn)?，?fù)合型鹽化物中含有機(jī)鹽成分，瀝青會(huì)黏結(jié)在這些鹽分顆粒的表面，使得瀝青混合料中的結(jié)構(gòu)瀝青含量增加，導(dǎo)致其抗車轍能力增強(qiáng)。當(dāng)復(fù)合型鹽化物含量繼續(xù)增加時(shí)，沒有足夠的瀝青黏結(jié)在鹽分顆粒表面，導(dǎo)致動(dòng)穩(wěn)定度略微下降。

圖3 復(fù)合型鹽化物瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度

3.2 抗滑性

對(duì)于摻入復(fù)合型鹽化物的瀝青混合料的抗滑性能，本研究通過擺式摩擦系數(shù)測(cè)定儀進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)溫度為－15℃～60℃，試驗(yàn)結(jié)果見圖4。

圖4 復(fù)合型鹽化物瀝青混合料路面擺值

由圖4可知：在－15℃～60℃時(shí)，摻入復(fù)合型鹽化物瀝青混合料路面的擺值均大于基質(zhì)瀝青混合料路面，當(dāng)溫度在－15℃～25℃變化時(shí)，2種路面的抗滑性能均隨著溫度的升高而增強(qiáng)，且復(fù)合型鹽化物瀝青混合料路面的擺值均大于基質(zhì)瀝青混合料路面；當(dāng)溫度超過25℃時(shí)，摻與未摻復(fù)合型鹽化物瀝青混合料路面的抗滑性能均有所下降。摻入復(fù)合型鹽化物瀝青混合料路面抗滑性之所以大于基質(zhì)瀝青混合料路面，主要是由于復(fù)合型鹽化物瀝青混合料路面存在一些細(xì)顆粒的融雪鹽，相對(duì)于基質(zhì)瀝青混合料路面而言，復(fù)合型鹽化物瀝青混合料路面的細(xì)構(gòu)造有所增加，所以抗滑性能增強(qiáng)。當(dāng)溫度在25℃時(shí)，基質(zhì)瀝青混合料路面和復(fù)合型鹽化物瀝青混合料路面抗滑性最好，這是因?yàn)槁访娴拇謽?gòu)造對(duì)抗滑性起到主要作用。當(dāng)溫度在0℃～15℃變化時(shí)，路面抗滑性能有所下降，這主要是由于路面有一層冰膜，但是復(fù)合型鹽化物瀝青混合料路面抗滑性要優(yōu)于基質(zhì)瀝青混合料路面。當(dāng)溫度在25℃～60℃變化時(shí)，復(fù)合型鹽化物瀝青混合料路面與基質(zhì)瀝青混合料路面的抗滑性能都有所下降，這是由于當(dāng)溫度升高時(shí)，路面表層有一層油膜，導(dǎo)致路面黏附性下降。

4 結(jié) 語(yǔ)

（1）外摻法成型的融雪鹽化物瀝青混合料復(fù)合型融雪劑最佳摻量為10%，路面冰層應(yīng)小于5mm。

（2）復(fù)合型鹽化物的摻入對(duì)瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性有顯著影響，且摻量越大，高溫穩(wěn)定性越低。

（3）摻加復(fù)合型鹽化物的瀝青混合料路面的抗滑性能明顯優(yōu)于基質(zhì)瀝青混合料，且兩者的抗滑性能均隨溫度的升高先增加后降低，在25℃時(shí)達(dá)到最佳。