沿海公路瀝青混合料性能改善探究

孫淑梅

（煙臺(tái)市萊山公路建養(yǎng)護(hù)中心，山東 煙臺(tái) 264003）

一、引言

我國(guó)海岸線綿長(zhǎng)，沿海公路里程逐年增長(zhǎng)。瀝青路面作為高等級(jí)路面的重要形式，在沿海公路中占比巨大。由于海水鹽霧侵蝕，沿海地區(qū)瀝青路面早期破壞嚴(yán)重，且冬季低溫冰凍和冷暖交替加劇了沿海地區(qū)瀝青路面病害蔓延，影響路用性能。沿海地區(qū)瀝青路面承受著氯鹽侵蝕、干濕循環(huán)和凍融循環(huán)等因素的綜合作用，需探明此綜合作用下瀝青混合料的路用性能，提出必要的性能改善措施減少路面病害。

本文選取具有代表性的瀝青混合料材料，通過氯鹽侵蝕、干濕循環(huán)及凍融循環(huán)作用，探究濕鹽-凍融環(huán)境對(duì)瀝青混合料性能影響，包括高溫性能、低溫抗裂性能和水穩(wěn)定性能，并探討玄武巖纖維對(duì)濕鹽-凍融環(huán)境下瀝青混合料性能的改善效果。

二、材料

試驗(yàn)選用常見的70#基質(zhì)瀝青；集料選用抗剝落能力和抗腐蝕能力較好的石灰?guī)r集料，其性能滿足《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20-2011）和《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E42-2005）性能指標(biāo)要求；瀝青混合料最佳油石比根據(jù)馬歇爾試驗(yàn)確定；級(jí)配類型選用具有代表性的AC-13型級(jí)配；性能改善階段使用抗拉強(qiáng)度和彈性模量較高的玄武巖纖維。

三、濕鹽-凍融環(huán)境對(duì)瀝青混合料性能的影響

沿海地區(qū)瀝青路面主要受氯鹽侵蝕、干濕循環(huán)及凍融循環(huán)作用，必須探明這些影響因素對(duì)普通瀝青混合料性能的影響，包括高溫性能、低溫抗裂性能及水穩(wěn)性能。采用NaCl溶液浸泡24h模擬氯鹽侵蝕，采用浸泡與烘箱烘干結(jié)合的方法模擬干濕循環(huán)，采用高低溫試驗(yàn)箱模擬凍融循環(huán)。

（一）高溫性能影響

瀝青混合料高溫性能采用車轍試驗(yàn)評(píng)價(jià)，試驗(yàn)溫度為60℃，干濕循環(huán)12次。測(cè)試普通瀝青混合料和被氯鹽侵蝕的瀝青混合料在干濕循環(huán)作用下的高溫性能。

試驗(yàn)結(jié)果顯示：與常規(guī)環(huán)境瀝青混合料相比，氯鹽侵蝕后瀝青混合料的車轍深度提高17.6%，動(dòng)穩(wěn)定度降低5.1%，氯鹽侵蝕降低了瀝青混合料的高溫性能。分析原因?yàn)椋河捎谇秩霝r青混合料內(nèi)部的溶液在高溫環(huán)境下水分蒸發(fā)，殘留的鹽晶體破壞了試件中原有空隙與瀝青混合料之間的平衡，促使瀝青混合料結(jié)構(gòu)破壞，進(jìn)而導(dǎo)致其強(qiáng)度降低。

（二）低溫抗裂性能影響

瀝青混合料低溫抗裂性能采用低溫彎曲試驗(yàn)評(píng)價(jià)，試件為250mm×30mm×35mm的小梁試件。試件制作完成后放入高低溫試驗(yàn)箱中開展凍融循環(huán)，試驗(yàn)溫度為-15℃和25℃，間隔12h，凍融循環(huán)16次，每組6個(gè)試件。隨后測(cè)試普通瀝青混合料和被氯鹽侵蝕的瀝青混合料在凍融循環(huán)作用下的低溫抗裂性能，包括極限抗拉強(qiáng)度和最大彎拉應(yīng)變。

試驗(yàn)結(jié)果顯示：凍融循環(huán)作用下被氯鹽侵蝕的瀝青混合料的極限抗拉強(qiáng)度降低明顯。其中，普通瀝青混合料的極限抗拉強(qiáng)度為6.91MPa，被氯鹽侵蝕的瀝青混合料的極限抗拉強(qiáng)度降低了17.4%。同時(shí)，被氯鹽侵蝕的瀝青混合料的最大彎拉應(yīng)變降低也十分明顯。與普通瀝青混合料相比，其最大彎拉應(yīng)變降低了2400（36.3%）。分析原因?yàn)椋郝塞}侵蝕導(dǎo)致瀝青混合料內(nèi)部空隙被鹽分侵入，加之凍融循環(huán)的作用，內(nèi)部瀝青加速老化，其與骨料之間的黏結(jié)力顯著降低，進(jìn)而導(dǎo)致其強(qiáng)度降低。

以上結(jié)果均表明：氯鹽侵蝕和凍融循環(huán)嚴(yán)重影響了瀝青混合料的低溫抗裂性能，亟待提出相應(yīng)的瀝青混合料性能改善措施。

（三）水穩(wěn)定性影響

選用凍融劈裂試驗(yàn)探究氯鹽侵蝕、干濕循環(huán)及凍融循環(huán)作用下瀝青混合料的水穩(wěn)定性。氯鹽侵蝕后，測(cè)試干濕循環(huán)、凍融循環(huán)綜合作用下瀝青混合料與普通瀝青混合料的劈裂強(qiáng)度比值。每組6個(gè)試件，試驗(yàn)結(jié)果經(jīng)過數(shù)據(jù)分析軟件處理。

試驗(yàn)結(jié)果顯示：與普通瀝青混合料相比，氯鹽侵蝕后在干濕循環(huán)和凍融循環(huán)綜合作用下瀝青混合料的劈裂強(qiáng)度顯著降低，最大降幅為14.74%。分析原因?yàn)椋涸诟蓾裱h(huán)和凍融循環(huán)綜合作用下，承受氯鹽侵蝕的瀝青混合料內(nèi)部出現(xiàn)鹽分結(jié)晶膨脹后融化和水分結(jié)冰膨脹后融化兩種破壞作用。

為探明此兩種破壞作用的影響程度，通過測(cè)試氯鹽溶液的體積膨脹率評(píng)價(jià)瀝青混合料的水損害，通過體積膨脹試驗(yàn)測(cè)試量筒內(nèi)氯鹽溶液的體積變化量。為直觀表現(xiàn)鹽分結(jié)晶和水分結(jié)冰兩種行為的膨脹程度，選用清水和氯鹽溶液兩種材料。

試驗(yàn)結(jié)果顯示：清水前期膨脹明顯、后期逐漸趨于恒定，但隨著時(shí)間推移，氯鹽溶液的體積膨脹率逐漸超過清水，達(dá)到15%；從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，鹽分結(jié)晶膨脹對(duì)瀝青混合料水損害的影響程度高于水分結(jié)冰。試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了上述劈裂強(qiáng)度存在差異的原因。結(jié)果表明，鹽分濃度的增加將導(dǎo)致更為嚴(yán)重的瀝青混合料水損害。

綜上所述，沿海公路瀝青混合料水損害的原因?yàn)椋涸诼塞}侵蝕、干濕循環(huán)及凍融循環(huán)綜合作用下，氯鹽和水分頻繁出入瀝青混合料內(nèi)部，瀝青與集料之間的黏附性降低，同時(shí)氯鹽和水分頻繁凍融，加速降低瀝青與集料之間的黏附性。兩者綜合作用導(dǎo)致瀝青混合料內(nèi)部空隙逐漸演變?yōu)槲⒘芽p，在車輛荷載作用下演變?yōu)楦鼮閲?yán)重的路面病害，因此需針對(duì)這一現(xiàn)象提出相應(yīng)的改善措施。

四、瀝青混合料性能劣化改善探究

由于玄武巖纖維與瀝青具有良好的表面親和力，其在改善瀝青混合料路用性能方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。本文通過添加玄武巖纖維提高沿海公路瀝青混合料的路用性能，通過相關(guān)調(diào)查，選定玄武巖纖維摻量為0.3%。由于沿海地區(qū)瀝青路面主要受氯鹽侵蝕和凍融循環(huán)作用，探究瀝青混合料性能劣化改善時(shí)主要研究其對(duì)低溫抗裂性能和水穩(wěn)定性的改善。

（一）低溫抗裂性能改善

纖維-瀝青混合料的低溫抗裂性能與普通瀝青混合料采用相同試驗(yàn)方法。試驗(yàn)結(jié)果顯示：與被氯鹽侵蝕的普通瀝青混合料相比，纖維-瀝青混合料的極限抗拉強(qiáng)度和最大彎拉應(yīng)變分別提升6.32%和23.9%，表明玄武巖纖維的摻入有利于改善氯鹽侵蝕和凍融循環(huán)作用的瀝青混合料低溫抗裂性能。分析原因?yàn)椋盒鋷r纖維增加了瀝青與集料之間的黏附性，同時(shí)減弱了瀝青混合料微裂縫的擴(kuò)展力，減少了瀝青混合料裂縫產(chǎn)生。

（二）水穩(wěn)定性改善

纖維-瀝青混合料的水穩(wěn)定性亦采用與普通瀝青混合料相同的試驗(yàn)方法。試驗(yàn)結(jié)果顯示：與被氯鹽侵蝕的普通瀝青混合料相比，纖維-瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度提升20.7%，表明玄武巖纖維的摻入有利于改善氯鹽侵蝕、干濕循環(huán)及凍融循環(huán)綜合作用下瀝青混合料的水穩(wěn)定性。試驗(yàn)結(jié)果同樣表明玄武巖纖維顯著改善了濕鹽-凍融作用下瀝青混合料的性能。

綜上所述，建議采用玄武巖纖維增強(qiáng)沿海地區(qū)濕鹽-凍融作用下瀝青混合料的路用性能。

五、結(jié)語

本文針對(duì)沿海地區(qū)在氯鹽侵蝕、干濕循環(huán)及凍融循環(huán)綜合作用下出現(xiàn)的瀝青路面病害，探究了濕鹽-凍融環(huán)境對(duì)瀝青混合料高溫性能、低溫抗裂性能及水穩(wěn)定性的影響；摻入玄武巖纖維改善沿海公路瀝青混合料路用性能，試驗(yàn)結(jié)果表明玄武巖纖維增加了瀝青與集料之間的黏附性，改善了瀝青混合料的水穩(wěn)定性；最后建議采用玄武巖纖維增強(qiáng)沿海地區(qū)濕鹽-凍融作用下瀝青混合料的路用性能。