新型除冰鹽對瀝青及瀝青混合料的侵蝕試驗研究

肖慶一，白錫慶，胡海學，侯子義

（1.河北工業大學土木工程學院，天津 300401；2.天津大學建筑工程學院，天津 300072）

0 引言

1 原材料及混合料配合比設計

1.1 除冰鹽溶液

新型除冰鹽主要是堿金屬甲酸鹽或乙酸鹽，Tongyan Pan等通過室內試驗對瀝青受除冰鹽溶液的侵蝕破壞進行了模擬[3]，試驗采用不同濃度的乙酸鈉、氯化鈉、氫氧化鈉、醋酸鈣鎂溶液進行水煮試驗以及瀝青侵蝕乳化試驗，結果表明除冰鹽中的CH3COO-陰離子對侵蝕破壞起決定性作用，而陽離子影響較小。故本研究采用乙酸鈉為主要除冰化學劑。

1.2 瀝青結合料

本研究中采用的基質瀝青為A級70號瀝青，改性瀝青采用SBS劑量4.5%，按照JTJ052—2000《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》[4]中試驗方法對其測試，其主要技術指標如表1所示。

表1 瀝青結合料主要技術指標

表1的檢測結果表明，基質瀝青及SBS改性瀝青的主要技術指標均滿足JTG F40—2004《瀝青路面施工技術規范》[5]的要求。

1.3 瀝青混合料配合比設計

采用試算法確定AC-16瀝青混合料用礦質集料的配合比，合成級配范圍通過量采用《瀝青路面施工技術規范》中所推薦的AC-16 C型范圍，合成級配結果為10～20mm碎石：5～10mm碎石∶石屑∶礦粉為26.5%∶25%∶45%∶3.5%。

通過試驗最終確定瀝青混合料最佳油石比為4.2%。本研究中試驗所用基質瀝青混合料試件的油石比以最佳油石比為中值，按間隔0.3%等間距左右擴展，即取3.9%、4.2%、4.5%三個值作為對比進行分析。改性瀝青混合料試件的最佳油石比取4.2%，其確定過程與基質瀝青相同。

2 試驗方案

模擬瀝青及瀝青混合料受除冰鹽侵蝕環境條件，通過常規試驗研究，評價瀝青、瀝青-礦料界面及混合料在不同除冰鹽濃度、不同侵蝕時間條件下的性能變化，具體試驗方案如下：

1)將瀝青加熱熔融，在不銹鋼平盤中形成3mm的瀝青膜，浸泡在乙酸鈉溶液中待用；參考有關研究成果[6]，兼顧實際使用中除冰鹽溶液的濃度變化的實際情況，乙酸鈉溶液取0%（水）、2%、4%、6%、8%五種濃度，浸泡時間分別為短期2周、長期6個月，測定在溶液濃度及侵蝕時間兩個因素相互作用下瀝青的三大指標及瀝青動力黏度變化。

2）選用甲酸鉀、甲酸鈉、乙酸鉀、乙酸鈉、尿素五種除冰鹽，為了在較短的時間內加速瀝青膜的剝落，分別配制成濃度為10%、20%、30%的溶液，采用水煮法觀察分析除冰鹽作用下集料表面瀝青膜的裹覆情況，估計瀝青膜的剝落程度，從而判斷除冰鹽對瀝青-礦料界面侵蝕情況。

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3）新型除冰鹽侵蝕瀝青路面通常是在高溫條件下發生而非凍融循環產生，例如在夏季或重鋪罩面后發生，而60℃恰好處于夏季路面的高溫條件，故將試件浸泡在60℃除冰鹽溶液中7 d以模擬瀝青路面受除冰鹽侵蝕環境[6]。試件制作采用擊實成型法，基質瀝青油石比為3.9%、4.2%、4.5%，改性瀝青油石比為4.2%；乙酸鈉溶液濃度為0%（水）、2%、4%、6%、8%。分析在溶液濃度、瀝青混合料油石比、瀝青結合料三個因素相互作用下試件受除冰鹽溶液侵蝕后的劈裂抗拉強度。

3 試驗結果及分析

3.1 瀝青受除冰鹽侵蝕后性能變化

瀝青經不同濃度的乙酸鈉溶液浸泡后，三大指標試驗結果如表2所示：

表2 瀝青三大指標試驗結果

由表2可知，瀝青隨著除冰鹽溶液濃度增加，針入度值逐漸增大，軟化點則呈現降低趨勢，而瀝青的延度受除冰鹽溶液濃度的影響規律不是很明顯；對比經過不同浸泡時間的瀝青三大指標試驗結果可知，相同溶液濃度下，浸泡時間越長，針入度值越大，軟化點越低，而延度也明顯受到除冰鹽的影響，瀝青絲拉伸長度大部分未達到150 cm即出現斷裂。說明在除冰鹽侵蝕作用下，瀝青發生軟化現象，且除冰鹽濃度越高，作用時間越長，現象越明顯。

采用真空減壓毛細管法測定瀝青受不同濃度除冰鹽侵蝕6個月后動力黏度變化，并將其與相應的瀝青針入度、軟化點綜合分析，結果如圖1、圖2所示。

由圖1、圖2可知，隨著溶液濃度的增加，瀝青的60℃動力黏度呈減小趨勢，說明除冰鹽的侵蝕作用對瀝青的性能造成影響，瀝青黏度變小，在相同荷載作用下產生的剪切變形就增大，殘留的永久性塑性變形增大，從而抵抗車轍的本質能力減弱。針入度和軟化點，是典型的條件黏度試驗指標，表現出的規律與動力黏度試驗結果類似，說明條件黏度法試驗可作為判斷除冰鹽侵蝕瀝青結合料的判斷方法，而精度、重復性及物理意義較動力黏度法要低一些。

3.2 除冰鹽對瀝青與集料的黏附性影響

由圖3可知：瀝青膜在5種除冰鹽溶液中的剝落程度以尿素溶液最為嚴重，瀝青膜大部分為水所移動，只有局部保留在礦料顆粒表面，剝落面積百分率約達38%以上，黏附性等級只為2級。乙酸鹽溶液次之，當溶液濃度較低時瀝青膜剝落面積百分率少于30%。甲酸鹽溶液相對稍好，但其黏附性等級也處于2～3級范圍。由試驗結果還可以看出，5種除冰鹽溶液水煮試驗均反映，當溶液濃度越高時，瀝青膜剝落程度越嚴重，30%的尿素溶液中瀝青膜剝落面積約達48%，石料的邊緣棱角處基本無瀝青膜裹覆。

試驗表明，尿素、甲酸鹽、醋酸鹽等會對瀝青-礦料界面產生侵蝕破壞，導致瀝青與集料的黏附性下降，瀝青膜剝落。冬季撒布除冰鹽融冰雪后，部分鹽水沿路表裂縫和孔隙滲入路面結構層內，待到天氣溫度上升，除冰鹽水不斷侵入瀝青與集料之間，對瀝青與集料的黏附力產生很大的影響，加之路面荷載的反復作用，瀝青膜逐漸剝落，隨著時間的增長，瀝青路面出現麻面、混合料松散、坑槽等病害。

3.3 瀝青混合料受除冰鹽侵蝕后強度變化

分析圖4中試驗結果發現：

1）除冰鹽溶液濃度越大，抗拉強度越低，且降低趨勢比較明顯，說明除冰鹽溶液對瀝青混合料的侵蝕作用與溶液濃度影響較大，試件在除冰鹽溶液的浸泡過程中，除冰鹽溶液侵蝕破壞瀝青-礦料界面，降低瀝青與集料的黏附性，加速瀝青薄膜的剝離，同時部分除冰鹽滲透進入瀝青膜內部，導致瀝青黏滯性降低，在這兩方面共同作用下，混合料抗拉強度降低；且隨著溶液濃度的增加，強度降低趨勢顯著；

2）微量改變瀝青混合料的油石比，對劈裂試驗結果的影響并不顯著。這表明微量波動瀝青含量對于提高瀝青混合料抗除冰鹽侵蝕破壞的效果不明顯，說明通過提高瀝青用量、降低孔隙率的方法作為提高瀝青混合料抵抗除冰鹽侵蝕破壞技術手段，效果有待商榷。

3）改性瀝青混合料試件（油石比采用4.2%）經除冰鹽溶液浸泡侵蝕后的抗拉強度測試結果作為對比繪于圖4中，可知改性瀝青試件的劈裂強度值隨溶液濃度的增加而降低，說明除冰鹽對改性瀝青的侵蝕同樣受濃度影響；同時圖中試驗結果顯示改性瀝青試件的劈裂抗拉強度要高于基質瀝青試件，表明SBS改性劑的加入能增強瀝青的黏聚力，改善結合料-礦料界面處黏附性，其抵抗除冰鹽對瀝青混合料的侵蝕能力比基質瀝青效果要好。

4 結語

通過室內試驗模擬瀝青路面受侵蝕環境條件，從不同角度分析瀝青、瀝青-礦料界面及瀝青混合料受除冰鹽侵蝕破壞后性能變化，得出主要結論如下：

1）瀝青結合料在除冰鹽侵蝕作用下，發生軟化現象，且隨著溶液濃度的增加，作用時間增長，現象越明顯；同時采用真空減壓毛細管法測定瀝青的60℃動力黏度，其結果進一步證明了瀝青的軟化現象，且瀝青的黏度下降幅度與溶液的濃度和作用時間有密切的關系。

2）通過水（除冰鹽溶液）煮法試驗可知，甲酸類、醋酸類除冰鹽對瀝青-礦料界面性能影響程度僅次于尿素，黏附性等級只能達到2～3級，難以滿足工程要求；且溶液濃度越高，瀝青膜的剝落越明顯，說明除冰鹽的浸入降低了瀝青與集料的黏附性。

3）瀝青混合料試件經除冰鹽浸泡侵蝕后，劈裂抗拉強度出現不同程度的降低，降低趨勢隨溶液濃度的增加而顯著；通過對比改性瀝青混合料試件試驗結果，發現同樣試驗條件、試件成型技術下改性瀝青試件劈裂強度略高于基質瀝青試件，可知改性瀝青在抵抗除冰鹽的侵蝕方面要優于基質瀝青。

4）試驗研究從瀝青、瀝青-礦料界面以及混合料三個角度分析了新型除冰鹽的侵蝕破壞規律，研究結果表明：新型除冰鹽侵蝕破壞瀝青路面形式是一種復合破壞模式，包含多種破壞形式：不但具有與傳統水損害類似的破壞性類似的形式，而且具有與高溫車轍病害類似的形式；瀝青的軟化、瀝青-礦料界面侵蝕破壞以及混合料強度的降低與除冰鹽溶液的濃度和作用時間表現出明顯的規律性；SBS改性瀝青對于抵抗新型除冰鹽的侵蝕破壞具有良好的效果，但還需要進一步驗證。

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