鹽分對瀝青混凝土粗細離析狀態下路用性能的影響

趙軍，趙青(安陽工學院土木與建筑工程學院，河南安陽455000)*

鹽分對瀝青混凝土粗細離析狀態下路用性能的影響

趙軍，趙青
(安陽工學院土木與建筑工程學院，河南安陽455000)*

通過室內模擬沿海地區在含鹽氣候條件下瀝青混凝土級配離析時對其路用性能產生的影響，制備馬歇爾試件，對鹽水浸泡后的試件進行了高溫抗車轍試驗、小梁彎曲試驗和浸水馬歇爾試驗，試驗結果表明:粗集料離析部位的低溫抗裂性以及抗水損害性能均有較大程度的下降，而細集料離析部位的抗車轍性能較差;細集料離析狀態下的混凝土其抵抗鹽分侵蝕的能力較強，但鑒于其車轍動穩定度太差，在施工中仍然要注意避免細集料離析狀態的發生;粗集料離析部位的低溫抗裂性以及抗水損害性能均較差，其抵抗鹽分侵蝕的能力也較差，在混凝土施工中尤其要注意避免粗集料離析現象的發生.

鹽分;瀝青混凝土;級配離析;路用性能

0 引言

混凝土的離析是在施工過程中經常會發生的一種影響路面使用性能的主要原因之一.其中最主要的離析包括級配離析以及溫度離析兩種，溫度離析本質上也是影響了路面壓實完后的空隙率，對此暫不研究［1］.沿海地區的瀝青混凝土路面經常遭受含鹽高濕氣候的影響，尤其是對于路面離析部分，海水中的鹽分更容易侵入，進而會影響到瀝青混凝土路面的耐久性［2］.為了研究鹽分對離析混凝土路面的影響，室內分別模擬了SBS改性瀝青AC－13混凝土的兩種粗、細離析狀態，并對粗細離析下的混凝土施加了室內鹽分的模擬，以研究離析狀態下的混凝土對鹽分影響下的反應，為以后沿海地區鋪筑瀝青混凝土路面因鹽分加速離析破壞提供理論依據，并在建設和養護過程中采取針對性的對策具有現實的意義.

1 室內混凝土粗細級配狀態的模擬

AC-13型瀝青混凝土所采用四檔玄武巖原材料均產自鎮江茅迪礦，礦粉產自浙江湖州，級配設計結果如表1所示［3］，各種材料的比例如下:1#∶2# ∶3#∶4#:礦粉為26∶31∶5∶36∶2.設計兩種粗細離析狀態下的合成級配，其用料比例以及級配合成情況見表2、3所示，三種級配曲線圖如圖1所示.

表1 AC-13混凝土設計級配

表2 三種級配的礦料比例 %

表3 三種礦料的合成級配通過率

圖1 粗細離析狀態下三種級配對比曲線

為增強對三種級配混凝土條件下的感官認識，按照上述三種級配類型來配制混凝土，不摻加瀝青膠結料，將礦質混凝土均勻地平鋪在地面上，攤成圓餅狀，厚度約4 cm以模擬瀝青路面上面層.三種級配的路表面特性如圖2所示.

分析圖2可知，粗集料離析(級配1)時混凝土表面粗集料過多，幾乎看不到細集料，此時礦質混凝土的空隙率就會很大.而正常級配的混凝土(級配2)結構外觀看上去即非常密實，未離析時的礦質混凝土基本上達到了最好的表面狀態，即粗細集料比例適中.而當發生細集料離析(級配3)時，表現為表面細集料過多，表明幾乎看不到粗骨料顆粒，此時粗集料無法形成骨架，集料之間的摩阻力下降［4］，混凝土的強度自然就會降低.

采用上述三種級配類型，在瀝青油石比為5. 0%的情況下進行的馬歇爾擊實試驗［5］，得到各混凝土馬歇爾試驗結果如表4所示.

圖2 三種級配混凝土表面特性

表4 馬歇爾試驗結果

2 鹽分對粗細離析狀態下路用性能影響的試驗方案

對沿海地區的道路進行取芯調研可知，道路石油瀝青AC-13混凝土在距海3 km使用3年的情況下，通過水溶法計算混凝土中鹽分含量為0. 36%.室內制作的AC-13型混凝土試件在3%鹽分濃度中浸泡15 d的情況下試件中含鹽量達到了0.41%，與路面實際情況相差不大.因此以3%的鹽分濃度浸泡15 d為基準，確定瀝青混凝土試件室內鹽水浸泡方案，高溫性能下進行高溫抗車轍試驗，低溫性能下進行小梁彎曲試驗，水穩定性能下進行浸水馬歇爾試驗.

3 試驗結果與分析

3.1高溫性能

對三種狀態下的混凝土進行鹽水浸泡前后的高溫車轍試驗［6］，試驗結果如表5所示.由表中數據可以看出，混凝土粗細離析狀態下的高溫動穩定度值較常規相比均有不同程度的下降.尤其是在細級配離析的狀態下，鹽水浸泡前混凝土的抗車轍性能即嚴重下降，只有正常狀態下的46. 7%，相比較而言，由于其空隙率較低，其受到鹽水浸泡的影響也較低.而粗級配離析的狀態下，由于其粗骨料之間仍然可以一定的骨架起到支撐作用，因而其高溫動穩定值較細級配離析相比有很大程度的提高，但較正常狀態相比也有一定程度的下降，且其由于空隙率較大，受到鹽水浸泡后的動穩定度值下降幅度也較大.綜上可知，在沿海地區施工過程中細集料離析部位極易產生車轍病害，而粗集料離析部位極易受到鹽水侵蝕的影響.

表5 浸泡前后混凝土動穩定度比較

3.2低溫性能

對三種狀態下的混凝土進行的低溫小梁彎曲［7］試驗結果如表6所示.由表中數據可以看出，首先，粗集料離析下的混凝土低溫抗裂性能大幅度下降，僅有正常狀態下的65.8%，而細集料離析狀態下的混凝土低溫性能有一定程度的提高.在受到鹽水浸泡影響后，粗集料離析混凝土的低溫破壞應變值再度呈現大幅度下降趨勢.其原因主要為粗級配離析時，混凝土內部瀝青含量變少，整體上使得混凝土的脆性增加.再者由于其空隙率較大，鹽分易于進入到混凝土內部中從而影響膠結料的低溫流變性能.因此，在粗集料離析的狀態下，經過鹽水浸泡后混凝土的低溫破壞應變值只有1 121 με，遠低于規范≥2 500 με的要求.因此，對于沿海地區在施工過程中粗集料離析位置極易出現開裂破壞.

表6 浸泡前后混凝土低溫破壞應變值比較

3.3水穩定性

對粗細離析狀態下的混凝土進行鹽水浸泡前后的浸水馬歇爾試驗［8］，試驗結果如表7所示.由表可見，粗級配離析時，混凝土的殘留穩定值有大幅度下降，其抗水損害性能有明顯下降.一方面，這主要是由于試件的空隙率過大，水分極易進入到混凝土中去從而引起集料表面的瀝青膜脫落.相比較而言，正常狀態以及細級配離析的狀態下經鹽水浸泡過后，混凝土的殘留穩定度值變化不大.由表中數據可知，沿海地區在施工過程中的粗集料離析部位是極易發生水損害的區域.

表7 浸泡前后混凝土浸水馬歇爾試驗結果比較

4 結論

通過以上對正常狀態以及兩種粗、細級配離析狀態下進行的路用性能試驗測試結果進行分析可以得到如下結論:

( 1)粗集料離析部位的低溫抗裂性以及抗水損害性能均有較大程度的下降，而細集料離析部位的抗車轍性能較差;

( 2)粗集料離析時，混凝土的空隙率有較大程度的增加，因而其抵抗鹽分侵蝕的能力也有一定程度的下降;

( 3)細集料離析狀態下的混凝土其抵抗鹽分侵蝕的能力較強，但鑒于其車轍動穩定度太差，沿海地區在瀝青混凝土施工過程中仍然要注意避免細集料離析狀態的發生;

( 4)粗集料離析部位的低溫抗裂性以及抗水損害性能均較差，其抵抗鹽分侵蝕的能力也較差，沿海地區在瀝青混凝土施工過程中尤其要注意避免粗集料離析現象的發生.

［1］YU JIANYING，FENG PENGCHENG，ZHANG HENGLONG，et al.Effect of organo-montmorillonite on aging properties of asphalt［J］.Construction and Building Materials，2009，23( 7) : 2636-2640.

［2］嚴伊莎.鹽分對瀝青及瀝青混合料路用性能影響的分析研究［D］.長安:長安大學，2007.

［3］中交公路規劃設計院.JTGD 50-2004公路瀝青路面設計規范［S］.北京:人民交通出版社，2004.

［4］交通部公路科學研究所.JTG E20-2011公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程［S］.北京:人民交通出版社，2011.

［5］陳國明，譚憶秋.基于粗集料表面紋理特性的瀝青混合料性能研究［J］.公路交通科技，2007，24( 2) : 8-12.

［6］申愛琴，莊傳儀.山區高速公路瀝青路面車轍成因與防治措施［J］.筑路機械與施工機械化，2007，24( 6) : 1-4.

［7］申愛琴，張爭奇，王娜.SMA混合料水穩定性及影響因素研究［J］.公路，2004( 8) : 149-156.

［8］劉黎萍，孫立軍.瀝青路面現場疲勞方程的環境影響系數［J］.同濟大學學報(自然科學版)，2008，36( 2) : 178-181.

Study the Influence of Salt on High Road Performance of Asphalt Mixture by Gradation Segregation

ZHAO Jun，ZHAO Qing
( Department of Civil And Architectural Engineering，Anyang Institute of Technology，Anyang 455000，China)

Indoor simulation of coastal areas in salty condition and gradation segregation in road performances is conducted，and high temperature rutting test，trabecular bending test and Marshal immersion test are performed.The test results show that the low temperature crack resistance and resistance to water of coarse aggregate segregation are decreased，but and anti-rutting performance of the fine aggregate segregation is poorer.For the fine aggregate segregation concrete，its resistance to salt erosion ability is stronger，but the rut dynamic stability is bad.In the construction，attention should be paid to avoid the occurrence of fine aggregate segregation state.The low temperature crack resistance and water damage resistance are poorer for the coarse aggregate segregation with poor ability to resist salt erosion.

salt; asphalt mixture; gradation segregation; road performance

A

1673-9590( 2016) 01-0052-04

2015-06-17

趙軍( 1980－)，男，講師，碩士，主要從事路面結構與材料的研究

E-mail: ycitdhb@163.com.