酸雨腐蝕瀝青混凝土材料的研究綜述

(長安大學公路學院 陜西 西安 710064)

酸雨腐蝕瀝青混凝土材料的研究綜述

黃梟楠

(長安大學公路學院陜西西安710064)

瀝青混凝土是由瀝青、礦料、改性劑等共同組成的復雜混合物。酸雨對瀝青混合料的腐蝕是在自然環境下酸雨腐蝕可以自發進行的復雜物理和化學過程。本文在調查國內外現有研究的基礎上，按照酸雨腐蝕機理、對混合料影響和腐蝕模擬技術三個方面對酸雨腐蝕瀝青混凝土的現狀進行了總結。鑒于目前國內外對瀝青混凝土酸雨腐蝕研究不足的特點，總結了瀝青混凝土酸雨腐蝕現有研究的不足之處，并建議了未來應當關注的研究內容。

酸雨腐蝕；瀝青混合料；集料；水泥混凝土

一、引言

酸雨一般指值小于5.6的大氣降水，包括雨水、凍雨、雪、雹、露等。酸雨因其危害民眾健康、腐蝕文物古跡、破壞生態系統，已成為當今世界上備受關注的重大環境問題之一[1]。隨著亞洲經濟的高速發展，在我國長江以南、青藏高原以東及四川盆地的廣大地區為中心，形成了世界第三大酸雨區[2]。2011年，全國468個監測城市(縣)中出現酸雨的占48.5%，全國酸雨面積約124萬[3]。全國不同的城市和地區，酸雨特征有一定差異。西安市降水值及酸雨的年內變化呈“雙峰”型，1-3月和10-11月降水較低。

鑒于此，本文在充分調查國內外瀝青混凝土酸雨腐蝕研究的基礎上，從瀝青混凝土的酸雨腐蝕機制、性能影響結果和腐蝕模擬方法三個方面進行了總結，通過與水泥混凝土酸雨腐蝕研究現狀的對比，對其中的部分研究內容提出了看法及建議，旨在為后續的瀝青混合料酸雨腐蝕研究工作提供有益參考。

二、酸雨腐蝕瀝青混凝土研究進展

(一)酸雨腐蝕瀝青混合料的作用機理

酸雨中的強酸能在水中完全電離對降水酸度(值)貢獻最大。仲曙豪[4]等發現集料表面是典型的溶出性腐蝕。酸雨導致瀝青中膠質含量下降，粘結性降低。集料方面，部分成分與酸性物質反應生成可溶性鹽，導致集料棱角性變差，混合料空隙增大。張倩[5]等發現酸雨對瀝青混凝土的腐蝕特性與混合料級配有關。進一步研究表明，酸雨腐蝕中的，和是協同作用關系[6]。

現有對于酸雨腐蝕瀝青混凝土機理的研究主要有酸雨對集料的作用、對瀝青各組分作用、對混合料表面特性以及對集料與瀝青黏附界面作用等四個方面。研究方法也較為傳統?？梢钥紤]通過更為先進的技術手段，來分析和表征瀝青混凝土的酸雨腐蝕現象。此外，酸雨與其他因素的協同作用同樣應當受到重視。

(二)酸雨腐蝕瀝青混凝土的影響因素

酸雨腐蝕的影響因素包括瀝青種類、集料種類、成分、堿性成分含量，酸雨的化學組成和值，酸雨中主要作用成分的濃度，外界因素包括季節、溫度、地域等。Grossi[17]等發現溶解后最先腐蝕的是鎂鹽。Malaga-Starzec[8]和Fronteau[9]等認為酸雨腐蝕反應物主要為方解石晶體而不是白云石。S.Eyssautier-Chuine[10]等研究發現晶體分解的模式與巖石的微觀結構有關，比如多孔網狀結構。

張倩[6]等發現浸泡瀝青混凝土試件的酸雨溶液越低，試件質量損失越大，浸泡后的混合料空隙率和孔徑大小受到影響，混凝土結構疏松。熊旭[11]等也認為長時間浸泡對瀝青混合料的質量、空隙率、馬歇爾穩定度、劈裂強度和抗剪強度均有一定影響，而對高低溫性能影響的結論與張倩[5]等結論類似。

水、氣壓、溫度是疲勞壽命顯著縮短的原因[12,13]。此外，周興林[14]等研究認為，粘結力強、空隙率小的密級配混合料對酸腐蝕的抵抗性能較優。Xinjun Feng[15]等發現酸雨腐蝕礦料的程度與巖石類型相關，巖石抗酸性能：花崗巖>玄武巖>石灰巖。

綜上所述，酸雨腐蝕瀝青混凝土的影響因素涉及巖石成分與微觀結構、酸雨溶液的腐蝕物濃度和、外界荷載因素、浸泡溫度、循環次數以及混合料級配、空隙率、混合料中堿性物質含量和膠結料黏附強度等。目前，對于酸雨腐蝕瀝青混凝土的研究主要集中在宏觀物理力學性質和抗滑能力等方面，尚缺乏更為深入的理論分析。

(三)酸雨腐蝕模擬的試驗方法

酸雨腐蝕研究的模擬溶液影響著研究結果的可靠度問題。目前常用人工配制酸雨模擬溶液的方法來代替自然界的酸雨溶液。例如，周興林[15]等采用噴淋和浸泡法模擬酸雨的腐蝕。周飛鵬[16]等通過周期浸泡法模擬酸雨腐蝕，并每天用酸度計和濃硝酸控制溶液值。

Lin,JD[17]等使用人造環境調節系統(AECS)來模擬酸雨作用條件以及評估瀝青混合料的抗剝離性能。William James[18]等通過四種不同的路面濾去酸雨中污染物質，研究酸雨從降雨到落至路面雨水中物質的變化情況。唐進[19]等采用噴淋-光照循環侵蝕的方法來模擬酸雨對水泥基材料侵蝕破壞過程。

Liang Xue[20]等采用加速損壞測試儀器，加速酸雨腐蝕瀝青混凝土的過程[21]。類比硫酸環境下混凝土質量損失與強度變化規律的時變方程[22]擬合，采用定量的方程表征規律。

三、未來研究方向

結合國內外研究現狀，本文認為應當重視酸雨對瀝青混凝土的腐蝕現象，未來可以從如下幾個方面加強對瀝青混凝土酸雨腐蝕問題的研究：

1.研究不同瀝青混凝土材料組成對酸雨腐蝕的影響。研究常用的基質瀝青、聚合物(SBS、SBR、PE等)改性瀝青、礦物纖維(如玄武巖纖維、水鎂石纖維)、植物纖維(木質素纖維、劍麻纖維、竹纖維等)、固體廢棄物(RAP、RCP、FA等)等原材料組成對酸雨腐蝕的敏感性和響應。

2.考慮多因素耦合環境下，酸雨腐蝕對瀝青混凝土的性能劣化情況。當其中兩種或兩種以上條件同時作用時，探究其耦合效應，開發現場暴露試驗，模擬真實條件下的酸雨腐蝕。

3.建立和發展瀝青混凝土酸雨腐蝕模型。從酸擴散、腐蝕過程、腐蝕效應等方面建立預估和分析模型，全面描述酸雨對瀝青混凝土的腐蝕過程。

4.加強瀝青混凝土抗酸雨腐蝕方法研究，例如，提出不同的纖維增強、級配改善、膠結料改性等抗酸雨腐蝕措施。對提升瀝青混凝土酸抗性，以及對于瀝青路面的耐久性提升具有重要意義。

[1]張新民,柴發合,王淑蘭,等.中國酸雨研究現狀[J].環境科學研究,2010,23(5):527-532.

[2]牛建剛,牛荻濤,周浩爽.酸雨的危害及其防治綜述[J].災害學,2008,23(4):110-116.

[3]宋國君,錢文濤,馬本,等.中國酸雨控制政策初步評估研究[J].中國人口·資源與環境,2013,23(1):6-12.

[4]仲曙豪.酸雨對瀝青混合料性能影響及作用機理研究[D].南京航空航天大學,2009.

[5]張倩,賈曉軍,李艷麗,等.酸雨對瀝青混合料強度及空隙率影響的模擬研究[J].中外公路,2005,25(1):78-80.

[6]張倩,李艷麗,賈曉軍.酸雨對瀝青混合料侵蝕作用的試驗模擬[J].西安建筑科技大學學報(自然科學版),2005,37(1):86-89.

[7]熊旭.酸雨對瀝青及瀝青混合料的性能影響研究[D].長沙理工大學,2013.

黃梟楠(1993-)，男，長安大學公路學院，碩士生，研究方向路基路面工程材料。