超薄鹽化物自融雪瀝青罩面材料研究

■石 凱

（保定市交通運輸局，保定 071000）

0 引言

目前，國內外的道路除冰雪技術主要有人工除雪法、熱力融雪技術以及融雪劑除雪法等[1]，而普通融雪劑對道路具有強烈的腐蝕效果，嚴重影響著車輛的出行安全[2]。鹽化物自融雪路面的出現為解決道路除雪提供了新的思路，與傳統的融雪技術相比[3]，鹽化物自融雪路面在持續性融雪化冰方面具有顯著的優勢。張洪偉[4]等研究開發出了一種融雪透水性優良的水泥路面，通過將路面排水技術與融冰技術相結合，使其排水系數達到了0.1cm/s，空隙率達到了20%以上；李娜[5]等對瀝青混合料融雪性能以及路用性能在IceBane存在下的影響進行了詳細研究，并通過對SMA-13瀝青路面融雪數據的分析，發現SMA-13的融雪效果優于AC-13混合料，鹽化物摻量更高。本文基于相關理論研究，設計開發了一種超薄鹽化物自融雪瀝青罩面材料，研究了粉膠比對其高溫流變特性的影響，得到了最佳的粉膠比范圍，并以此為基礎得到了鹽化物的最大替代量，最后通過對混合料融雪性能的探究，得到了影響融雪性能的影響因素，為今后路面工程的實施提供數據支持。

1 實驗原料及瀝青膠漿的制備

1.1 實驗用原材料

選用日本大有株氏會社生產的TPS高粘改性瀝青，TPS含量為15%，基質瀝青為AS70#，主要技術指標如表1所示。

礦粉選擇磨細的石灰石粉，粗細集料均為咸陽玄武巖，最大粒徑為5.21mm，如表2石料相關技術指標所示。

表1 基質瀝青及高粘改性瀝青的基本技術指標

表2 石料相關技術指標

鹽化物的主要成分包含CaO、NaCl以及SiO2等，其中主要成分為NaCl，總量約為60%，融雪抑冰時氯鹽逐步釋放，主要被吸附于巖溶類多孔材料中。用鹽化物替代部分礦粉添加到瀝青混合料中，測定其主要技術指標如表3鹽化物主要技術指標所示。

表3 鹽化物主要技術指標

1.2 瀝青膠漿的制備

采用人工的方法制備瀝青膠漿，首先將鹽化物和礦粉過0.065mm篩，然后將篩底部的物質放入120℃烘箱中烘干，稱重并保溫2h。將瀝青加熱至180℃，將礦粉和鹽化物按一定比例分別加入到瀝青中，攪拌均勻。

2 高粘瀝青膠漿特性研究

2.1 高粘瀝青膠漿溫度響應

采用動態剪切流變儀對高粘瀝青膠漿的粉膠比 （瀝青和礦粉的比例）進行實驗研究，選定粉膠比為分別0.5、1.0、1.5以及2.0。對相位角δ、復數模量G*以及車轍因子G*/sinδ等指標隨溫度變化的趨勢進行研究，實驗條件設計為：荷載頻率15rad/s，溫度范圍50～100℃。圖 1為溫度響應實驗結果。為了便于分析變化規律，取對數坐標系。

圖1 溫度響應實驗結果

由圖可知，隨著溫度的升高，相位角δ呈先增大后減小的趨勢，而車轍因子G*/sinδ以及復數模量G*都隨溫度的升高而減小，說明溫度升高時，瀝青軟化，瀝青膠漿由彈性向粘性轉變，粘結能力減弱。

2.2 粉膠比對粘度的影響

對不同粉膠比的瀝青膠漿進行布氏粘度試驗，在實驗溫度分別為150℃、160℃以及170℃下，比較粉膠比對粘度的影響情況，得到粘度隨粉膠比的變化，如表 4所示。

表4 粘度隨粉膠比的變化

由表4中數據可得，礦粉的加入增大了瀝青膠漿的粘度，且增長的幅度也有顯著的提升。增大粉膠比，一方面促進了瀝青的物理作用，另一方面礦粉顆粒的存在，阻礙了改性劑分子之間的相互作用，使其粘度增大。

2.3 鹽化物替代量對針入度和延度的影響

圖2為鹽化物替代量對針入度及延度的影響。由圖2可知，瀝青膠漿的延度與針入度都隨著鹽化物替代量的增大而減小，當鹽化物摻雜大于70%時，增加替代比例會使得針入度大幅降低。當而替代比例超過55%時，隨著替代比例的增大，5℃延度急劇降低，受鹽化物替代量的影響較大。

圖2 鹽化物替代量對針入度及延度的影響

3 鹽化物自融雪瀝青膠漿融雪特性

3.1 瀝青膠漿融冰能力測試

將鹽化物替代物按摻入量多少分為六種情況，每種情況摻入量相差20%，依次為0%、20%、40%、60%、80%以及100%的比例，用玻璃棒將加熱至180℃的膠漿攪拌均勻，隨后取一部分瀝青膠漿澆筑在直徑為10cm的培養皿中，并在其表面灑自來水，放置到-10℃低溫環境中冷凍，室溫下用電子天平測量融冰量，實驗分為兩個融冰周期。兩個周期融冰量結果，如圖3所示。

圖3 兩周期融冰量結果

由圖3可知，隨著融冰時間的增長，兩周期的融冰量都逐漸增多，隨著溶析時間延長，加鹽化物膠漿與未加鹽化物膠漿融冰量的差值逐漸增大；相同溶析時間下，第一個周期的融冰量大于第二個周期，第二個周期各替代量下融冰量的差距明顯縮小。隨著鹽化物替代量的增多，未加鹽化物的試件冰層和膠漿表面粘結緊密，而添加鹽化物的試件，冰層和膠漿表面分離越嚴重，說明有效成分遇水分解，降低了與膠漿表面接觸部分水的冰點。

3.2 瀝青膠漿融雪特性的電導率表征

利用玻璃棒將加熱至180℃不同摻入量比例的瀝青膠漿攪拌均勻，隨后取出少量瀝青膠漿澆筑在培養皿中，使其降至室溫后放入1000 ml量筒中，并添加500 ml自來水，室溫下測其電導率，得到如圖 4瀝青膠漿電導率實驗結果所示。

由圖4可知，添加鹽化物的試件，電導率會隨著溶析時間的增長而變大，當溶析時間為60min，鹽化物替代量為20%以及60%試件的電導率分別為摻入量0%的1.66倍和1.75倍，說明隨著時間的增長，鹽化物替代量越大，電導率越大，水中的有效成分越多，對冰雪的融化效果越好。

圖4 瀝青膠漿電導率實驗結果

4 結論

根據相關理論研究，對超薄鹽化物自融雪瀝青罩面材料的組成和性能進行了系統研究分析，得到了如下的結論：1）鹽化物的加入，降低了瀝青高粘膠漿的針入度和延度，當替代量超過50%的時候，5℃延度的降低幅度最大，鹽化物替代量越大，瀝青膠漿粘度就越大。當實驗溫度相同時，G*、G*/sinδ以及sinδ等都隨著粉膠比的增大而增大。2）鹽化物替代量越多，瀝青膠漿的融冰量和電導率越大，瀝青混合料的電導率，在一定條件下會隨著鹽化物摻入量的增大而增大，且第一周期融冰量要遠大于第二周期，瀝青混合料的電導率越大，融雪性能越好，且會隨著溫度的變大而增大。

[1]曾澤湘,南宇星，等.鹽化物抑冰瀝青混合料類型與拌和工藝的研究[J].建設機械技術與管理,2015,28（5）:85-87.

[2]徐占強.鹽化物瀝青混合料組成設計及路面實體研究[J].交通科技,2013,（3）:139-141.

[3]王軍,白艷君.鹽化物瀝青混合料抗凍融循環性能及灰色預測[J].中外公路,2012,32（5）:249-252.

[4]張洪偉,韓森,張麗娟.鹽化物瀝青混凝土抑制結冰與融雪試驗[J].長安大學學報（自然科學版）,2011,31（2）:17-20.

[5]李娜,王海峰,徐希娟.鹽化物融冰雪瀝青路面鹽分溶析試驗研究[J].交通標準化,2014,42（13）:63-65.