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(nèi)外的道路除冰雪技術(shù)主要有人工除雪法、熱力融雪技術(shù)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(yán)重影響著車輛的出行安全[2]。鹽化物自融雪路面的出現(xiàn)為解決道路除雪提供了新的思路，與傳統(tǒng)的融雪技術(shù)相比[3]，鹽化物自融雪路面在持續(xù)性融雪化冰方面具有顯著的優(yōu)勢。張洪偉[4]等研究開發(fā)出了一種融雪透水性優(yōu)良的水泥路面，通過將路面排水技術(shù)與融冰技術(shù)相結(jié)合，使其排水系數(shù)達(dá)到了0.1cm/s，空隙率達(dá)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(jìn)行了詳細(xì)研究，并通過對SMA-13瀝青路面融雪數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)SMA-13的融雪效果優(yōu)于AC-13混合料，鹽化物摻量更高。本文基于相關(guān)理論研究，設(shè)計開發(fā)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(chǔ)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(shù)據(jù)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(chǎn)的TPS高粘改性瀝青，TPS含量為15%，基質(zhì)瀝青為AS70#，主要技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

礦粉選擇磨細(xì)的石灰石粉，粗細(xì)集料均為咸陽玄武巖，最大粒徑為5.21mm，如表2石料相關(guān)技術(shù)指標(biāo)所示。

表1 基質(zhì)瀝青及高粘改性瀝青的基本技術(shù)指標(biāo)

表2 石料相關(guān)技術(shù)指標(biāo)

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(shù)指標(biāo)如表3鹽化物主要技術(shù)指標(biāo)所示。

表3 鹽化物主要技術(shù)指標(biāo)

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(zhì)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(yīng)

采用動態(tài)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(jìn)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(fù)數(shù)模量G*以及車轍因子G*/sinδ等指標(biāo)隨溫度變化的趨勢進(jìn)行研究，實驗條件設(shè)計為：荷載頻率15rad/s，溫度范圍50～100℃。圖 1為溫度響應(yīng)實驗結(jié)果。為了便于分析變化規(guī)律，取對數(shù)坐標(biāo)系。

圖1 溫度響應(yīng)實驗結(jié)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(fù)數(shù)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(zhuǎn)變，粘結(jié)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(jìn)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(shù)據(jù)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(jìn)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(dāng)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(dāng)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(yǎng)皿中，并在其表面灑自來水，放置到-10℃低溫環(huán)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(jié)果，如圖3所示。

圖3 兩周期融冰量結(jié)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(jié)緊密，而添加鹽化物的試件，冰層和膠漿表面分離越嚴(yán)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(dǎo)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(yǎng)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(dǎo)率，得到如圖 4瀝青膠漿電導(dǎo)率實驗結(jié)果所示。

由圖4可知，添加鹽化物的試件，電導(dǎo)率會隨著溶析時間的增長而變大，當(dāng)溶析時間為60min，鹽化物替代量為20%以及60%試件的電導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)率實驗結(jié)果

4 結(jié)論

根據(jù)相關(guān)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(jìn)行了系統(tǒng)研究分析，得到了如下的結(jié)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(dāng)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(dāng)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(dǎo)率越大，瀝青混合料的電導(dǎo)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(yuǎn)大于第二周期，瀝青混合料的電導(dǎo)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(shè)機械技術(shù)與管理,2015,28（5）:85-87.

[2]徐占強.鹽化物瀝青混合料組成設(shè)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(huán)性能及灰色預(yù)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(jié)冰與融雪試驗[J].長安大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)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(biāo)準(zhǔn)化,2014,42（13）:63-65.