氯鹽融雪劑對瀝青混合料低溫性能的影響研究

范宏昌 馮毅

摘要：為研究氯鹽融雪劑對瀝青混合料低溫性能的影響，選用主要成分分別為氯化鈣和氯化鈉的A、B兩種融雪劑，在不同試驗溫度（0℃、-10℃、-20℃）下對試件進行小梁彎曲試驗。比較了試件RB、εB、SB等常規指標和應變能密度的衰減情況，探討兩種融雪劑對瀝青混合料低溫性能的作用效果。結果表明：隨著試驗溫度的降低和融雪劑溶液的浸泡，瀝青混合料的低溫性能減弱;并且A型融雪劑對瀝青混合料的低溫性能的影響小于B型。

關鍵詞：氯鹽融雪劑;低溫抗裂性能;小梁彎曲試驗;彎曲應變能密度

鋪撒氯鹽融雪劑是我國北方地區應用最廣泛的除雪方法，但氯鹽融雪劑對瀝青混合料的低溫性能有一定的影響，研究發現：融雪劑會使瀝青混合料路面發生早期病害，降低混合料的低溫抗裂性能，導致路面質量和使用年限下降[1]。

針對瀝青混合料低溫性能的研究，國內外已經有了多種成熟的試驗方法，如美國公路戰略研究計劃SHRP計劃提出的“J積分和溫度應力”試驗方法[2];Hill B等提出了預估破裂溫度法。在我國現行規范JTG E202011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》中，采用小梁彎曲試驗以RB、εB、SB來為評價瀝青混合料低溫性能[3]。本文通過小梁彎曲試驗，來研究試驗溫度和處置方法對瀝青混合料的低溫性能的影響。

1 試驗及材料

1.1 原材料

試驗用膠結材料為90#基質瀝青;瀝青混合料為AC13連續級配瀝青混合料，粗集料為1015mm，510mm的玄武巖，細集料為05mm的玄武巖，礦粉采用石灰石礦粉，瀝青混合料的油石比為5%。試驗采用A、B兩種融雪劑，A型融雪劑主要成分為CaCl2，成分占比為71%;B型融雪劑主要成分為NaCl2，成分占比為59%。

1.2 小梁低溫彎曲試驗

本試驗按照規范T0703方法，輪碾成型300mm×300mm×50mm的標準車轍試件，再將試件切割成尺寸長250mm×30mm×35mm的標準小梁試件。

本試驗主要研究在a、b、c、d四種不同處置方法下，瀝青混合料低溫性能的變化情況。a組試件為空白對照組;b組試件在常溫下用清水浸泡飽水7d;c組試件在常溫下用濃度為1591%的A型融雪劑溶液浸泡飽水7d;d組試件在常溫下用濃度為17.54%的B型融雪劑溶液浸泡飽水7d（所選用的融雪劑濃度皆為10℃條件下，推薦使用濃度）。飽水完成后，將小梁置于高低溫交變箱內在試驗溫度下恒溫保存4h以上，試驗溫度設置為0℃，10℃，20℃。對小梁試件進行單點加載直至小梁破壞，加載速率為50mm·min1，依據規范計算小梁破壞時抗彎強度Rb，最大彎曲應變εb及彎曲勁度模量Sb。

2 試驗結果分析

2.1 性能分析

經過不同處置方法后，在0℃、10℃、20℃溫度下的小梁彎曲試驗結果如圖1、圖2所示。圖1為不同處置方法下試件的彎拉強度RB、最大彎拉應變εB、彎曲勁度模量SB隨溫度變化曲線;圖2為不同溫度下試件的RB、εB、SB隨處置方法變化曲線。

由圖1可以可知，溫度的變化對混合料的RB、εB、SB都有較大程度的影響。圖1（a）顯示，隨著溫度的降低，混合料的RB呈現下降的趨勢，不同處置方法混合料的抗彎拉強度的下降趨勢基本一致;圖1（b）顯示，隨著溫度的降低，混合料的εB呈先上升后下降規律，0℃到10°趨勢較為平緩，10℃到20℃趨勢較快，不同處置方法混合料的最大彎拉應變都呈現該規律;圖1（c）顯示：隨著溫度的降低，混合料的彎曲勁度模量SB基本呈現先下降后上升的規律。但是c組試件的勁度模量始終呈下降趨勢。

由圖2可以看出：瀝青混合料試件經過a、b、c、d四種不同的處置方法后，混合料的RB、εB均呈現下降規律，且不同溫度條件下規律保持一致，混合料的SB基本呈上升趨勢，但在20℃下，出現了下降后上升的趨勢。對比不同處置方法下試件的RB、εB、SB值，來分析其對混合料低溫性能的影響，可見在三組不同溫度下，經過c組處置方法試件的低溫性能始終優于d組，說明浸泡A型融雪劑溶液對混合料低溫性能的損傷低于B型融雪劑。

在試驗結果分析時發現，以試件基本性能為指標，可能出現矛盾現象。例如圖2（a）、（b），當以RB為指標時，0℃相較于10℃條件下，試件的低溫性能好;但當以εB為指標時，10℃相較于0℃條件下，試件的低溫性能好。故需要通過應變能密度進一步的對混合料的低溫性能進行分析。

2.2 應變能密度分析

瀝青混合料在低溫下可以被看成一種彈性材料，其破壞過程是一個能量耗散的過程，所以可以將瀝青混合料低溫破壞過程中消耗的能量作為評價其低溫抗裂性能的一個重要指標。定義WP為瀝青混合料單位體積破壞能，其幾何意義是應力達到最大值之前，應力應變曲線下方包圍的面積。根據定義，瀝青混合料單位體積應變能表示為：

Wp=εB0σ（ε）dε（1）

低溫小梁彎曲試驗上升階段的應力-應變關系符合三次多項式的形式：

σ（ε）=Aε3+Bε2+Cε+D（2）

式中，A、B、C、D為材料基本參數，經應力應變曲線擬合得到。將式（2）代入式（1），可得：

WP=a4εB4+b3εB3+c2εB2+dεB（3）

Wp隨處置方法變化圖，如圖3所示，由圖3可知，（1）經過清水浸泡飽水和融雪劑浸泡飽水的試件，其Wp值均有一定的衰減，說明水和融雪劑溶液的浸泡會使得瀝青混合料的低溫性能變弱，并且兩種融雪劑對混合料低溫性能的影響比清水更嚴重。這是由于兩種融雪劑的主要成分都為氯鹽，鹽溶液通過瀝青混合料的孔隙通道進入內部并由于結晶作用產生了應力，破壞了混合料的內部結構，導致混合料低溫性能下降。（2）B型融雪劑浸泡飽水后的試件Wp小于A型融雪劑。在溫度為0℃、10℃、20℃時，B型融雪劑浸泡飽水試件相比于A型的Wp值分別低0.25Jm3、0.33Jm3、0.13Jm3，說明了B型融雪劑對瀝青混合料的低溫性能的破壞更嚴重。這是因為，B型融雪劑的主要成分為NaCl2，NaCl2會降低瀝青本身的低溫性能，同時鈉鹽會降低瀝青與集料間的黏附性，使得瀝青由于乳化而溶于水，進而導致混合料整體的粘結性下降[4]，嚴重降低其低溫性能;而B型融雪劑的主要成分為CaCl2，存在大量的鈣離子，可以有效地融合到瀝青分子中，增強了瀝青的粘結能力;以上兩點原因使得A型融雪劑對瀝青混合料低溫性能的影響小于B型融雪劑。

3 結論

（1）僅采用RB、εB、SB這三個常規指標評價瀝青混合料低溫性能，存在一定的局限性，可結合試件彎曲應變能密度共同分析。

（2）通過試驗分析結果得出，以NaCl2為主要成分的B型融雪劑對瀝青混合料低溫性能的影響程度大于以CaCl2為主要成分的A型融雪劑。

參考文獻：

[1]侯曙光，王宏暢，黃曉明，等.低溫地區瀝青混合料凍融疲勞特性分析[J].公路交通科技，2006.

[2]馮毅.不同融雪劑融雪效果及對瀝青混合料路用性能影響研究[D].內蒙古工業大學，2019.

[3]張登良.瀝青路面[M].人民交通出版社，1998.

[4]郭平，馬朝鮮，周雄.融雪劑對瀝青混合料低溫性能影響研究[J].筑路機械與施工機械化，2015.