氯鹽融雪劑對瀝青混合料性能影響的研究

賀皓皓，楊 林

(東北林業大學土木工程學院,黑龍江 哈爾濱 150040)

1 原材料及試驗方法

1.1 試驗材料

本試驗采用殼牌A級70#基質瀝青，其相關技術指標如表1所示，試驗采用的粗集料為潔凈、干燥的石灰巖集料，相關技術指標如表2所示。

表1 瀝青技術指標

表2 粗集料技術指標

試驗成型用混合料類型為AC-16，其級配組成如表3所示。

表3 混合料級配組成

市面上常用融雪劑類型為氯鹽融雪劑、非氯鹽融雪劑和混合型融雪劑。本試驗采用氯化鈉、氯化鎂、氯化鈉∶氯化鎂=1∶2(摻配比例按兩者體積大小確定)，其主要技術指標如表4所示。

表4 融雪劑主要技術指標

1.2 試驗方法

(1)融雪劑試驗

根據GB/T23851-2009《道路除冰融雪劑》規范要求，本次試驗首先對融雪劑的冰點進行測定：將三種融雪劑分別配制成不同濃度的鹽溶液，置于-20 ℃的低溫試驗箱中，使用精準溫度儀測其鹽溶液的冰點。

直徑為150 mm的培養皿中各加入50 ml蒸餾水，置于低溫試驗箱中在相對應的溫度下冷凍12 h，制備成形狀大小相同，厚度為3 mm的冰樣。開始試驗時，分別稱取氯鹽融雪劑5g，將融雪劑均勻迅速的撒布在制備的冰樣上，并開始計時，用膠頭滴管分別抽取第10 min～60 min內融化產生的鹽溶液并量取體積。每種融雪劑在相應的溫度下進行3次重復試驗，取3次試驗的平均值作為該融雪劑的融冰體積。

(2)混合料試驗

瀝青混合料凍融劈裂試驗和肯塔堡飛散試驗參照JTGE20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》制備試驗所用成型的馬歇爾試件，標準馬歇爾試件尺寸應符合直徑101.6±0.2 mm、高63.5±1.3 mm的要求。

將成型的AC-16混合料馬歇爾試件，分別在不同濃度(0，5%，10%，15%，20%)的3種融雪劑溶液中凍融循環10次，鹽凍融溫度為-20 ℃，恒溫水浴溫度為5 ℃。以鹽溶液浸泡24 h，鹽凍15 h，水浴12 h為一個循環，凍融循環結束后對其瀝青混合料試件進行凍融劈裂試驗和肯塔堡飛散試驗。

2 融雪除冰效果研究

2.1 冰點測定

測定3種融雪劑在不同濃度下的冰點，結果如圖1所示。

圖1 三種融雪劑冰點與濃度的關系

由圖1可以看出：隨著融雪劑濃度的不斷增加，其冰點也不斷降低。在-20 ℃以下時，Mgcl2融雪劑的冰點明顯低于Nacl融雪劑，且濃度增加冰點越低。

2.1 除冰效果研究

根據上述試驗，測定了這3種融雪劑在不同溫度(-5 ℃，-10 ℃，-15 ℃，-20 ℃)下的融冰體積，結果如圖2～圖5所示。

圖2 -5 ℃下融雪劑融冰體積 圖3 -10 ℃下融雪劑融冰體積

圖4 -15 ℃下融雪劑融冰體積 圖5 -20 ℃下融雪劑融冰體積

融雪劑的融雪原理是可以通過降低積雪冰面的凝固點，使路面含有鹽溶液能在較低溫度下保持液態，在車輪沖擊等作用下，不斷進行由固相變為液相的過程，即冰雪開始融化，隨著時間的增加黑色路面全部露出。融雪劑在不同的溫度下除冰效果各不相同，在冬季道路降雪對于融雪劑的選擇尤為重要。如圖2～圖5：Nacl融雪劑在初始撒布時除冰效果較為緩慢，因為氯鹽顆粒結晶體大，溶解度小，受周圍環境影響，由固態融雪劑變為液態融雪劑需要一定的時間周期。在轉變為鹽溶液后，除冰效果直線上升，相比其余兩種融雪劑而言，撒布后期除冰能力明顯增加；Mgcl2融雪劑前期融雪除冰效果較好，尤其-20 ℃低溫情況下，效果愈加明顯，但后續除冰能力不足，容易引發道路二次結冰等問題，適用于高速公路、隧道出入口、上下坡路等道路冰雪的處理；而Nacl、Mgcl2摻配比例為1∶2的融雪劑在不同的低溫下除冰效果居于兩者之間，適用于主干街道冰雪的處理。

3 對混合料的性能影響

3.1 劈裂強度試驗

瀝青路面撒布融雪劑后，在一段時間內瀝青材料處于含固態融雪劑與液態鹽溶液的交替變化過程中，對路面材料造成一定的破壞作用，水損害較為嚴重。凍融劈裂試驗常用來測定瀝青混合料試件受到水損害前后劈裂破壞的強度比，用于評價瀝青混合料的水穩定性，試驗結果如圖6、圖7所示。

圖6 劈裂強度與濃度的關系

圖7 劈裂強度比與濃度的關系

由圖6、圖7可知：瀝青混合料試件的劈裂強度隨著融雪劑濃度的增加呈先增后降的趨勢。在融雪劑濃度為5%時，試件劈裂強度達到最大，是由于鹽溶液濃度較低，在-20 ℃下未能起到融冰效果，部分鹽晶體滲入到瀝青混合料空隙中，在試件凍融過程中起到提充作用，使試件顆粒間隙更加緊密，一定程度上對試件的劈裂強度起到有利作用；隨著濃度的逐級增加，劈裂強度下降，且Mgcl2融雪劑﹥Nacl融雪劑﹥Nacl∶Mgcl2=1∶2﹥清水。

3.2 飛散試驗

在凍融循環作用下融雪劑溶液會造成瀝青與集料的剝離，引起瀝青內部分子間結構的破壞，從而對瀝青混合料的水穩定性造成極大的影響。瀝青混合料飛散試驗常用來評價在外界因素影響下路面表面集料脫落而散失的程度，也可稱之為肯塔堡試驗，試驗結果如圖8所示。

圖8 飛散損失與濃度的關系

由圖12可知：3種融雪劑對瀝青混合料造成了不同程度的飛散損失，隨著融雪劑濃度的增加，瀝青混合料的飛散損失減小，當鹽溶液濃度為5%左右時，試件損失最為嚴重，且Nacl∶Mgcl2=1∶2﹥Nacl﹥Mgcl2；其原因主要是鹽溶液中有極性很強的Na+、Mg2+和Cl-，對于集料的吸附能力強于瀝青材料，同時凍融循環使瀝青與集料的交界處出現缺陷，鹽溶液更易進入混合料內部，浸蝕并剝離包裹著集料的瀝青，導致瀝青混合料結構的破壞。

4 結 論

(1)3種融雪劑中，隨著濃度的增加Mgcl2融雪劑的冰點最低，在冬季溫差大的地區更適于道路清雪除冰工作。

(2)在除冰效果方面，Nacl融雪劑在不同溫度下的表現為：前期融冰乏力，后期持久融冰體積大；Mgcl2融雪劑的表現為：前期融冰效果顯著，溫度越低融冰體積越大，后期融冰效果一般；而氯鹽類混合物融冰效果則介于兩者之間。

(3)隨著融雪劑濃度的增加，AC-16混合料試件的劈裂強度呈先增后降的趨勢，當融雪劑濃度為5%時，劈裂強度達到最大，且Mgcl2﹥Nacl﹥Nacl∶Mgcl2=1∶2。

(4)隨著融雪劑濃度的增加，瀝青混合料的飛散損失不斷減小，當鹽溶液質量分數為5%時，試件損失最為嚴重，在質量分數相同的情況下，3種融雪劑損失程度大小為：Nacl∶Mgcl2=1∶2﹥Nacl﹥Mgcl2。