不同融雪劑對SBS改性瀝青混合料路用性能的影響研究

李風增

(鄭州市公路事業發展中心，河南鄭州 450000）

道路交通作為交通運輸和增強城市或區域之間聯系的重要載體，對于經濟發展具有重要的意義。瀝青路面以行車舒適好、施工周期短和維修養護簡單的優點，在道路建設中應用廣泛。冬季冰雪天氣對于北方城市是常有的，但嚴重降低了通行能力，有研究表明[1]，每年接近有四成的交通事故是由于路面積雪造成的，因此，為降低雪天出行事故率，需要對道路積雪進行及時有效地清除。目前道路除雪分為被動除雪和主動除雪兩種，被動除雪主要是采用融雪劑或機械、人工掃雪，而主動除雪技術是在瀝青混合料中加入橡膠顆粒或導電體等材料制成自應力彈性路面或導電路面，但研究表明[2]這種技術尚不完善，且應用效果不好，所以國內主要采用被動除雪方式。

近年來，國內學者在瀝青路面除雪方面進行了不少研究，如：魏建國等[3]通過將氯鹽融雪劑加入基質瀝青中，發現融雪劑可提高瀝青的抗高溫和抗老化性能，而對低溫性能不利；龍穎輝[4]通過凍融循環試驗分析了融雪劑對于瀝青混合料抗水損害性能的影響，結果發現融雪劑的加入嚴重降低了混合料的水穩定性；李鵬[5]通過將醋酸鉀、醋酸鈉和氯化鈉三種融雪劑按40：20：40的比例進行復配，分析了復合融雪劑對于瀝青混合料、乳化瀝青涂層性能的影響，結果發現融雪劑加入后降低了瀝青混合料的高溫性能和抗水損害性能，對于乳化瀝青的粘附性基本無影響，但降低了抗滑性能。

目前國內瀝青路面采用的改性瀝青主要是SBS改性瀝青，本文結合國內外已有研究，分析了醋酸鈉、氯化鈉和氯化鈣三種融雪劑的融冰效果及其對SBS改性瀝青混合料路用性能的影響，希望對于融雪劑在瀝青路面中的應用具有參考價值。

1 原材料

試驗采用盤錦某瀝青有限公司生產的SBS-I-C改性瀝青，其技術指標見表1。融雪劑選用天津某化工廠提供的醋酸鈉、氯化鈉和氯化鈣分析純試劑，呈白色晶體或粉末狀。粗、細集料均采用玄武巖，填料采用石灰巖礦粉，用于檢驗瀝青混合料性能的級配采用AC-13礦料級配，見表2。

表1 SBS-I-C改性瀝青技術性能Table 1 Technical performance of SBS-I-C modified asphalt

表2 AC-13級配組成Table 2 AC-13 grading composition

2 融雪劑融冰效果

分別將裝有50g純凈水的燒杯放入冰箱中5h，以保證純凈水充分結冰，然后將三種融雪劑分別制備成5%、10%、15%和20%等四種不同濃度的鹽溶液，然后將配置好的不同濃度的融雪劑液體取25g各自倒入盛有冰塊的燒杯中，并放入-5℃、-10℃和-15℃等三種不同溫度的恒溫環境中30min，以融雪劑能夠融化冰塊的質量作為評價指標，試驗結果如圖1所示。

圖1 不同溫度下融冰質量與融雪劑濃度關系曲線圖Fig. 1 Relationship curve between ice melting mass and snow melting agent concentration at different temperature

從圖1可知，在三種溫度條件下，融冰質量均隨著融雪劑濃度的增加而增加，在-5℃時在不同濃度下融冰質量最多的是氯化鈉，醋酸鈉次之，氯化鈣最小。在-10℃和-15℃溫度條件下醋酸鈉的融冰質量相對高點，但與氯化鈉整體上相差不大，氯化鈣最小。隨著溫度的降低，不同融雪劑濃度對應的融冰質量均有不同程度的下降，溫度從-5℃降低到-15℃時氯化鈉、醋酸鈉、氯化鈣三種融雪劑在濃度為20%對應的融冰質量分別減少了7.13g、2.16g和8.68g，可以看出，氯化鈣最易受到溫度影響，其次是氯化鈉、醋酸鈉。在-10℃、-15℃溫度條件下三種融雪劑分別在濃度小于10%和15%時融冰質量出現了負數增長趨勢，說明在該濃度和溫度下的融雪劑達到了冰點濃度，出現了凍結現象。從圖1綜合對比看，氯化鈉的融冰效果更為顯著。

3 瀝青混合料路用性能

為了進一步分析三種融雪劑濃度對于瀝青混合料路用性能的影響，分別將實驗室制備的不同尺寸試件放在25℃恒溫環境的融雪劑溶液中浸沒24h，移出后用塑料薄膜密封并放入-10℃恒溫環境中24h，取出后再放入60℃水浴中24h即完成一次凍融循環，試件經過5次凍融循環后即可做相關性能試驗[6]。

3.1 最佳油石比確定

按預估油石比5.2%作為油石比中值，并以0.5%的間隔比例向兩側各取2組油石比，即按4.2%、4.7%、5.2%、5.7%和6.2%五種油石比制作試件進行馬歇爾試驗，得到不同油石比的馬歇爾指標和體積參數指標,見表3。

表3 SBS改性瀝青混合料馬歇爾測試結果Table 3 Marshall test results of SBS modified asphalt mixture

通過各參數值與油石比的對應關系，可得出毛體積密度和馬歇爾穩定度最大值對應油石比分別為5.7%、5.2%，目標空隙率和飽和度中值對應油石比5.33%、5.28%，同時以滿礦料間隙率不低于14.5%的油石比范圍為4.83%~5.45%，OAC1=（5.7%+5.2%+5.33%+5.28%）/4=5.38%，OAC2=(4.83%+5.45%)/2=5.14%，最終確定SBS改性瀝青混合料的最佳油石比OAC= (5.38%+5.14%)/2=5.26%。

3.2 高溫穩定性

瀝青混合料是一種高溫條件下容易變軟并發生失穩變形的粘彈性材料，隨著交通量的不斷增長及行車荷載的日益增加，承壓一定的瀝青路面逐漸開始發生永久變形，整體結構強度開始降低，嚴重影響了瀝青路面的耐久性，因此，有必要對于瀝青混合料的高溫穩定性進行評價。為了檢驗冬季雪天采用融雪劑除雪后對于瀝青路面高溫穩定性的影響，本文室內成型300mm×300mm×50mm車轍板試件，采用車轍試驗分析三種融雪劑在不同濃度時對于SBS改性瀝青混合料的抗車轍性能影響，試驗溫度設置為60℃，評價指標為動穩定度，其試驗結果如圖2所示。

圖2 不同融雪劑濃度對動穩定度的影響Fig. 2 Effect of different snowmelting concentrations on dynamic stability

從圖2可以看出，隨著融雪劑濃度的增加，SBS改性瀝青混合料的動穩定度逐漸降低，三種融雪劑在不同濃度時對于混合料動穩定度的影響有所差異。氯化鈉、氯化鈣和醋酸鈉濃度從5%增加到20%，相應的動穩定度減小了27.4%、27.8%和33.7%，可以看出，瀝青混合料動穩定度受醋酸鈉的影響最大，氯化鈣、氯化鈉次之，且氯化鈉濃度超過15%后動穩定度下降幅度明顯增大。說明三種融雪劑對于SBS改性瀝青混合料高溫穩定性都有很大的降低，可能原因是在鹽溶液的侵蝕下集料的力學性能和SBS改性瀝青性能發生改變，且瀝青與集料界面在水和鹽溶液的共同作用下發生破壞，導致粘附性降低，隨著鹽溶液濃度的增大，這種破壞程度也就越強烈，最終導致抗永久變形能力減弱，高溫穩定性下降。

3.3 低溫抗裂性

瀝青路面在外界溫度驟降時由于路面結構內外的溫差過大會使瀝青混合料產生收縮變形，促使瀝青路面產生裂縫，加之雨水滲入結構層內部后在車輛荷載和動水壓力的綜合作用下逐漸使基層發生破壞，影響了瀝青路面結構的整體穩定性。在冬天雪季來臨時通常采用融雪劑將路面的冰雪及時除去，但融雪劑使用后對于瀝青路面的低溫性能是否會產生不利影響，本文采用MTS萬能材料試驗機分別對經過三種融雪劑處理后的小梁試件進行低溫彎曲試驗分析，試驗溫度為-10℃，采用試件破壞時的最大應變作為評價指標，其試驗結果如圖3所示。

圖3 不同融雪劑濃度對破壞應變的影響Fig. 3 Effect of different snowmelting concentration on failure strain

從圖3可以看出，經過三種融雪劑處理后，瀝青混合料試件破壞時的最大應變均隨著融雪劑濃度的增加而不斷減小，在融雪劑濃度小于15%時，對于試件破壞最大應變的影響程度中氯化鈣最大，醋酸鈉、氯化鈉次之，且醋酸鈉和氯化鈉相差不大，但當濃度大于15%后，醋酸鈉對于混合料試件的破壞應變影響最大，其次是氯化鈣、氯化鈉。說明三種融雪劑均會降低SBS改性瀝青混合料的低溫抗裂性，三種融雪劑中氯化鈉對于混合料低溫性能的影響程度最小。這是由于融雪劑鹽溶液和水分的綜合作用降低了瀝青與集料界面的粘結性能，減弱了混合料的整體強度，另一方面經過融雪劑鹽溶液侵蝕后，SBS改性劑會聚集并改變了SBS的分布狀態，在外界荷載應力的作用下可能會產生應力集中現象[7]，導致混合料試件過早開裂，最終降低了混合料的應力松弛能力和抗開裂性能。

3.4 水穩定性

由于瀝青混合料中的集料具有一定的親水性質，而瀝青的親水性較差，集料與瀝青界面在水分和外界荷載的長期作用下，粘結性逐漸降低，瀝青逐漸從集料表面剝落，最終會形成唧泥、坑槽等水損害破壞形式[8]。為了研究不同的融雪劑對于瀝青混合料水穩定性的影響，本文采用凍融劈裂強度試驗對不同濃度融雪劑處理后的混合料試件抗水損害性能進行評價，以凍融前后的劈裂強度比作為評價指標，其試驗結果如圖4所示。

圖4 不同融雪劑濃度對劈裂強度比的影響Fig. 4 Effect of different snowmelting concentration on splitting strength ratio

從圖4可以看出，隨著融雪劑濃度的增加，混合料劈裂強度比逐漸減小，在融雪劑濃度小于15%時氯化鈣和醋酸鈉對應的劈裂強度比幾乎相同，其對于混合料劈裂強度比的影響程度較大，而氯化鈉影響較小，當濃度在20%時醋酸鈉的影響程度最大，氯化鈉和氯化鈣次之，且此時三種融雪劑對應的劈裂強度比已不滿足JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術規范》的要求。

4 結論

（1）結合融雪劑融冰效果分析，試驗溫度和融雪劑濃度對于融冰質量均有很大的影響，在溫度較低且濃度較小時，融冰效果較差，而在濃度相對較大時，整體上氯化鈉的融冰效果較佳。

（2）隨著三種融雪劑濃度的增加，SBS改性瀝青混合料的動穩定度、低溫破壞應變和凍融劈裂強度比都呈現出逐漸降低趨勢，融雪劑的作用對其高溫穩定性和低溫抗裂性、水穩定性都產生了明顯的不利現象，且這種降低幅度隨著融雪劑濃度大于10%或15%后具有明顯增大趨勢，從三種融雪劑影響程度來看，氯化鈉的影響程度相對較小。

（3）綜合融冰效果和三種融雪劑濃度變化時對于SBS改性瀝青混合料路用性能的影響規律，可優先考慮氯化鈉融雪劑，且濃度建議為15%。