(河北省高速公路榮烏管理處，河北 保定 072550)

0 引言

我國北方地區(qū)天氣寒冷，受冰雪危害的影響較為嚴重，特別是在冬季大部分公路路面基本處于積雪和結冰狀態(tài)，為保證道路的安全運行需及時對路面積雪進行清除[1]。目前，我國采用的除雪技術主要為人工加機械輔助的方式，該方法不僅會耗費大量人力和物力，更會對路面結構和環(huán)境造成一定破壞。因此，深入研究融雪瀝青混合料在公路工程中的應用具有重要意義[2-5]。

近年來，國內學者關于融雪瀝青混合料的性能及材料特性等進行了大量研究。如張爭奇等[6]關于儲鹽類融雪抑冰材料對瀝青混合料性能影響展開研究，分析了融雪抑冰的主要材料類型、作用機理、評價方法及應用效果等，并探討了材料對瀝青混合料融雪抑冰功能和路用性能的影響；肖勁松等[7]關于物理-化學綜合融雪除冰瀝青混合料展開研究，分別就鹽化物融雪劑的選擇、橡膠顆粒的摻入方法、物理-化學融雪除冰瀝青混合料配合比設計、物理-化學融雪除冰瀝青混合料的成型工藝等4個方面進行了深入研究，為解決冬季道路冰雪問題提供了新的思路和途徑；劉子銘等[8]關于超薄鹽化物自融雪瀝青混合料融雪性能展開研究，以溶液電導率作為評價指標來表征溶液中鹽分濃度大小，間接評價自融雪瀝青混合料的融雪化冰效果；采用灰熵法分析不同影響因素對融雪性能的顯著性，并對其融雪機理進行探討；李根等[9]關于融雪瀝青混合料融雪效果長效性評價方法進行研究，選擇了兩類融雪填料，在材料路用性能研究的基礎上，基于相似性原理建立了飽水模型，采用溶液電導分析法研究了融雪瀝青混合料中融雪填料的析出變化規(guī)律，并提出融雪長效性預估模型。上述研究主要是針對融雪防冰材料、物理-化學融雪除冰方法及融雪長期性效果展開分析，而關于鹽化物融雪瀝青混合料的應用研究仍需進一步完善?；诖耍疚尼槍}化物融雪瀝青混合料的路用性能及實際工程應用效果展開試驗研究，其成果可為公路融雪路面研究提供有益參考。

1 原材料

瀝青混合料中摻入鹽化物主要是為了起到降低冰點及破冰融雪的作用，通過利用鹽化物部分或全部替代混合料中的礦粉來制作鹽化物融雪瀝青混合料，其主要材料如下：

鹽化物：采用由日本生產的Mafilon材料，是一種通過特殊工藝將氯化鈉灌入火成巖多孔結構后所得的新型材料，主要化學成分包含：MgCI、CaCI、SiO2及NaCI等，其中NaCI作為有效成分占比在55%左右。MFL主要技術參數見表1。

表1 MFL主要技術參數Table 1 MFL main technical parameters材料密度/(g·cm-3)含水量/%含鹽量/%pH值顆粒含量篩選結果/%<0.6 mm<0.15 mm<0.075 mmMFL2.2860.28578.210091.274.9

瀝青：試驗選用SBS改性瀝青，SBS改性瀝青主要技術指標見表2。

集料：粗集料采用骨料粒徑為10～15、5～10 mm的玄武巖碎石，與瀝青粘附性為5級，表觀密度為2.76 g/cm3，壓碎值為12.2%，洛杉磯磨耗損失為12.5%，吸水率為1.42%，針片狀含量為7.2。細集料采用骨料粒徑為0～3 mm的玄武巖機制砂，表觀密度為2.82 g/cm3，砂當量為69%，吸水率為1.28%。

表2 SBS改性瀝青技術指標Table 2 Technical indicators of SBS modified asphalt項目15 ℃密度/(g·cm-3)閃點/℃針入度(25 ℃,100g,5s)/0.1mm針入度指數PI規(guī)范取值實測≥23040～60≥0試驗結果1.082342520.11延度(5℃,5 cm/min)/cm軟化點/℃135 ℃動力粘度/(Pa·s)薄膜烘箱試驗質量損失/%針入度比25℃/%延度5℃/cm≥25≥65≤3≤±0.6≥70≥2032752.40.147323

礦粉：采用由石灰?guī)r碎石打磨后所得礦粉，其主要技術參數見表3。

表3 礦粉主要技術參數Table 3 Main technical parameters of mineral powder材料密度/g·cm-3 含水量/%親水系數塑性指數顆粒含量篩選結果/%<0.6mm<0.15mm<0.075mm礦粉2.6620.60.723.110092.179.3

2 配合比設計

鹽化物瀝青混合料的設計工藝和制備流程等與基質瀝青混合料基本一致，唯一區(qū)別是鹽化物瀝青混合料需采用MFL材料部分或全部代替礦粉。根據對比鹽化物和礦粉物理參數發(fā)現，鹽化物的密度要大于礦粉密度，在設計配合比時若采用等質量置換法進行替代，將會導致礦粉體積增大，容易造成瀝青混合料流動性下降，因此替代過程選用不會對礦粉體積造成影響的等體積置換法，同時對瀝青混合料配合比的合成級配及時進行修正。為了研究鹽化物摻量對瀝青混合料路用性能的影響及確定最佳鹽化物摻量，同時設計鹽化物摻量分別為0%、2%、4%及6%的4種配合比方案進行瀝青混合料路用性能對比試驗，確定材料設計比例見表4[9-12]。

表4 鹽化物瀝青混合料配合比設計Table 4 Mixing ratio design of salted asphalt mixture設計方案鹽化物/%礦粉/%瀝青含量/%粗集料含量/%5～10mm10～15mm細集料含量/%木質纖維含量/%一0962742150.4二2762742150.4三4562742150.4四6362742150.4

3 路用性能分析

根據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》(JTGE20-2011)規(guī)范要求，鹽化物融雪瀝青混合料高溫穩(wěn)定性、低溫穩(wěn)定性及水穩(wěn)定性分別采用動穩(wěn)定度車轍試驗、小梁彎曲試驗以及劈裂強度測試的試驗方法，對凍融循環(huán)作用下不同配合比方案的瀝青混合料路用性能展開綜合比較，試驗結果如下：

3.1 低溫穩(wěn)定性

鹽化物瀝青混合料低溫穩(wěn)定性的好壞主要通過劈拉強度和最大拉應變進行評價，通過對4種配合比方案進行小梁彎曲試驗，并針對凍融作用下不同設計方案的瀝青混合料彎拉強度及最大拉應變變化規(guī)律展開對比分析，結果如圖1所示。

(a) 彎拉強度

(b) 最大拉應變

Figure 1 Low temperature stability performance curve of asphalt mixture under freeze-thaw action

根據圖1(a)可知，瀝青混合料中摻入鹽化物對提高劈拉強度效果顯著，隨著鹽化物摻量的增加，瀝青混合料的劈拉強度呈不斷增大趨勢，其中采用方案二、三的瀝青混合料劈拉強度增強效果要遠小于方案四，說明鹽化物摻量過少時，對瀝青混合料劈拉強度的提升效果較小，而采用方案四時，對瀝青混合料劈拉強度的提升效果顯著。不同方案的鹽化物瀝青混合料劈拉強度均隨著凍融循環(huán)次數的增加而不斷減小，原因是由于凍融循環(huán)的作用，空氣中介質通過瀝青混合料的孔隙結構滲入其中，導致混合料內部原材料之間的粘結強度下降，從而降低了瀝青混合料的劈拉強度。

根據圖1(b)可知，鹽化物的摻入對提高瀝青混合料最大拉應變效果同樣顯著，隨著鹽化物摻量的增加，瀝青混合料的最大拉應變呈不斷增大趨勢，其中采用方案二、三的瀝青混合料最大拉應變增強效果要遠小于方案四，說明鹽化物摻量過少時，對瀝青混合料最大拉應變的提升效果較小，而采用方案四時，對瀝青混合料最大拉應變的提升效果顯著。不同方案的鹽化物瀝青混合料最大拉應變均隨著凍融循環(huán)次數的增加而不斷減小，原因是由于凍融循環(huán)的作用，空氣中介質通過瀝青混合料的孔隙結構滲入其中，導致混合料內部原材料之間的粘結強度下降。瀝青混合料最大拉應變越大表明在凍融作用下可以承受的應變越大，因此鹽化物摻量采用方案四時，瀝青混合料的低溫穩(wěn)定性最強。

3.2 高溫穩(wěn)定性

鹽化物瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的好壞主要通過動穩(wěn)定度進行評價，通過對4種配合比方案進行動穩(wěn)定度車轍試驗，并針對凍融作用下不同設計方案的瀝青混合料動穩(wěn)定度變化規(guī)律展開對比分析，結果如圖2所示。

根據圖2可知，鹽化物的摻入對提高瀝青混合料動穩(wěn)定度效果顯著，隨著鹽化物摻量的增加，瀝青混合料的動穩(wěn)定度呈不斷增大趨勢，說明增加鹽化物摻量可以增強瀝青混合料高溫穩(wěn)定性。當鹽化物摻量由方案二增至方案四時，瀝青混合料動穩(wěn)定度增長趨勢逐漸變大，說明隨著鹽化物摻量的增加，對瀝青混合料動穩(wěn)定度的提升效果越大。不同方案的鹽化物瀝青混合料動穩(wěn)定度均隨著凍融循環(huán)次數的增加而不斷減小，且隨著鹽化物摻量的增大，不同凍融循環(huán)次數的瀝青混合料動穩(wěn)定度變化趨勢越來越穩(wěn)定，說明雖然凍融作用會導致瀝青混合料動穩(wěn)定度下降，但鹽化物的摻入提升了瀝青混合料的動穩(wěn)定度，且經凍融次數越多提升效果越明顯。因此，鹽化物摻量采用方案四時，瀝青混合料動穩(wěn)定度最高且在凍融作用下最穩(wěn)定，表明此時瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性最強。

圖2 凍融作用下瀝青混合料動穩(wěn)定度變化曲線Figure 2 Dynamic stability curve of asphalt mixture under freeze-thaw action

3.3 水穩(wěn)定性

鹽化物瀝青混合料水穩(wěn)定性的好壞主要通過劈裂強度進行評價，通過對4種配合比方案進行劈裂強度測試試驗，并針對凍融作用下不同設計方案的瀝青混合料劈裂強度變化規(guī)律展開對比分析，結果如圖3所示。

圖3 凍融作用下瀝青混合料劈裂強度變化曲線Figure 3 Curve of splitting strength of asphalt mixture under freeze-thaw action

根據圖3可知，在采用無鹽化物摻入的方案一時，瀝青混合料的凍融劈裂強度呈最小值，采用摻入少量鹽化物的方案二后，瀝青混合料的凍融劈裂強度顯著提升，說明鹽化物的摻入可以有效增強瀝青混合料凍融劈裂強度。當鹽化物摻量由方案二增至方案四時，瀝青混合料的凍融劈裂強度增長趨勢逐漸變大，說明隨著鹽化物摻量的越大，對瀝青混合料凍融劈裂強度的提升效果越大。不同方案的鹽化物瀝青混合料凍融劈裂強度均隨著凍融循環(huán)次數的增加而不斷減小，原因是遇水后鹽化物材料中的含鹽顆粒會產生化學效應，造成瀝青與集料之間的粘聚力下降，最終導致瀝青混合料凍融劈裂強度降低。鹽化物摻量采用方案四時，瀝青混合料凍融劈裂強度均呈最大值，表明此時瀝青混合料的水穩(wěn)定性最強。

4 應用效果

根據比較以上4種設計方案的鹽化物融雪瀝青混合料在凍融作用下，低溫穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性及水穩(wěn)定性的分析結果，得出采用鹽化物摻量為6%的方案四制備鹽化物瀝青混合料的路用性能最好。為驗證方案四在實際工程的融雪、破冰效果，對某公路采用方案四制備的鹽化物融雪瀝青混合料進行路面鋪裝，施工過程中瀝青混合料流動性較好，無凝結和攤鋪困難等現象。養(yǎng)護階段完成后對路面融雪效果進行現場觀察，在停雪1 d后，積雪層表面無明顯變化，撥開積雪層路面呈潮濕狀態(tài)且無凍結現象；停雪3 d后，積雪層呈現明顯融化現象，路面兩側出現大量融水；停雪5 d后，除路面兩側還有少量積雪外，路面積雪基本完全融化。由此表明，采用方案四鋪設的融雪路面在抑制結冰及加速融雪方面效果顯著，同時驗證了該方案的實際應用效果。

5 結語

上文介紹了組成鹽化物融雪瀝青混合料的主要成分以及原材料的技術指標，設計了不同鹽化物摻量配合比方案，通過試驗對比分析了瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫穩(wěn)定性及水穩(wěn)定性變化規(guī)律。鹽化物的摻入對提升凍融作用下瀝青混合料的路用性能有顯著效果，隨著鹽化物摻量的增加，瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫穩(wěn)定性及水穩(wěn)定性均不斷提升，其中采用方案四制備的鹽化物融雪瀝青混合料路用性能最佳。同時，通過對方案四在實際工程中的應用效果觀察發(fā)現，鹽化物瀝青混合料在施工過程中無凝結、攤鋪困難等現象，流動性較好，在抑制路面結冰及加速融雪方面效果顯著，驗證了該方案的實際應用效果。