蓄盐类抗凝冰材料对沥青混合料路用性能影响研究

蓄盐类抗凝冰材料对沥青混合料路用性能影响研究王静（河南工业和信息化职业学院，河南焦作　４５４１５０）摘要：为评价蓄盐类抗凝冰沥青混合料的路用性能，优选蓄盐材料，利用等体积置换矿粉的方法设计沥青混合料配合比，通过车辙试验、冻融劈裂试验、饱和浸水马歇尔试验、低温弯曲试验和抗剥落试验分析了蓄盐抗凝冰材料类型、掺量及相关试验参数等对沥青混合料性能的影响。

结果表明，蓄盐抗凝冰材料劣化了沥青混合料的各项性能，且随着其掺量的增加影响程度愈显著，尤其是对于水稳定性能和低温抗裂性能；利用改进的肯塔堡飞散试验能评价蓄盐材料对沥青混合料抗剥落效果的影响，饱和水作用时间、环境温度等因素均会加速沥青混合料的质量损失；盐化物有效成分是否被均匀裹覆对路用性能起主导作用，蓄盐ＩｃｅＢａｎｅ沥青混合料的性能均优于Ｍａｆｉｌｏｎ；蓄盐抗凝冰沥青混合料的各项性能指标均满足规范要求。

关键词：公路；沥青混合料；蓄盐类抗凝冰材料；路用性能；抗剥落性中图分类号：Ｕ４１６．２ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７１－２６６８（２０１７）０６－００８７－０４ 近年来，随着交通工程领域材料新技术的不断发展，道路除冰融雪逐渐由传统的被动除冰形式向主动抑制形式发展。

蓄盐类抗凝冰材料最早应用于欧洲等发展国家，随后日本引进该技术并在此基础上开发了适合本地域的除冰技术方法，取得了良好使用效果。

蓄盐类抗凝冰技术主要是通过在常规沥青混合料中掺加一定量盐化物，在路面结构内部形成盐化物析出组分（主要成分为氯化钠、氯化钙等），在路面温度较低时，析出的盐分可降低路表面的冰点，延迟或防止路面结冰。

目前，中国针对该技术的应用处于初步探索阶段，有些地区仅尝试性地铺筑了一定试验段，王锋等分析了氯化钠、氯化钙粉末抑制冻结的效果及影响因素，谭忆秋等评价了蓄盐类抗凝冰材料的融冰性能，张丽娟等提出了蓄盐沥青混合料配合比设计方法，较少涉及沥青混合料结构性能影响分析。

该文对不同类型蓄盐类抗凝冰材料、不同掺量下的沥青混合料进行路用性能研究，采用改进的肯塔堡飞散试验评价蓄盐材料对沥青混合料抗剥落性能的影响。

１　试验方案１．１　原材料选择性能优良的壳牌ＳＢＳ改性沥青（山东石油化工有限公司生产），集料、矿粉采用郑州附近碎石场生产的玄武岩和石灰岩矿粉，根据ＪＴＧＥ２０－２０１１《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》测试沥青的性能，技术指标和级配均满足ＪＴＧＦ４０－２００４《公路沥青路面施工技术规范》的要求（见表１、表２）。

蓄盐类抗凝冰材料选择日本公司生产的Ｍａ ｆｉｌｏｎ（ＭＦＬ）和国内某公司生产的ＩｃｅＢａｎｅ，其主要技术指标见表３。

表１　犛犅犛改性沥青的基本性质检测项目试验结果规范要求针入度（２５℃，１００ｇ，５ｓ）／（０．１ｍｍ）５１．７３０～６０软化点（环球法）／℃１０７．８＞６０闪点（ＣＯＣ）／℃３５３＞２３０延度（５ｃｍ／ｍｉｎ，１５℃）／ｃｍ－－当量软化点犜８００／℃５４．６＞５０当量脆点犜１．２／℃－１７＜－８薄膜加热试验（１６３℃，５ｈ）质量损失／％－０．０１３ ＜１．０针入度比／％７３．７≥６５延度（１０℃）／ｃｍ６２．４＞３０７８ 公　路　与　汽　运 　总第１８３期 犎犻犵犺狑犪狔狊＆犃狌狋狅犿狅狋犻狏犲犃狆狆犾犻犮犪狋犻狅狀狊 表２　集料的基本性质集料类型技术指标试验结果规范要求粗集料压碎值％１６．８≤２６洛杉矶磨耗值／％２３≤２８磨光值／ＢＰＮ４１．２≥３８吸水率／％０．６≤２针片状颗粒含量／％５．４≤１２表观相对密度２．７４３≥２．６毛体积相对密度２．７２１－细集料表观相对密度　２．７５５　≥２．５砂当量／％７８≥６０含泥量（小于０．０７５ｍｍ含量）／％０．７≤３表３　蓄盐类抗凝冰材料的基本性质类型外观比重／（ｇ·ｍＬ－１）含水量／％粒径／ｍｍ推荐用量／％主要成分ＩｃｅＢａｎｅ灰白粉末状，无团粒结块２．５２１＜０．５≤０．２６～８二氧化硅、氯化钠、氧化镁、氧化钙Ｍａｆｉｌｏｎ（ＭＦＬ）疏水性混合粉状物２．２５０＜０．５≤０．５５～８二氧化硅、氯化钠１．２　配合比设计按ＪＴＧＦ４０－２００４《公路沥青路面施工技术规范》，选择上面层用ＡＣ－１６密级配作为室内试验研究对象。

首先确定矿料级配，采用马歇尔试验确定最佳油石比为４．７％；然后采用蓄盐类抗凝冰材料等体积置换矿粉的方法对其进行添加，这是由于蓄盐类材料的密度为２．２～２．６ｇ／ｃｍ３，低于矿粉密度，若采用等质量替换，会影响成型沥青混合料的组成结构，如孔隙率、质量等；最后根据等体积置换法，结合蓄盐材料工程经验用量，选择５％、６％、７％、８％掺量对蓄盐类抗凝冰沥青混合料进行路用性能研究。

１．３　试验方法在ＡＣ－１６沥青混合料中分别掺加ＩｃｅＢａｎｅ和Ｍａｆｉｌｏｎ（ＭＦＬ）抗凝冰材料，掺量为０、５％、６％、７％、８％。

按照ＪＴＧＥ２０－２０１１《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》分别进行高温抗车辙试验、低温弯曲试验、冻融劈裂试验和浸水马歇尔试验。

同时通过改进的肯塔堡飞散试验评价其抗剥落性能，试验温度为６０℃（夏季沥青路面可达到的最高温度），饱水时间２４和４８ｈ；以标准飞散试验作对比。

２　试验结果与分析２．１　抗凝冰材料对沥青混合料高温性能的影响沥青混合料在高温环境作用下呈现粘弹性特征，车辙是粘弹性特质的直接反映。

在行车荷载反复作用下，路面轮迹带处将首先出现车辙，并随着环境、作用次数的增加而逐渐显著，进而影响整个路面结构，导致其他病害。

通过车辙试验分析蓄盐沥青混合料的高温稳定性能，结果见图１、图２。

图１　蓄盐类抗凝冰沥青混合料的动稳定度图２　蓄盐类抗凝冰沥青混合料的车辙深度从图１、图２可看出：１）蓄盐类抗凝冰材料的掺加显著影响了沥青混合料的高温稳定性能，随着其掺量的增加，沥青混合料的动稳定度呈下降趋势，６０８８ 公　路　与　汽　运 ２０１７年１１月　ｍｉｎ车辙深度则呈增加趋势。

掺量为８％时，掺加ＩｃｅＢａｎｅ和ＭＦＬ的沥青混合料的动稳定度分别降低３１％、４１％，说明蓄盐材料降低了沥青混合料的高温抗车辙能力。

２）ＩｃｅＢａｎｅ对沥青混合料高温性能的劣化程度低于ＭＦＬ材料，且随着掺量的增加劣化差异性逐渐增加。

ＩｃｅＢａｎｅ和ＭＦＬ掺量为５％时，动稳定度分别降低５％、６％；掺量为７％时，分别降低２９％、３３％。

车辙深度的发展规律与此相同，ＩｃｅＢａｎｅ和ＭＦＬ用量为５％时，车辙深度分别增加１５％、２９％；掺量为８％时，分别增加５７％、６１％。

产生上述现象的原因主要是两种蓄盐材料析出成分的作用，与ＩｃｅＢａｎｅ材料相比，ＭＦＬ沥青混合料结构中的盐化物无法均匀包裹于矿料介质中，导致盐化物影响沥青与集料的粘附效果，故对高温抗剪切能力的影响更显著。

３）尽管蓄盐类抗凝冰材料对沥青混合料高温抗车辙能力有显著影响，但其最大用量时的动稳定度仍满足规范要求（２８００次／ｍｍ）。

２．２　抗凝冰材料对沥青混合料水稳定性的影响蓄盐类抗凝冰沥青混合料水稳定性试验结果见图３、图４。

图３　蓄盐类抗凝冰沥青混合料的残留稳定度图６　蓄盐类抗凝冰沥青混合料的破坏极限劲度模量从图５、图６可看出：１）与高温性能、水稳定性类似，蓄盐类抗凝冰材料显著影响了沥青混合料的低温抗裂性能，随着其掺量的增加，小梁弯曲破坏极限应变越来越小，破坏劲度模量则持续增加。

抗凝冰材料降低了沥青胶结料的低温延伸性能，促使沥青混合料变脆，提高了温度敏感性。

如ＭＦＬ掺量为５％、６％、７％、８％时，沥青混合料的弯曲破坏极９８　２０１７年第６期王静：蓄盐类抗凝冰材料对沥青混合料路用性能影响研究限应变分别为３２１５、３１６８、２９７３和２８３６με，相比未掺加ＭＦＬ时，极限应变分别降低１４％、１５％、２４％、２９％。

２）破坏极限劲度模量表征沥青混合料在特定温度下应力与应变的非线性关系，在－１０℃条件下，该值越大，则沥青混合料的粘质应变越小，沥青混合料低温柔度愈差。

蓄盐类抗凝冰沥青混合料的劲度模量高于未掺加蓄盐材料的沥青混合料，与弯曲破坏应变指标反映的情况相对应。

３）整体上，ＩｃｅＢａｎｅ沥青混合料的低温抗裂性能优于ＭＦＬ沥青混合料，掺量为５％、７％、８％时，ＩｃｅＢａｎｅ沥青混合料的弯曲破坏应变均大于ＭＦＬ沥青混合料，分别提高７％、２％和２％；但掺量６％时，ＩｃｅＢａｎｅ沥青混合料的极限破坏应变小于ＭＦＬ沥青混合料。

结合相关文献分析，这可能是由试验误差等因素所致。

４）ＩｃｅＢａｎｅ和ＭＦＬ最大掺量时，沥青混合料的弯曲极限破坏应变分别为２８８５、２８３６με，满足规范要求（２５００με）。

２．４　抗凝冰材料对沥青混合料抗剥落性能的影响上述研究结果显示蓄盐类抗凝冰沥青混合料中析出的盐分（氯化钠、氯化钙等）会影响沥青混合料内部结构的粘聚效果（沥青与矿料的粘附性）。

沥青路面在夏季高温环境下，由于交通荷载反复作用，加上雨水较充沛，路表容易出现集料剥落、飞散，并逐渐发展为坑槽等病害，是一种较常见的破坏现象。

鉴于蓄盐类抗凝冰沥青混合料的特殊性，更需研究其抗剥落性能。

对规范中飞散试验条件加以改进（温度６０℃，饱和２４和４８ｈ）后进行试验，结果见图７、图８。

从图７、图８可看出：１）随着蓄盐类抗凝冰材料掺量的增加，沥青混合料质量损失率逐渐增加，且质量损失率变化幅度受温度的影响，饱和温度６０℃时的变化幅度高于２０℃时。

如ＩｃｅＢａｎｅ掺量为５％、６％、７％、８％时，与未掺加蓄盐材料时相比，沥青混合料的质量损失率分别增加２５％、３１％、３７％和４６％；６０℃、２４ｈ时与２０℃、２０ｈ时相比，质量损失率分别提高１２％、１０％、１６％和１６％。

说明抗凝冰材料降低了沥青混合料的抗剥落性能，析出的盐化物影响了沥青胶浆与集料的粘附效果。

２）试件饱和浸水时间对质量损失率有显著影响，随着饱和时间的增加，质量损失率显著增加，说明饱和水作用加速了沥青混合料的剥落。

尤其是在６０℃、４８ｈ时，两种沥青混合料的质量损失率提升幅度随着掺量的增加而增加。

在６０℃、２４ｈ和６０℃、４８ｈ条件下，ＭＦＬ掺量为５％、６％、７％、８％时，沥青混合料的质量损失率分别为６．６％、７．６％、９．２％、１０．１％和６．９％、７．９％、１０．３％、１３．２％。

３）ＩｃｅＢａｎｅ沥青混合料的抗剥落性能优于ＭＦＬ沥青混合料，在２０℃、２０ｈ条件下，掺量为５％、６％、７％、８％时，与ＭＦＬ相比，ＩｃｅＢａｎｅ的质量损失率分别降低２％、１６％、２２％和２４％，且随着掺量的增加，二者的相差幅度逐渐增加。

图７　沥青混合料质量损失率随蓄盐类抗凝冰材料掺量的变化图８　蓄盐类抗凝冰沥青混合料饱和时间对 质量损失率的影响综上所述，夏季高温多雨环境会对蓄盐类沥青路面产生较为不利的影响，这是今后需深入研究的问题。

结合相关文献分析，石质集料含有不同成分（下转第９４页）由图７可知：基层与沥青混合料面层层间抗直剪强度随乳化沥青掺量的变化而变化，无论乳化沥青是否掺入渗透剂，基层与沥青混合料面层层间抗直剪强度都在乳化沥青掺量为０．９Ｌ／ｍ２时达到峰值；在相同乳化沥青掺量下，掺入渗透剂试件的层间抗直剪强度高于未掺入渗透剂的试件；在乳化沥青、渗透剂、水掺量一定的情况下，试件１４、２８ｄ龄期的抗直剪强度无明显差别，说明在水稳基层强度稳定的情况下，龄期对基层与面层层间抗直剪强度的影响不大。