鹽化物瀝青混合料組成設計及路面實體研究

徐占強

（秦皇島市公路工程建設管理處 秦皇島 066000）

目前，國內外交通部門探索了許多清除道路積雪結冰的方法，包括清除法和融化法，清除法又分為人工清除法和機械清除法等；融化法包括化學抑制凍結法和熱融化法［1］。在2011年實施的秦皇島市205國道改線工程中選取了K3＋240～K3＋480段右幅鋪筑了化學抑制凍結瀝青路面，即鹽化物瀝青路面試驗段。鹽化物瀝青路面是指在瀝青混合料中添加了一定量的化學抑制凍結材料（鹽化物Mafilon粉末狀材料），本文主要論述鹽化物瀝青混合料組成設計研究過程和鹽化物路面實體監測情況，對鹽化物抑制凍結瀝青混凝土路面進行了探索。

1 混合料級配組成設計

根據施工實際并考慮鹽化物凍結抑制效果的持續性，鹽化物瀝青混合料的級配組成采用中粒式AC－13密級配瀝青混合料。

1.1 礦料級配的選擇

結合秦皇島市瀝青路面建設經驗，對現行《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40－2004）規定的AC－13礦料級配范圍進行了調整，以適當減少靠近最大粒徑的粗集料和細集料中較細部分的比例、控制礦粉比例，適當增加中間檔次的粗集料的級配調整原則，初選3條級配曲線，使得瀝青混合料具有適宜的空隙率，滲水性小，并具有較好的高溫穩定性和較大的表面構造深度。瀝青混合料目標空隙率范圍為3%～5%，根據工程經驗，初選4.7%的油石比，進行馬歇爾試驗，根據試件馬歇爾試驗結果，選定一條試驗用礦料級配，礦料級配選擇見表1。

表1 初選AC－13級配

1.2 馬歇爾試驗結果

按照初選的3條級配曲線，進行馬歇爾試驗，成型直徑101.6 mm 馬歇爾試件，雙面擊實75次，每組數量不少于4個，擊實溫度165℃，冷卻至室溫后脫模。采用表干法測定壓實瀝青混合料密度［2］，計算試件的空隙率、礦料間隙率、瀝青飽和度等體積指標，測定不同級配的瀝青混合料馬歇爾穩定度、流值。試驗結果見表2。

表2 級配選擇馬歇爾試驗結果

根據不同級配條件下的馬歇爾試驗結果，以目標空隙率為關鍵控制指標，最終選定級配1作為普通瀝青混合料AC－13的試驗級配，以此為基礎，調整鹽化物置換不同比例礦粉后的添加量。

2 填料體積等效置換法研究

鹽化物Mafilon材料是一種粉末狀材料，與瀝青混合料用的礦粉具有相似的級配，可以代替混合料中的部分或者全部填料。但Mafilon材料的密度比礦粉的密度要小，如果直接等質量置換礦粉用量，會增加填料的體積，降低瀝青混合料的流動性能，增大拌和及攤鋪難度，并且影響路面的高溫穩定性。因此，進行鹽化物瀝青混合料配合比設計時，需要修正鹽化物的添加量。

2.1 填料體積等效置換計算方法

Mafilon材料的添加量根據路面凍結抑制效果的不同而不同，根據瀝青路面施工技術規范，礦粉用量一般采用5%左右。因此在進行級配設計時，根據現行規范規定和工程經驗，確定了0.075 mm 時通過的質量分數為5.5%，在此基礎上，根據填料體積等效置換原則，確定修正后的鹽化物添加量。

填料體積等效置換法是指用相同體積的鹽化物替代礦粉，從而修正鹽化物在礦料中的質量分數。計算方法見式（1）。

式中：m 為置換后鹽化物的添加質量分數，%；m0為置換前填料的添加質量分數，%；ρ1 為填料的表觀相對密度；ρ2 為鹽化物表觀相對密度。

鹽化物Mafilon材料置換不同比例礦粉后的修正結果見表3。

表3 AC－13鹽化物瀝青混合料修正前后結果

2.2 鹽化物添加量對馬歇爾試驗結果的影響分析

馬歇爾方法實施簡單，且長期以來人們已經積累了豐富的實踐經驗和資料，因此，采用該方法確定鹽化物融雪瀝青路面的配合比。

采用表3 中修正后的礦料級配組成結果，根據工程經驗，采用5組不同的油石比，按照現行規范《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20－2011）（T0709－2011）要求制作直徑101.6mm 馬歇爾試件，雙面擊實75 次，每組數量不少于4個，擊實溫度165℃，冷卻至室溫后脫模。采用表干法測定壓實瀝青混合料密度，計算試件的空隙率、礦料間隙率、瀝青飽和度等體積指標，測定不同級配的瀝青混合料馬歇爾穩定度、流值，試驗結果見圖2。

圖2 AC－13鹽化物瀝青混合料馬歇爾試驗結果

由圖2a）密度變化圖可以看出，鹽化物瀝青混合料毛體積密度隨油石比的變化趨勢和普通瀝青混合料相同，均隨瀝青用量的增加而增大，在某一瀝青用量條件下達到最大值后，隨瀝青用量的繼續增加而減小。這是由于鹽化物Mafilon的密度小于礦粉的密度，因此，在相同瀝青用量下，鹽化物瀝青混合料的密度較普通瀝青混合料要小。

由圖2d）穩定度變化圖可以看出，鹽化物瀝青混合料的穩定度變化趨勢與普通瀝青混合料的穩定度變化趨勢相同。但與普通瀝青混合料相比，鹽化物瀝青混合料的穩定度偏低，隨著鹽化物置換率的增加，穩定度降低。當鹽化物完全置換礦粉時，混合料仍能夠滿足現行規范對穩定度的要求。

由圖2f）最佳油石比影響圖可以看出，在相同礦料級配條件下，鹽化物體積等效置換礦粉后，對瀝青混合料的最佳油石比沒有太大影響。

分析馬歇爾試驗結果發現，不同鹽化物含量的瀝青混合料空隙率、礦料間隙率、瀝青飽和度等體積指標隨油石比具有相同的變化趨勢，且在相同油石比時，幾乎具有相同的結果。

綜上可知，鹽化物瀝青混合料的穩定度較普通瀝青混合料偏低，但仍能滿足現行規范對高等級公路的要求。在相同礦料級配條件下，鹽化物的添加量對瀝青混合料的最佳油石比沒有太大影響。本試驗確定的不同鹽化物置換率時瀝青混合料的最佳油石比為4.7%。

3 試驗路檢測

3.1 級配和油石比檢測

在施工過程中對混合料的級配和油石比定期進行抽檢，采用拌和站或現場取樣的方法，對混合料進行抽提試驗，與生產配合比和施工最佳油石比進行對比，檢驗混合料的級配和油石比，見表4。現場抽提試驗結果表明。生產配合比和施工最佳油石比與設計值接近，符合標準。

表4 級配與油石比檢測

3.2 壓實度檢測

對試驗段每50m 取一點進行鉆心取樣，測定毛體積密度，并與室內標準馬歇爾密度進行比較，壓實度符合要求。

3.3 鹽分的確認

硝酸銀溶液和氯化物會發生白灼反應，有白色沉淀物產生，即生成氯化銀（AgCl）沉淀。根據這個原理，在鋪筑的瀝青混凝土路面上滴數滴硝酸銀溶液，觀察是否產生白色沉淀來確定是否有鹽分的析出，間接地評價融雪抑冰效果。

3.4 構造深度檢測［3］

構造深度是路面粗糙度的重要指標，可用于評定路面表面的宏觀粗糙度、排水性能及抗滑性。現場測定的構造深度與試驗段構造深度符合規范標準。

3.5 平整度檢測

平整度是反應道路施工質量的一個重要指標，通過3m 直尺進行連續10次量測，試驗段平整度合格率100%，達到規范要求。

3.6 融雪效果觀測

除冰雪性能有待于合適時機觀測外，降雪后觀測表明，在沒有采取任何被動除雪措施情況下，小到中雪后，試驗段路面沒有積雪，基本全部融化；而普通路段，路面有積雪，且有輕微凍結痕跡。

4 鹽化物路面性能和環境影響分析

鹽化物融雪瀝青路面的有效凍結抑制成分為氯化鈉易溶鹽，由于鹽分的逐漸析出，對沿途結構物存在一定的腐蝕性。但由于鹽分析出的量較直接撒布融雪劑的量相對小得多，因此對沿途結構物及環境的影響將大大降低。可通過在混凝土中添加引氣劑、阻銹劑，降低水灰比等措施予以防止。

試驗路運營1年來，路用性能優良，融雪效果較好，降低了冬季除雪時公路的養護成本，提高了冰雪道路的行車安全性。

［1］王 鋒，李小江，韓微微，等.磁能融雪加熱系統在公路工程中的應用研究［J］.公路交通科技，2012（9）：141.

［2］JTG E20－2011公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程［S］.北京：人民交通出版社，2011.

［3］JTG F80／1－2004公路工程質量檢驗評定標準［S］.北京：人民交通出版社，2004.