融雪劑對瀝青及其混合料性能的影響

（天津城建設計院有限公司，天津市 300073）

0 引言

近年來,在我國的南方和北方地區相繼出現了大面積的雨雪天氣，當雨雪在路面上累積后，由于極端的低溫環境會迅速凝結成冰，導致路面的抗滑性能顯著下降，嚴重危及行車安全。因此，應采用有效的手段快速地除雪化冰以提高雨雪天氣的出行能力，保障人車的出行安全。目前，常用的除雪化冰方法主要有人工或機械除冰、采用自融雪路面、撒布融雪劑以及綜合性除冰等[1-2]。在以上幾種除雪化冰方法中，人工或機械除冰的工作量大且效率較低，自融雪路面的研究尚不成熟且造價較高，在一定時期內很難得到大面積推廣應用。而融雪劑則由于價格低廉、融雪效果好得到了廣泛的應用[3]，相關研究表明，撒布融雪劑具有良好的融雪化冰效果，使冬季的交通事故率降低了88.3%，顯著降低了雨雪天氣行車的安全隱患[4]。

然而，大規模的撒布融雪劑給道路周圍的環境及結構本身也帶來了諸多不利影響，例如公路上很多結構物被腐蝕，道路附近的水體富營養化以及周圍的土壤出現鹽漬化現象等[5]。目前，關于融雪劑對周圍的環境、水泥混凝土及其結構物的影響方面已開展了大量的研究[6-7]，而關于瀝青路面方面的研究較少，融雪劑對瀝青路面的影響及其作用機理尚未形成統一的認識。因此，該文選擇氯化鈉、氯化鈣和醋酸鈉三種不同類型的融雪劑，分別從融雪劑對瀝青及其混合料性能的影響方面開展研究，以期為評價融雪劑對瀝青路面性能的影響及融雪劑類型的合理選擇提供一定的參考依據。

1 原材料及試驗方案

1.1 原材料

采用SK70#瀝青和SBS改性瀝青，兩種瀝青的性能指標如表1和表2所示。

表1 SK70#基質瀝青各性能指標

表2 SBS改性瀝青各性能指標

本文中選用的融雪劑為氯化鈉（NaCl）、氯化鈣（CaCl2）和醋酸鈉（CH3COONa）三種，其中三種融雪劑均為天津某化工廠生產的分析純試劑，外觀為白色類結晶或粉末。氯化鈉易溶于水和甘油，氯化鈣易溶于水和乙醇，醋酸鈉易溶于水。

混合料采用玄武巖粗、細集料和石灰巖礦粉，經檢驗集料和礦粉的各項指標均能滿足中國現行技術標準的要求。混合料的級配采用上面層廣泛采用的AC-13級配，見表2。采用馬歇爾設計法確定混合料中SBS改性瀝青混合料的最佳油石比為5.0%。

表2 礦料級配組成

1.2 試驗方案

1.2.1 瀝青試驗

針入度、軟化點、延度等常規指標可以從不同側面反映瀝青的性質。本文擬從瀝青的三大指標入手，分析不同融雪劑對瀝青性能的影響。按照我國相關試驗規程，分別進行經過不同融雪劑處理的SK90#瀝青和SBS改性瀝青的針入度試驗（25℃）、軟化點試驗和延度試驗（10℃）。

試驗前，先將制備好的針入度、軟化點和延度試驗的瀝青試樣分別置于濃度為15%的氯化鈉（NaCl）、氯化鈣（CaCl2）和醋酸鈉（CH3COONa）融雪劑溶液及純凈水中浸泡7d，并設置未經融雪劑溶液浸泡的對比組試樣。

1.2.2 瀝青混合料試驗

在高速公路中上、中面層常采用改性瀝青混合料，本文分別從高低溫和水穩性能方面研究不同融雪劑對SBS改性瀝青混合料性能的影響。

（1）高溫性能方面

國產車轍試驗是評價不同瀝青混合料高溫性能差異最常用的試驗方法之一。本文中車轍試驗的溫度為60℃，橡膠輪的輪壓為0.7 MPa，行走速率42次/min，以試驗結束后試件的車轍深度和動穩定度為評價指標。

（2）低溫性能方面

在-10℃條件下以50 mm/min的加載速率開展低溫彎曲試驗評價瀝青混合料的低溫抗裂性能。通過傳感器采集的試件破壞時的荷載和變形參數計算彎拉應變和抗彎拉強度等指標，以評價不同融雪劑溶液對瀝青混合料低溫性能的影響。

（3）水穩定性方面

采用凍融劈裂試驗評價不同融雪劑溶液對混合料抗水損壞性能的影響。通過測量兩組經過不同凍融處理的試件的劈裂強度，并以凍融劈裂強度比即兩組試件劈裂強度的比值為評價指標。

在開展瀝青混合料的試驗前，同瀝青試驗一樣需要采用融雪劑溶液對混合料試件進行處理。分別將瀝青混合料車轍板試件、小梁試件和馬歇爾試件置于純水和濃度為15%的氯化鈉（NaCl）、氯化鈣（CaCl2）和醋酸鈉（CH3COONa）融雪劑溶液中浸泡7 d，并設置未經融雪劑溶液侵蝕的對比組試件。

2 融雪劑對瀝青性能的影響

分別將經過融雪劑溶液處理的瀝青試樣進行針入度、軟化點和延度試驗，結果分別如圖1-圖3所示。

從圖1可以看出，不同融雪劑對瀝青的針入度及針入度指數有顯著影響。SK70#基質瀝青經過純水、氯化鈉、氯化鈣和醋酸鈉融雪劑溶液的浸泡后，針入度分別下降 8.3%、13.9%、27.4%和18.5%。針入度反映了瀝青的稠度，針入度越小，瀝青的高溫性能越好。SBS改性瀝青經過純水、氯化鈉、氯化鈣和醋酸鈉融雪劑溶液的浸泡后，針入度分別增大5.0%、20.4%、12.7%和18.1%。可見，經過融雪劑的侵蝕后，SBS改性瀝青的高溫性能下降。從針入度指數指標可以看出，經過純水、氯化鈉、氯化鈣和醋酸鈉融雪劑溶液的浸泡后，SK70#基質瀝青的PI值分別增大-1.7%、5.6%、29.2%、19.7%，SBS改性瀝青的 PI值分別減小 80.8%，202%、140.4%、88.5%。針入度指數反映瀝青隨溫度變化情況，幾種融雪劑改善了SK70#基質瀝青的溫度敏感性，但對SBS改性瀝青的溫度敏感性產生了不利影響。這是因為融雪劑的侵蝕破壞了改性瀝青的三維網狀結構。在幾種融雪劑中，氯化鈣對SK70#基質瀝青的影響最為顯著，醋酸鈉次之，氯化鈉的影響最小；氯化鈉對SBS改性瀝青的影響最為顯著，其次是醋酸鈉和氯化鈣。

圖1 融雪劑對瀝青針入度及針入度指數的影響

圖2 融雪劑對瀝青軟化點的影響

圖3 融雪劑對瀝青延度的影響

從圖2可以看出，融雪劑對SK70#基質瀝青和SBS改性瀝青的軟化點產生了不同趨勢的影響。SK70#基質瀝青經過純水、氯化鈉、氯化鈣和醋酸鈉融雪劑溶液的浸泡后，軟化點分別增大1.8%、2.6%、6.8%和6.0%，SBS改性瀝青的軟化點分別下降9.9%、16.4%、11.9%和17.7%。產生這種現象的原因主要是融雪劑的腐蝕破壞了SBS改性劑的某些成分，破壞了改性瀝青的網絡結構，瀝青分子運動時受到的阻礙減小，表現為改性瀝青的軟化點下降。而融雪劑溶液引起基質瀝青發生乳化現象，使得瀝青中輕質組分的含量減少，表現為基質瀝青的軟化點升高，瀝青的高溫性能得到改善。在幾種融雪劑中，氯化鈣對SK70#基質瀝青高溫性能的改善效果最為顯著，而氯化鈉對SBS改性瀝青高溫性能的損害最為顯著。

從圖3可以看出，融雪劑使SK70#基質瀝青和SBS改性瀝青的延度產生了不同程度的下降。經過純水、氯化鈉、氯化鈣和醋酸鈉融雪劑溶液的浸泡后，SK70#基質瀝青的延度分別下降11.0%、23.0%、47.9%和43.0%，SBS改性瀝青的延度分別下降4.7%、20.8%、17.8%和19.1%。可見，在幾種融雪劑中，氯化鈣對基質瀝青延度的不利影響顯著，氯化鈉對SBS改性瀝青延度的下降幅度最大，幾種融雪劑均對兩種瀝青的低溫性能產生不利影響。這主要是因為以離子形式存在于瀝青中的融雪劑是大顆粒結構，且由于融雪劑的腐蝕，使基質瀝青中的軟組分硬化，改性瀝青中SBS改性劑的網絡結構遭到破壞，直接表現為基質瀝青和SBS改性瀝青的延度下降。同對針入度和軟化點的影響類似，氯化鈣對SK70#基質瀝青低溫性能的影響、氯化鈉對SBS改性瀝青低溫性能的影響較為顯著。

3 融雪劑對瀝青混合料性能的影響

不同融雪劑對SBS改性瀝青混合料高、低溫及水穩性能的影響見表3。

表3 融雪劑對SBS改性瀝青混合料性能的影響

從表3可以看出，不同融雪劑對SBS改性瀝青混合料的路用性能產生了顯著影響。經過純水、氯化鈉、氯化鈣和醋酸鈉融雪劑溶液的浸泡后，同對比組試件相比，改性瀝青混合料的動穩定度分別下降了6.2%、25.1%、13.6%和18.8%，最大彎拉應變分別下降7.2%、30.0%、17.0%和21.7%，凍融循環前混合料的劈裂強度分別下降6.6%、13.5%、12.8%和11.9%，凍融循環后混合料的劈裂強度分別下降15.8%、46.2%、30.3%和40.0%，混合料的凍融劈裂強度比分別下降9.9%、37.8%、19.9%和31.8%。可見，不同融雪劑對混合料的各項路用性能均造成不利影響，幾種融雪劑對混合料高低溫及水穩性能不利影響的程度排序為氯化鈉＞醋酸鈉＞氯化鈣，同融雪劑對SBS改性瀝青性能影響程度的排序是一致的。分析表中數據發現，在SBS改性瀝青混合料的性能中，高溫性能和低溫性能雖然產生了一定幅度的下降，但動穩定度和最大彎拉應變指標仍能滿足規范的要求，水穩定性受融雪劑的影響最為嚴峻，經過融雪劑的侵蝕后混合料的水穩定性已不能滿足規范的要求。

融雪劑的腐蝕降低了SBS改性瀝青混合料的高溫性能，究其原因是由于融雪劑溶液蒸發后會在混合料內部析出鹽類晶體，結晶膨脹會引起混合料內部產生損傷，導致混合料的強度降低；另外，當溫度升高后，鹽類晶體的融化使得混合料的內膜阻力減小，混合料內部的集料易產生相對位移，表現為混合料的高溫穩定性下降。SBS改性瀝青混合料的低溫性能劣化，主要原因是融雪劑溶液的腐蝕加速了瀝青的老化，瀝青老化后勁度模量增大，柔韌性和變形能力減弱，同時，鹽類晶體的膨脹使得混合料內部產生很多微小裂縫，綜合表現為混合料最大彎拉應變值減小。混合料的水穩定性顯著下降，這是因為融雪劑溶液具有較大的表面張力，易置換集料表面的瀝青，造成瀝青膜剝落，導致瀝青與集料的粘附性降低；而氯化鈉、醋酸鈉溶液中的鈉離子還會促進瀝青的乳化，破壞瀝青和集料的粘結，進一步降低了瀝青混合料的水穩定性。

4 結論

（1）氯化鈉、氯化鈣和醋酸鈉三種融雪劑均能改善SK70#基質瀝青的溫度敏感性和高溫性能，但對SBS改性瀝青的溫度敏感性和高溫性能不利；幾種融雪劑對SK70#基質瀝青和SBS改性瀝青的低溫性能均產生不利影響。

（2）不同融雪劑對SK70#基質瀝青性能影響的顯著程度排序為氯化鈣＞醋酸鈉＞氯化鈉，不同融雪劑對SBS改性瀝青性能影響的顯著程度排序為氯化鈉＞醋酸鈉＞氯化鈣。

（3）SBS改性瀝青混合料的水穩定性受融雪劑的不利影響為最嚴峻，融雪劑溶液腐蝕后其水穩定性已不能滿足規范要求，而高、低溫性能雖然有一定幅度的下降，但仍能滿足規范要求。

（4）幾種融雪劑對SBS改性瀝青混合料高、低溫及水穩性能的不利影響的程度排序為氯化鈉＞醋酸鈉＞氯化鈣，建議優先選用氯化鈣類融雪劑用于SBS改性瀝青路面的融雪化冰。

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