Mafilon鹽化物瀝青混合料的空隙率變化規律分析

胡 杰

(1.廣西路建工程集團有限公司，廣西 南寧 530001；2.南寧市筑路技術與筑路材料工程技術研究中心，廣西 南寧 530001)

0 引言

鹽化物自融雪瀝青路面技術在國外發達國家得到了廣泛的推廣應用，尤其在日本推廣應用面積達到380萬m2，產生的實際效果顯著。鹽化物主要為氯鹽成分，采用特殊包裹的方法填充于多孔陶粒、礦料載體中，然后直接摻加到瀝青混合料中，在低溫環境條件下，鹽分逐漸析出以降低路面冰點。我國在2005年前后引進相關技術，并開展了一系列研究。如劉壯壯等人匯總分析了蓄鹽類瀝青路面的優缺點，從配合比設計、材料特性和路用性能等方面進行了對比，并提出了蓄鹽類瀝青路面技術的發展方向[1]。李娜等人研究了瀝青混合料中鹽化物的析出規律，提出了3階段析出周期，對長期觀察評價具有指導作用[3]。王軍等人研究了鹽化物瀝青混合料路用性能，著重分析了空隙率與凍融劈裂強度的變化規律，提出了鹽化物瀝青混合料的抗水損害性能的弱性[2][4]。孫健分析了鹽化物瀝青混合料與普通瀝青混合料的馬歇爾體積參數差異性，指出容積替換法適用于鹽化物瀝青混合料配合比設計[5]。何湘寧研究了聚酯纖維對MFL瀝青混合料的路用性能的影響，指出不同摻量下聚酯纖維對路用性能的影響不同，合理地添加聚酯纖維能夠改善瀝青混合料的抗水損害能力[6]。

綜上所述，針對鹽化物瀝青混合料應用得出了不同的研究成果，研究方向主要集中在瀝青混合料配合比設計、路用性能分析等，而對鹽化物瀝青混合料自身體積參數的分析涉及較少。本文引用部分研究成果，分析不同MFL摻量下，浸水溫度和時間變化對瀝青混合料的空隙率影響規律。

1 試驗材料及方法

1.1 原材料

鹽化物為日本生產的Mafilon(MFL)，主要成分為氯化鈉、氯化鈣和二氧化硅等，采用多孔火山巖包裹鹽分替代部分礦粉。粗集料選擇玄武巖，細集料為石灰巖，礦粉為石灰巖磨制。改性瀝青為SBS I-D，由廣西興通瀝青科技有限公司提供。相關試驗結果見表1～4。

表1 MFL試驗結果表

表2 粗集料試驗結果表

表3 細集料試驗結果表

表4 SBS(I-D)改性瀝青試驗結果表

1.2 試驗方法

(1)研究采用AC-13C級配，利用“MFL-礦粉等體積置換方法”進行配合比設計，確定MFL的摻加比例分別為30%、50%、70%。

(2)隨鹽分的不斷析出，混合料內部孔隙也存在相應的變化。對于瀝青路面而言，隨通車運營時間延長，瀝青混合料的空隙率逐漸下降到一定范圍內，鹽化物瀝青路面空隙率的變化規律要比普通瀝青混合料更加復雜。本文選擇馬歇爾試件，利用不同的浸水時間、溫度分析空隙率變化規律。浸水溫度選擇30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃；時間選擇4 h、8 h、12 h、24 h、48 h、96 h、192 h。

2 空隙率理論值計算分析

依據JTG F40-2004[7]中瀝青混合料配合比設計空隙率計算方法，對MFL瀝青混合料的空隙率進行模擬推測，不同比例MFL瀝青混合料空隙率為設計空隙率+MFL完全析出后空隙率，計算公式如下[5]：

(1)

式中：VV——MFL瀝青混合料理論計算空隙率，%；

VV0——目標空隙率，%；

n1——MFL占瀝青混合料總質量，%；

n2——MFL的有效成分，89%；

ρf——瀝青混合料毛體積密度，g/cm3；

ρ——MFL的密度，g/cm3。

圖1 不同MFL摻量下瀝青混合料理論空隙率計算結果比例圖

由圖1可知：MFL摻量變化對瀝青混合料空隙率值存在相應的影響，隨MFL摻量的增加，空隙率也逐漸增加，3種摻量下空隙率提高幅度分別為57.7%、38.5%、19.2%(與初始空隙率3.5%相比)。這說明鹽分析出對瀝青混合料空隙率具有顯著影響，隨著鹽分的不斷析出，MFL在瀝青混合料內部中占比體積下降，導致混合料空隙增加。因此，在MFL瀝青混合料配合比設計過程中，需結合MFL的摻加用量考慮鹽分完全析出后的空隙率變化，且相關研究成果指出瀝青混合料空隙率偏大對路面性能的加速劣化具有促進作用。

3 溫度對空隙率影響分析

研究采用浸水方法對MFL瀝青混合料的空隙率變化進行模擬，浸水時間為48 h，不同浸水溫度下空隙率變化試驗結果見圖2。

圖2 不同浸水溫度下MFL瀝青混合料空隙率變化曲線圖

由圖2可以看出：

(1)溫度變化對MFL瀝青混合料空隙率具有顯著影響。隨浸水溫度的增加，空隙率呈先增加后下降的趨勢變化，3種摻量下空隙率均在浸水溫度60 ℃時達到最大值，空隙率提高幅度分別為47.6%、47.2%、43.3%(與30 ℃相比)。對于鹽化物瀝青混合料，隨浸水溫度的增加，鹽分析出的程度也增加，因為鹽化物中離子的擴散速度加快，更容易溶于水，導致混合料的空隙率增加。研究表明，常規瀝青混合料隨溫度的增加，空隙率呈下降趨勢，這是因為隨溫度的升高，瀝青膠結料熱脹能夠擠壓部分結構空隙，空隙率存在減小的趨勢。

(2)隨浸水溫度的持續增加，MFL瀝青混合料空隙率呈下降趨勢，說明在30 ℃～60 ℃范圍內，MFL瀝青混合料鹽化物析出占主導因素，對空隙率增加具有主導作用。而60 ℃～70 ℃范圍內，瀝青混合料因體積膨脹，減小空隙率變化占主導作用。隨浸水溫度的持續增加，材料熱脹作用持續提高，對內部孔隙的影響越顯著。

(3)從整體分析，MFL摻量越大，瀝青混合料空隙率受浸水溫度影響越顯著，浸水溫度為70 ℃時，空隙率變化幅度分別為40.2%、42.3%、30.9%。

4 時間對空隙率的影響分析

鹽化物瀝青混合料中鹽分析出與環境溫度存在密切關聯。研究表明，鹽分析出也與通車運營周期存在相應的關系，研究采用的浸水溫度為60 ℃，不同浸水時間下空隙率試驗結果見圖3。

圖3 不同浸水時間下MFL瀝青混合料空隙率變化曲線圖

由圖3可知：

(1)隨浸水時間的增加，3種不同摻量MFL瀝青混合料空隙率變化規律相一致，空隙率均呈增加趨勢，但在0～48 h內，空隙率增加幅度較大，在48～96 h內，空隙率變化逐漸平緩。說明MFL瀝青混合料在48 h內鹽分析出量較大，而隨著時間延長，內部鹽分析出速率下降，空隙率變化趨于穩定。如MFL摻量為70%時，12 h、24 h、48 h、96 h、192 h的空隙率變化幅度分別為14.7%、50.7%、66.3%、68.0%、70.6%。

(2)隨著MFL摻量增加，浸水時間變化對空隙率的影響越顯著。以浸水48 h為例，3種不同摻量MFL的空隙率變化幅度分別為66.3%、65.0%、43.4%(以浸水4 h相比)，說明MFL瀝青混合料中鹽化物含量越大，鹽分析出的速率越快，其空隙率變化就更加顯著。

(3)MFL摻量超過50%，空隙率隨浸水時間的變化幅度相對穩定。如浸水48 h時，MFL摻量50%、70%的空隙率變化幅度僅相差1.3%。另外，空隙率隨浸水溫度的變化幅度也相對穩定，在浸水溫度為60 ℃時，MFL摻量50%、70%的空隙率變化幅度僅相差0.4%。

5 結語

(1)依據空隙率理論計算定義，MFL鹽化物中鹽分析出對瀝青混合料理論空隙率存在顯著影響，隨MFL摻量的增加，理論空隙率也顯著增加。

(2)隨浸水溫度增加，MFL瀝青混合料空隙率呈先增加后下降的趨勢變化，不同摻量下MFL空隙率均在浸水溫度為60 ℃時達到最大值，隨溫度持續增加，空隙率呈下降狀態，這是因為<60 ℃范圍內，MFL瀝青混合料鹽化物析出對空隙率變化具有主導作用；而60 ℃～70 ℃范圍內，瀝青膠結料因體積膨脹對空隙率變化占主導作用。

(3)隨浸水時間延長，MFL瀝青混合料空隙率呈先快后慢的狀態變化，并逐漸趨于穩定狀態。在0～48 h內，空隙率增加幅度較大；在48～96 h內，空隙率變化逐漸平緩。MFL摻量越大，環境溫度、浸水時間對瀝青混合料空隙率影響幅度也越大，這與混合料中鹽化物含量有關。