沿海公路瀝青混合料性能改善探究

孫淑梅

（煙臺市萊山公路建養護中心，山東 煙臺 264003）

一、引言

我國海岸線綿長，沿海公路里程逐年增長。瀝青路面作為高等級路面的重要形式，在沿海公路中占比巨大。由于海水鹽霧侵蝕，沿海地區瀝青路面早期破壞嚴重，且冬季低溫冰凍和冷暖交替加劇了沿海地區瀝青路面病害蔓延，影響路用性能。沿海地區瀝青路面承受著氯鹽侵蝕、干濕循環和凍融循環等因素的綜合作用，需探明此綜合作用下瀝青混合料的路用性能，提出必要的性能改善措施減少路面病害。

本文選取具有代表性的瀝青混合料材料，通過氯鹽侵蝕、干濕循環及凍融循環作用，探究濕鹽-凍融環境對瀝青混合料性能影響，包括高溫性能、低溫抗裂性能和水穩定性能，并探討玄武巖纖維對濕鹽-凍融環境下瀝青混合料性能的改善效果。

二、材料

試驗選用常見的70#基質瀝青；集料選用抗剝落能力和抗腐蝕能力較好的石灰巖集料，其性能滿足《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20-2011）和《公路工程集料試驗規程》（JTG E42-2005）性能指標要求；瀝青混合料最佳油石比根據馬歇爾試驗確定；級配類型選用具有代表性的AC-13型級配；性能改善階段使用抗拉強度和彈性模量較高的玄武巖纖維。

三、濕鹽-凍融環境對瀝青混合料性能的影響

沿海地區瀝青路面主要受氯鹽侵蝕、干濕循環及凍融循環作用，必須探明這些影響因素對普通瀝青混合料性能的影響，包括高溫性能、低溫抗裂性能及水穩性能。采用NaCl溶液浸泡24h模擬氯鹽侵蝕，采用浸泡與烘箱烘干結合的方法模擬干濕循環，采用高低溫試驗箱模擬凍融循環。

（一）高溫性能影響

瀝青混合料高溫性能采用車轍試驗評價，試驗溫度為60℃，干濕循環12次。測試普通瀝青混合料和被氯鹽侵蝕的瀝青混合料在干濕循環作用下的高溫性能。

試驗結果顯示：與常規環境瀝青混合料相比，氯鹽侵蝕后瀝青混合料的車轍深度提高17.6%，動穩定度降低5.1%，氯鹽侵蝕降低了瀝青混合料的高溫性能。分析原因為：由于侵入瀝青混合料內部的溶液在高溫環境下水分蒸發，殘留的鹽晶體破壞了試件中原有空隙與瀝青混合料之間的平衡，促使瀝青混合料結構破壞，進而導致其強度降低。

（二）低溫抗裂性能影響

瀝青混合料低溫抗裂性能采用低溫彎曲試驗評價，試件為250mm×30mm×35mm的小梁試件。試件制作完成后放入高低溫試驗箱中開展凍融循環，試驗溫度為-15℃和25℃，間隔12h，凍融循環16次，每組6個試件。隨后測試普通瀝青混合料和被氯鹽侵蝕的瀝青混合料在凍融循環作用下的低溫抗裂性能，包括極限抗拉強度和最大彎拉應變。

試驗結果顯示：凍融循環作用下被氯鹽侵蝕的瀝青混合料的極限抗拉強度降低明顯。其中，普通瀝青混合料的極限抗拉強度為6.91MPa，被氯鹽侵蝕的瀝青混合料的極限抗拉強度降低了17.4%。同時，被氯鹽侵蝕的瀝青混合料的最大彎拉應變降低也十分明顯。與普通瀝青混合料相比，其最大彎拉應變降低了2400（36.3%）。分析原因為：氯鹽侵蝕導致瀝青混合料內部空隙被鹽分侵入，加之凍融循環的作用，內部瀝青加速老化，其與骨料之間的黏結力顯著降低，進而導致其強度降低。

以上結果均表明：氯鹽侵蝕和凍融循環嚴重影響了瀝青混合料的低溫抗裂性能，亟待提出相應的瀝青混合料性能改善措施。

（三）水穩定性影響

選用凍融劈裂試驗探究氯鹽侵蝕、干濕循環及凍融循環作用下瀝青混合料的水穩定性。氯鹽侵蝕后，測試干濕循環、凍融循環綜合作用下瀝青混合料與普通瀝青混合料的劈裂強度比值。每組6個試件，試驗結果經過數據分析軟件處理。

試驗結果顯示：與普通瀝青混合料相比，氯鹽侵蝕后在干濕循環和凍融循環綜合作用下瀝青混合料的劈裂強度顯著降低，最大降幅為14.74%。分析原因為：在干濕循環和凍融循環綜合作用下，承受氯鹽侵蝕的瀝青混合料內部出現鹽分結晶膨脹后融化和水分結冰膨脹后融化兩種破壞作用。

為探明此兩種破壞作用的影響程度，通過測試氯鹽溶液的體積膨脹率評價瀝青混合料的水損害，通過體積膨脹試驗測試量筒內氯鹽溶液的體積變化量。為直觀表現鹽分結晶和水分結冰兩種行為的膨脹程度，選用清水和氯鹽溶液兩種材料。

試驗結果顯示：清水前期膨脹明顯、后期逐漸趨于恒定，但隨著時間推移，氯鹽溶液的體積膨脹率逐漸超過清水，達到15%；從長遠看，鹽分結晶膨脹對瀝青混合料水損害的影響程度高于水分結冰。試驗結果驗證了上述劈裂強度存在差異的原因。結果表明，鹽分濃度的增加將導致更為嚴重的瀝青混合料水損害。

綜上所述，沿海公路瀝青混合料水損害的原因為：在氯鹽侵蝕、干濕循環及凍融循環綜合作用下，氯鹽和水分頻繁出入瀝青混合料內部，瀝青與集料之間的黏附性降低，同時氯鹽和水分頻繁凍融，加速降低瀝青與集料之間的黏附性。兩者綜合作用導致瀝青混合料內部空隙逐漸演變為微裂縫，在車輛荷載作用下演變為更為嚴重的路面病害，因此需針對這一現象提出相應的改善措施。

四、瀝青混合料性能劣化改善探究

由于玄武巖纖維與瀝青具有良好的表面親和力，其在改善瀝青混合料路用性能方面具有明顯優勢。本文通過添加玄武巖纖維提高沿海公路瀝青混合料的路用性能，通過相關調查，選定玄武巖纖維摻量為0.3%。由于沿海地區瀝青路面主要受氯鹽侵蝕和凍融循環作用，探究瀝青混合料性能劣化改善時主要研究其對低溫抗裂性能和水穩定性的改善。

（一）低溫抗裂性能改善

纖維-瀝青混合料的低溫抗裂性能與普通瀝青混合料采用相同試驗方法。試驗結果顯示：與被氯鹽侵蝕的普通瀝青混合料相比，纖維-瀝青混合料的極限抗拉強度和最大彎拉應變分別提升6.32%和23.9%，表明玄武巖纖維的摻入有利于改善氯鹽侵蝕和凍融循環作用的瀝青混合料低溫抗裂性能。分析原因為：玄武巖纖維增加了瀝青與集料之間的黏附性，同時減弱了瀝青混合料微裂縫的擴展力，減少了瀝青混合料裂縫產生。

（二）水穩定性改善

纖維-瀝青混合料的水穩定性亦采用與普通瀝青混合料相同的試驗方法。試驗結果顯示：與被氯鹽侵蝕的普通瀝青混合料相比，纖維-瀝青混合料的凍融劈裂強度提升20.7%，表明玄武巖纖維的摻入有利于改善氯鹽侵蝕、干濕循環及凍融循環綜合作用下瀝青混合料的水穩定性。試驗結果同樣表明玄武巖纖維顯著改善了濕鹽-凍融作用下瀝青混合料的性能。

綜上所述，建議采用玄武巖纖維增強沿海地區濕鹽-凍融作用下瀝青混合料的路用性能。

五、結語

本文針對沿海地區在氯鹽侵蝕、干濕循環及凍融循環綜合作用下出現的瀝青路面病害，探究了濕鹽-凍融環境對瀝青混合料高溫性能、低溫抗裂性能及水穩定性的影響；摻入玄武巖纖維改善沿海公路瀝青混合料路用性能，試驗結果表明玄武巖纖維增加了瀝青與集料之間的黏附性，改善了瀝青混合料的水穩定性；最后建議采用玄武巖纖維增強沿海地區濕鹽-凍融作用下瀝青混合料的路用性能。