新型除冰盐对沥青及沥青混合料的侵蚀试验研究

肖庆一，白锡庆，胡海学，侯子义

（1.河北工业大学土木工程学院，天津 300401；2.天津大学建筑工程学院，天津 300072）

0 引言

1 原材料及混合料配合比设计

1.1 除冰盐溶液

新型除冰盐主要是碱金属甲酸盐或乙酸盐，Tongyan Pan等通过室内试验对沥青受除冰盐溶液的侵蚀破坏进行了模拟[3]，试验采用不同浓度的乙酸钠、氯化钠、氢氧化钠、醋酸钙镁溶液进行水煮试验以及沥青侵蚀乳化试验，结果表明除冰盐中的CH3COO-阴离子对侵蚀破坏起决定性作用，而阳离子影响较小。故本研究采用乙酸钠为主要除冰化学剂。

1.2 沥青结合料

本研究中采用的基质沥青为A级70号沥青，改性沥青采用SBS剂量4.5%，按照JTJ052—2000《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》[4]中试验方法对其测试，其主要技术指标如表1所示。

表1 沥青结合料主要技术指标

表1的检测结果表明，基质沥青及SBS改性沥青的主要技术指标均满足JTG F40—2004《沥青路面施工技术规范》[5]的要求。

1.3 沥青混合料配合比设计

采用试算法确定AC-16沥青混合料用矿质集料的配合比，合成级配范围通过量采用《沥青路面施工技术规范》中所推荐的AC-16 C型范围，合成级配结果为10～20mm碎石：5～10mm碎石∶石屑∶矿粉为26.5%∶25%∶45%∶3.5%。

通过试验最终确定沥青混合料最佳油石比为4.2%。本研究中试验所用基质沥青混合料试件的油石比以最佳油石比为中值，按间隔0.3%等间距左右扩展，即取3.9%、4.2%、4.5%三个值作为对比进行分析。改性沥青混合料试件的最佳油石比取4.2%，其确定过程与基质沥青相同。

2 试验方案

模拟沥青及沥青混合料受除冰盐侵蚀环境条件，通过常规试验研究，评价沥青、沥青-矿料界面及混合料在不同除冰盐浓度、不同侵蚀时间条件下的性能变化，具体试验方案如下：

1)将沥青加热熔融，在不锈钢平盘中形成3mm的沥青膜，浸泡在乙酸钠溶液中待用；参考有关研究成果[6]，兼顾实际使用中除冰盐溶液的浓度变化的实际情况，乙酸钠溶液取0%（水）、2%、4%、6%、8%五种浓度，浸泡时间分别为短期2周、长期6个月，测定在溶液浓度及侵蚀时间两个因素相互作用下沥青的三大指标及沥青动力黏度变化。

2）选用甲酸钾、甲酸钠、乙酸钾、乙酸钠、尿素五种除冰盐，为了在较短的时间内加速沥青膜的剥落，分别配制成浓度为10%、20%、30%的溶液，采用水煮法观察分析除冰盐作用下集料表面沥青膜的裹覆情况，估计沥青膜的剥落程度，从而判断除冰盐对沥青-矿料界面侵蚀情况。

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3）新型除冰盐侵蚀沥青路面通常是在高温条件下发生而非冻融循环产生，例如在夏季或重铺罩面后发生，而60℃恰好处于夏季路面的高温条件，故将试件浸泡在60℃除冰盐溶液中7 d以模拟沥青路面受除冰盐侵蚀环境[6]。试件制作采用击实成型法，基质沥青油石比为3.9%、4.2%、4.5%，改性沥青油石比为4.2%；乙酸钠溶液浓度为0%（水）、2%、4%、6%、8%。分析在溶液浓度、沥青混合料油石比、沥青结合料三个因素相互作用下试件受除冰盐溶液侵蚀后的劈裂抗拉强度。

3 试验结果及分析

3.1 沥青受除冰盐侵蚀后性能变化

沥青经不同浓度的乙酸钠溶液浸泡后，三大指标试验结果如表2所示：

表2 沥青三大指标试验结果

由表2可知，沥青随着除冰盐溶液浓度增加，针入度值逐渐增大，软化点则呈现降低趋势，而沥青的延度受除冰盐溶液浓度的影响规律不是很明显；对比经过不同浸泡时间的沥青三大指标试验结果可知，相同溶液浓度下，浸泡时间越长，针入度值越大，软化点越低，而延度也明显受到除冰盐的影响，沥青丝拉伸长度大部分未达到150 cm即出现断裂。说明在除冰盐侵蚀作用下，沥青发生软化现象，且除冰盐浓度越高，作用时间越长，现象越明显。

采用真空减压毛细管法测定沥青受不同浓度除冰盐侵蚀6个月后动力黏度变化，并将其与相应的沥青针入度、软化点综合分析，结果如图1、图2所示。

由图1、图2可知，随着溶液浓度的增加，沥青的60℃动力黏度呈减小趋势，说明除冰盐的侵蚀作用对沥青的性能造成影响，沥青黏度变小，在相同荷载作用下产生的剪切变形就增大，残留的永久性塑性变形增大，从而抵抗车辙的本质能力减弱。针入度和软化点，是典型的条件黏度试验指标，表现出的规律与动力黏度试验结果类似，说明条件黏度法试验可作为判断除冰盐侵蚀沥青结合料的判断方法，而精度、重复性及物理意义较动力黏度法要低一些。

3.2 除冰盐对沥青与集料的黏附性影响

由图3可知：沥青膜在5种除冰盐溶液中的剥落程度以尿素溶液最为严重，沥青膜大部分为水所移动，只有局部保留在矿料颗粒表面，剥落面积百分率约达38%以上，黏附性等级只为2级。乙酸盐溶液次之，当溶液浓度较低时沥青膜剥落面积百分率少于30%。甲酸盐溶液相对稍好，但其黏附性等级也处于2～3级范围。由试验结果还可以看出，5种除冰盐溶液水煮试验均反映，当溶液浓度越高时，沥青膜剥落程度越严重，30%的尿素溶液中沥青膜剥落面积约达48%，石料的边缘棱角处基本无沥青膜裹覆。

试验表明，尿素、甲酸盐、醋酸盐等会对沥青-矿料界面产生侵蚀破坏，导致沥青与集料的黏附性下降，沥青膜剥落。冬季撒布除冰盐融冰雪后，部分盐水沿路表裂缝和孔隙渗入路面结构层内，待到天气温度上升，除冰盐水不断侵入沥青与集料之间，对沥青与集料的黏附力产生很大的影响，加之路面荷载的反复作用，沥青膜逐渐剥落，随着时间的增长，沥青路面出现麻面、混合料松散、坑槽等病害。

3.3 沥青混合料受除冰盐侵蚀后强度变化

分析图4中试验结果发现：

1）除冰盐溶液浓度越大，抗拉强度越低，且降低趋势比较明显，说明除冰盐溶液对沥青混合料的侵蚀作用与溶液浓度影响较大，试件在除冰盐溶液的浸泡过程中，除冰盐溶液侵蚀破坏沥青-矿料界面，降低沥青与集料的黏附性，加速沥青薄膜的剥离，同时部分除冰盐渗透进入沥青膜内部，导致沥青黏滞性降低，在这两方面共同作用下，混合料抗拉强度降低；且随着溶液浓度的增加，强度降低趋势显著；

2）微量改变沥青混合料的油石比，对劈裂试验结果的影响并不显著。这表明微量波动沥青含量对于提高沥青混合料抗除冰盐侵蚀破坏的效果不明显，说明通过提高沥青用量、降低孔隙率的方法作为提高沥青混合料抵抗除冰盐侵蚀破坏技术手段，效果有待商榷。

3）改性沥青混合料试件（油石比采用4.2%）经除冰盐溶液浸泡侵蚀后的抗拉强度测试结果作为对比绘于图4中，可知改性沥青试件的劈裂强度值随溶液浓度的增加而降低，说明除冰盐对改性沥青的侵蚀同样受浓度影响；同时图中试验结果显示改性沥青试件的劈裂抗拉强度要高于基质沥青试件，表明SBS改性剂的加入能增强沥青的黏聚力，改善结合料-矿料界面处黏附性，其抵抗除冰盐对沥青混合料的侵蚀能力比基质沥青效果要好。

4 结语

通过室内试验模拟沥青路面受侵蚀环境条件，从不同角度分析沥青、沥青-矿料界面及沥青混合料受除冰盐侵蚀破坏后性能变化，得出主要结论如下：

1）沥青结合料在除冰盐侵蚀作用下，发生软化现象，且随着溶液浓度的增加，作用时间增长，现象越明显；同时采用真空减压毛细管法测定沥青的60℃动力黏度，其结果进一步证明了沥青的软化现象，且沥青的黏度下降幅度与溶液的浓度和作用时间有密切的关系。

2）通过水（除冰盐溶液）煮法试验可知，甲酸类、醋酸类除冰盐对沥青-矿料界面性能影响程度仅次于尿素，黏附性等级只能达到2～3级，难以满足工程要求；且溶液浓度越高，沥青膜的剥落越明显，说明除冰盐的浸入降低了沥青与集料的黏附性。

3）沥青混合料试件经除冰盐浸泡侵蚀后，劈裂抗拉强度出现不同程度的降低，降低趋势随溶液浓度的增加而显著；通过对比改性沥青混合料试件试验结果，发现同样试验条件、试件成型技术下改性沥青试件劈裂强度略高于基质沥青试件，可知改性沥青在抵抗除冰盐的侵蚀方面要优于基质沥青。

4）试验研究从沥青、沥青-矿料界面以及混合料三个角度分析了新型除冰盐的侵蚀破坏规律，研究结果表明：新型除冰盐侵蚀破坏沥青路面形式是一种复合破坏模式，包含多种破坏形式：不但具有与传统水损害类似的破坏性类似的形式，而且具有与高温车辙病害类似的形式；沥青的软化、沥青-矿料界面侵蚀破坏以及混合料强度的降低与除冰盐溶液的浓度和作用时间表现出明显的规律性；SBS改性沥青对于抵抗新型除冰盐的侵蚀破坏具有良好的效果，但还需要进一步验证。

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