盐化物沥青混合料组成设计及路面实体研究

徐占强

（秦皇岛市公路工程建设管理处 秦皇岛 066000）

目前，国内外交通部门探索了许多清除道路积雪结冰的方法，包括清除法和融化法，清除法又分为人工清除法和机械清除法等；融化法包括化学抑制冻结法和热融化法［1］。在2011年实施的秦皇岛市205国道改线工程中选取了K3＋240～K3＋480段右幅铺筑了化学抑制冻结沥青路面，即盐化物沥青路面试验段。盐化物沥青路面是指在沥青混合料中添加了一定量的化学抑制冻结材料（盐化物Mafilon粉末状材料），本文主要论述盐化物沥青混合料组成设计研究过程和盐化物路面实体监测情况，对盐化物抑制冻结沥青混凝土路面进行了探索。

1 混合料级配组成设计

根据施工实际并考虑盐化物冻结抑制效果的持续性，盐化物沥青混合料的级配组成采用中粒式AC－13密级配沥青混合料。

1.1 矿料级配的选择

结合秦皇岛市沥青路面建设经验，对现行《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40－2004）规定的AC－13矿料级配范围进行了调整，以适当减少靠近最大粒径的粗集料和细集料中较细部分的比例、控制矿粉比例，适当增加中间档次的粗集料的级配调整原则，初选3条级配曲线，使得沥青混合料具有适宜的空隙率，渗水性小，并具有较好的高温稳定性和较大的表面构造深度。沥青混合料目标空隙率范围为3%～5%，根据工程经验，初选4.7%的油石比，进行马歇尔试验，根据试件马歇尔试验结果，选定一条试验用矿料级配，矿料级配选择见表1。

表1 初选AC－13级配

1.2 马歇尔试验结果

按照初选的3条级配曲线，进行马歇尔试验，成型直径101.6 mm 马歇尔试件，双面击实75次，每组数量不少于4个，击实温度165℃，冷却至室温后脱模。采用表干法测定压实沥青混合料密度［2］，计算试件的空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度等体积指标，测定不同级配的沥青混合料马歇尔稳定度、流值。试验结果见表2。

表2 级配选择马歇尔试验结果

根据不同级配条件下的马歇尔试验结果，以目标空隙率为关键控制指标，最终选定级配1作为普通沥青混合料AC－13的试验级配，以此为基础，调整盐化物置换不同比例矿粉后的添加量。

2 填料体积等效置换法研究

盐化物Mafilon材料是一种粉末状材料，与沥青混合料用的矿粉具有相似的级配，可以代替混合料中的部分或者全部填料。但Mafilon材料的密度比矿粉的密度要小，如果直接等质量置换矿粉用量，会增加填料的体积，降低沥青混合料的流动性能，增大拌和及摊铺难度，并且影响路面的高温稳定性。因此，进行盐化物沥青混合料配合比设计时，需要修正盐化物的添加量。

2.1 填料体积等效置换计算方法

Mafilon材料的添加量根据路面冻结抑制效果的不同而不同，根据沥青路面施工技术规范，矿粉用量一般采用5%左右。因此在进行级配设计时，根据现行规范规定和工程经验，确定了0.075 mm 时通过的质量分数为5.5%，在此基础上，根据填料体积等效置换原则，确定修正后的盐化物添加量。

填料体积等效置换法是指用相同体积的盐化物替代矿粉，从而修正盐化物在矿料中的质量分数。计算方法见式（1）。

式中：m 为置换后盐化物的添加质量分数，%；m0为置换前填料的添加质量分数，%；ρ1 为填料的表观相对密度；ρ2 为盐化物表观相对密度。

盐化物Mafilon材料置换不同比例矿粉后的修正结果见表3。

表3 AC－13盐化物沥青混合料修正前后结果

2.2 盐化物添加量对马歇尔试验结果的影响分析

马歇尔方法实施简单，且长期以来人们已经积累了丰富的实践经验和资料，因此，采用该方法确定盐化物融雪沥青路面的配合比。

采用表3 中修正后的矿料级配组成结果，根据工程经验，采用5组不同的油石比，按照现行规范《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20－2011）（T0709－2011）要求制作直径101.6mm 马歇尔试件，双面击实75 次，每组数量不少于4个，击实温度165℃，冷却至室温后脱模。采用表干法测定压实沥青混合料密度，计算试件的空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度等体积指标，测定不同级配的沥青混合料马歇尔稳定度、流值，试验结果见图2。

图2 AC－13盐化物沥青混合料马歇尔试验结果

由图2a）密度变化图可以看出，盐化物沥青混合料毛体积密度随油石比的变化趋势和普通沥青混合料相同，均随沥青用量的增加而增大，在某一沥青用量条件下达到最大值后，随沥青用量的继续增加而减小。这是由于盐化物Mafilon的密度小于矿粉的密度，因此，在相同沥青用量下，盐化物沥青混合料的密度较普通沥青混合料要小。

由图2d）稳定度变化图可以看出，盐化物沥青混合料的稳定度变化趋势与普通沥青混合料的稳定度变化趋势相同。但与普通沥青混合料相比，盐化物沥青混合料的稳定度偏低，随着盐化物置换率的增加，稳定度降低。当盐化物完全置换矿粉时，混合料仍能够满足现行规范对稳定度的要求。

由图2f）最佳油石比影响图可以看出，在相同矿料级配条件下，盐化物体积等效置换矿粉后，对沥青混合料的最佳油石比没有太大影响。

分析马歇尔试验结果发现，不同盐化物含量的沥青混合料空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度等体积指标随油石比具有相同的变化趋势，且在相同油石比时，几乎具有相同的结果。

综上可知，盐化物沥青混合料的稳定度较普通沥青混合料偏低，但仍能满足现行规范对高等级公路的要求。在相同矿料级配条件下，盐化物的添加量对沥青混合料的最佳油石比没有太大影响。本试验确定的不同盐化物置换率时沥青混合料的最佳油石比为4.7%。

3 试验路检测

3.1 级配和油石比检测

在施工过程中对混合料的级配和油石比定期进行抽检，采用拌和站或现场取样的方法，对混合料进行抽提试验，与生产配合比和施工最佳油石比进行对比，检验混合料的级配和油石比，见表4。现场抽提试验结果表明。生产配合比和施工最佳油石比与设计值接近，符合标准。

表4 级配与油石比检测

3.2 压实度检测

对试验段每50m 取一点进行钻心取样，测定毛体积密度，并与室内标准马歇尔密度进行比较，压实度符合要求。

3.3 盐分的确认

硝酸银溶液和氯化物会发生白灼反应，有白色沉淀物产生，即生成氯化银（AgCl）沉淀。根据这个原理，在铺筑的沥青混凝土路面上滴数滴硝酸银溶液，观察是否产生白色沉淀来确定是否有盐分的析出，间接地评价融雪抑冰效果。

3.4 构造深度检测［3］

构造深度是路面粗糙度的重要指标，可用于评定路面表面的宏观粗糙度、排水性能及抗滑性。现场测定的构造深度与试验段构造深度符合规范标准。

3.5 平整度检测

平整度是反应道路施工质量的一个重要指标，通过3m 直尺进行连续10次量测，试验段平整度合格率100%，达到规范要求。

3.6 融雪效果观测

除冰雪性能有待于合适时机观测外，降雪后观测表明，在没有采取任何被动除雪措施情况下，小到中雪后，试验段路面没有积雪，基本全部融化；而普通路段，路面有积雪，且有轻微冻结痕迹。

4 盐化物路面性能和环境影响分析

盐化物融雪沥青路面的有效冻结抑制成分为氯化钠易溶盐，由于盐分的逐渐析出，对沿途结构物存在一定的腐蚀性。但由于盐分析出的量较直接撒布融雪剂的量相对小得多，因此对沿途结构物及环境的影响将大大降低。可通过在混凝土中添加引气剂、阻锈剂，降低水灰比等措施予以防止。

试验路运营1年来，路用性能优良，融雪效果较好，降低了冬季除雪时公路的养护成本，提高了冰雪道路的行车安全性。

［1］王 锋，李小江，韩微微，等.磁能融雪加热系统在公路工程中的应用研究［J］.公路交通科技，2012（9）：141.

［2］JTG E20－2011公路工程沥青及沥青混合料试验规程［S］.北京：人民交通出版社，2011.

［3］JTG F80／1－2004公路工程质量检验评定标准［S］.北京：人民交通出版社，2004.