自融雪盐化物沥青混合料技术性能*

王中合 李祖仲 赵子健 陈 哲

(邢台路桥建设总公司1) 邢台 054001) (长安大学材料科学与工程学院2) 西安 710061)

自融雪盐化物沥青混合料技术性能*

王中合1)李祖仲2)赵子健1)陈 哲1)

(邢台路桥建设总公司1)邢台 054001) (长安大学材料科学与工程学院2)西安 710061)

自融雪沥青路面材料对于冰雪气候条件下抑制路面冻结、提高行车安全具有显著的功效.采用自主研制的粉体盐化物，根据沥青混合料现行规范中推荐的马歇尔试验方法，进行未掺和掺加盐化物的AC-13C，Superpave-12.5，SMA-13，AC-10，AC-05沥青混合料配合比设计、路用性能检验及融雪性能评价.结果表明，各盐化物沥青混合料技术性能均能满足规范要求，电导率测试表明各混合料具备自融雪功能；结合实体工程，提出盐化物沥青混合料的施工工艺参数，并观测盐化物沥青路面野外融雪效果，为进一步推广自融雪沥青路面技术提供试验依据.

道路工程;沥青路面;自融雪;盐化物;交通安全

0 引 言

冬季道路表面积雪结冰给交通安全带来严重的隐患[1-3].为提高道路安全通行能力，日本、比利时、瑞士等国家广泛采用自融雪路面技术[4-5]，即在沥青混合料热拌时掺入Verglimit-260或Mafilon等粉体融雪抑冰材料，主要成分为NaCl，在湿态下沥青路面中融雪成分溶解析出，降低路表冰雪界面层冰点，抑制冰雪层与路面的冻结[6].在我国，近几年来开始引进该技术，并铺装试验路观测其融雪效果[7-8]，也研发了类似产品，但大都处于试验研究阶段[9-11]，除冰雪长效性仍有待于进一步研究.文中以CaCl2为主要成分，优选疏水剂、偶联剂，通过球磨技术制备新型融雪抑冰粉体盐化物材料[12-13].采用自主研制的粉体盐化物，以马歇尔试验方法，进行未掺和掺加盐化物的AC-13C等4种沥青混合料配合比设计，验证其路用性能，并进行融雪性能评价和野外融雪效果观测，结合实体工程，提出盐化物沥青混合料的施工工艺参数，为进一步推广自融雪沥青路面技术打下基础.

1 盐化物沥青混合料组成设计

1.1 原材料技术性质

1.1.1 沥青基本技术性质

对于所有掺与未掺盐化物的沥青混合料，均采用SBSⅠ-C改性沥青，技术性能见表1.

表1 SBS改性沥青技术性能

1.1.2 集料与矿粉基本技术性质

集料来自湖北某采石场生产的辉绿岩，分为4档，分别是：1#(10～15 mm)料、2#(5～10 mm)料、3#(3～5 mm)料、4#(0～3 mm)石屑.粗、细集料技术性质测试见表2～3.

表2 粗集料技术性质与技术要求

表3 细集料技术性质与技术要求

矿粉的表观密度为2.715 g/cm3.

1.1.3 其他材料

盐化物沥青混合料采用自主研发的粉体盐化物材料，主要技术性质与技术要求表4.与Mafilon粉体盐化物材料电镜对比照片见图1～2.SMA采用常用的木质素纤维.

表4 盐化物的主要技术指标

由图1～2可知，与Mafilon粉体盐化物相比较，自主研制的盐化物晶体界面模糊，表面覆盖一层有机改性材料疏水剂，起到良好的缓释作用，延长盐化物使用寿命，偶联剂提高疏水剂与CaCl2晶体的粘附性，此外，通过球磨粉碎作用，粉体颗粒形状不规则，具有一定的比表面积，在沥青混合料中起到良好的填料作用.

图1 自主研制的盐化物电镜图

图2 Mafilon盐化物电镜图

1.2 盐化物沥青混合料配合比

进行未掺和掺加盐化物的AC-13C，Superpave-12.5，SMA-13，AC-10，AC-05沥青混合料马歇尔试验，确定各混合料配合比见表5.对于SMA混合料，木质素纤维掺量占混合料总质量的0.3%.其中A型为未掺盐化物混合料，B型为掺盐化物混合料.

表5 沥青混合料配合比 %

1.3 马歇尔试验结果

掺与未掺盐化物的沥青混合料马歇尔试验结果见表6.

对于同类型混合料，盐化物替代部分矿粉后，最佳油石比、毛体积密度、最大理论密度、空隙率均有所降低，除SMA外，掺盐化物后，其他混合料马歇尔稳定度略有减小，流值稍有增加，但均满足规范要求值.

2 盐化物沥青混合料路用性能

各混合料路用性能试验结果见表7.

表6 沥青混合料马歇尔试验结果

表7 沥青混合料路用性能

对于各沥青混合料，盐化物替代部分矿粉后，混合料都表现为，动稳定度增大，低温弯拉破坏应变、残留稳定度、冻融劈裂残留强度比略有减小，但均在规范要求的范围内，对混合料路用性能影响不大.

3 盐化物沥青混合料融雪性能

将5种类型的盐化物混合料马歇尔试件，浸泡于相同体积的蒸馏水中，测试不同时刻的电导率，采用电导率在初始时段内的增长速率-电导率拟合直线的斜率评价自融雪盐化物混合料的融雪性能，其斜率越大，盐化物有效成分速率析出越快，测试结果见图3和表8.

图3 不同类型盐化物混合料电导率随时间的变化

技术参数AC⁃13CSuperpave⁃12．5SMA⁃13AC⁃10AC⁃05电导率拟合直线的斜率/[mS·(cm·min)-1]0．00060．00060．00080．00060．0008电导率最大值/(mS·cm-1)0．3220．3150．4050．3100．385

对于AC-13C等5种盐化物混合料，盐化物有效成分析出速率与混合料类型、盐化物掺量、空隙率有关，掺量越多，空隙率越大，析出速率越快，电导率随之增大，SMA-13和AC-05混合料中盐化物析出速率最快，AC-13C,Superpave12.5,AC-10析出速率接近，SMA-13混合料电导率值最大，主要在于SMA-13混合料中盐化物的掺量占整个细集料及填料比例最高，并且，SMA试件表面粗糙度明显高于其他混合料，盐分易与水分接触，导致其电导率值最大；此外，在相同掺量下，溶液的电导率随着空隙率的增加而增加，为了避免盐化物有效成分析出速率过快，保证路面融雪性能的长效性，盐化物自融雪沥青路面应具有合适的空隙率，结合沥青混合料技术要求和盐化物沥青混合料研究成果，设计空隙率为4%左右时能够得到较好的盐分溶析效果，同时也能保持融雪性能的持久性.

4 施工工艺与融雪效果观测

4.1 施工工艺参数

通过近5年来盐化物沥青路面施工实践，在盐化物沥青混合料施工工艺与质量控制方面积累了丰富的现场经验，与普通改性沥青混合料相比，其主要差异在于：湿拌时间稍有延长，料到前场，尽快摊铺，摊铺速度适中，初压紧跟摊铺机，碾压尽量不要洒水，可用少量的轻油替代.一般采用钢轮压路机进行初压，可采用胶轮压路机进行复压，终压仍采用钢轮压路机.主要施工工艺参数详见表9.

4.2 野外融雪效果观测

自主研制盐化物材料已在湖北、山西、陕西、辽宁、甘肃、河北等省高速公路或国道冬季沥青路面养护工程中得到应用，其中高速公路养护工程采用铣刨原路面4 cm，重新铺装4 cm自融雪沥青混合料；国道养护工程采用直接铺装3 cm AC-10自融雪沥青混合料，制作不同类型自融雪沥青混合料车辙板，融雪效果见图4，其中，未掺盐化物沥青混合料未见融雪.

表9 自融雪盐化物沥青混合料施工工艺参数

图4 不同类型盐化物沥青混合料融雪效果

5 结 论

1) 针对不同道路等级或路面状况的自融雪沥青路面材料需求，以自主研发的粉体盐化物材料，设计出AC-13C，Superpave-12.5，SMA-13，AC-10，AC-05自融雪沥青混合料，各混合料路用性能均能满足规范要求，掺加盐化物不致于混合料路用性能劣化.

2) 对AC-13C，Superpave-12.5，SMA-13，AC-10，AC-05自融雪沥青混合料进行了融雪效果评价，SMA-13和AC-05混合料中盐化物析出速率最快，AC-13C，Superpave-12.5，AC-10析出速率接近，考虑到融雪效果的持久性及经济性，对于自融雪路面，高速公路宜选用AC-13C和Superpave-12.5混合料，国省道宜选用AC-10混合料.

3) 结合工程实践，提出了盐化物沥青路面主要的施工工艺参数，室外车辙板融雪试验和自融雪沥青路面野外融雪效果观测，表明设计的自融雪混合料具有良好的自融雪功能，为进一步推广自融雪盐化物沥青路面技术提供重要参考.

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Technical Properties of Snowmelt Asphalt Mixture with Salt Material

WANG Zhonghe1)LI Zuzhong2)ZHAO Zijian1)CHEN Zhe1)

(XingtaiRoadBridgesConstructionCorporation,Xingtai054001,China)1)(SchoolofMaterialScienceandEngineering,Chang’anUniversity,Xi’an710064,China)2)

Auto-snowmelt asphalt pavement materials can significantly prevent pavement freezing and thus improve the traffic safety under the ice-snow weather. According to the Marshall Test methods recommended by the standard test methods of bituminous mixtures, the paper adopts independently-developed powder salt compound, designs the asphalt mixtures (AC-13C, Superpave-12.5, SMA-13, AC-10, and AC-05) with and without salt compound, tests the pavement performance and evaluates the snowmelt effect. The results show that all the technical properties of different asphalt mixtures with salt compound meet the standard requirements. In addition, the electrical conductivity tests show that all the mixtures have the snowmelt function. Finally, combined with the demonstration project, the paper proposes the construction craft parameters of asphalt mixtures with salt compound and illustrates the observation of snowmelt effect on salt compound asphalt pavement, which can provide some experimental references for further promotion of snowmelt asphalt pavement technologies.

road engineering; asphalt pavement; auto-snowmelt; salt compound; traffic safety

2016-10-20

*河北省邢台市科学技术研究与发展计划项目(2014ZC021)、青海省重大科技专项项目(2014-GX-A2A)、长安大学大学生创新创业训练计划项目(201510710108，201610710094)资助

U416.217

10.3963/j.issn.2095-3844.2016.06.024

王中合(1970—)：男，硕士，高级工程师，主要研究领域为公路工程新技术和新材料开发