除冰填料对沥青混合料性能影响研究

潘飞利

【摘 要】为了研究除冰填料对沥青混合料路用性能的影响，采用等体积替代法进行沥青混合料配合比设计，并对不同掺量除冰填料对沥青混合料高温稳定性、低温性能以及水稳定性能进行了对比分析。试验结果表明：除冰填料对沥青混合料高温性能与水稳定性具有显著影响，对低温性能也有一定影响；建议将水稳定性与低温性能作为除冰沥青混合料配合比设计关键控制指标，且除冰填料替换掺量不应超过50%。

【关键词】除冰填料；沥青混合料；路用性能

0 引言

路面抗滑性能作为各种路面修筑的关键指标，对保障车辆安全行驶具有极其重要的作用。但在我国北方等冬季寒冷地区，路面结冰使得路面抗滑性能大幅减小，极易导致交通安全事故的发生。传统方法中最有效的除冰措施一般为撒布氯盐等融雪剂，但过量使用也会导致一系列的问题，如土壤盐碱化、道路周边植被遭到破坏、桥梁或水泥混凝土路面裸露钢筋遭到腐蚀以及水体污染等。近年来，环保型除冰融雪剂的研究得到了较为广泛的关注，其中除冰沥青混合料作为其中一种具有高效、经济以及污染小的特点得到了一定的应用。该技术最早始于20世纪60年代的欧洲，瑞士、日本等国都有了较为广泛的应用与推广，但我国目前研究相对较少，因此有必要对除冰沥青混合料性能进行一定的探讨[1-9]。

1 除冰机理

除冰沥青混合料实际是由含盐填料取代部分矿粉，在低温雨水环境中，通过表层沥青混合料与水膜在毛细作用和行车荷载碾压作用下进行盐分置换，进而使路面雨水形成含盐溶液以达到降低冰点进而达到除冰防滑的目的。其中除冰填料主要由SiO2、NaCl、MgO、CaO等组成，起有效除冰作用成分为NaCl，占比达到50%以上。除冰沥青混合料中除冰填料的添加一般采用“湿法”，即先将除冰填料、矿粉与沥青混合制备除冰沥青胶浆，再与集料进行混合，因此沥青混合料中起除冰作用的主要为沥青胶浆。

2 试验设计

对比除冰填料与矿粉技术指标（表1）可看到，除冰填料密度较矿粉表观密度相差接近20%，若按传统等质量法进行替代必然会导致混合料体积参数的变化。因此除冰沥青混合料配合比采用等体积法进行设计，即先采用未掺除冰填料进行马歇尔法配合比设计，然后采用等体积替换法进行除冰填料替换，替换比例取0、30%、60%、100%，替换质量m计算公式如下：

其中，ρ1、ρ2分别为矿粉与除冰填料表观相对密度，m0为未掺除冰填料前矿粉添加量（g）。

3 除冰填料对混合料性能影响

3.1高温性能影响

取不同掺量除冰填料进行除冰沥青混合料试件制备，车辙试验结果如图1所示。

除冰填料的掺入对混合料的高温性能具有不利影响，且掺量越高影响越显著。当除冰填料掺量为100%时，沥青混合料动稳定度与60min累计车辙深度分别降低50%与增加至原来3倍。由于除冰沥青混合料一般用于温度较低的北方寒冷地区，相对而言对高温性能指标要求较低，且当除冰填料完全取代矿粉时其动稳定度也可达到4000次/mm，符合施工技术规范相关要求，因此可不将高温性能指标作为除冰沥青混合料关键控制指标。

3.2 低温性能影响

取不同掺加量除冰填料进行除冰沥青混合料试件制备，低温弯曲试验结果如图2所示。

分析可知，除冰填料的掺入对混合料低温性能有一定影响，当除冰填料完全取代矿粉时其极限破坏应变降低了约10%，且此时破坏应变值小于施工技术规范对冬寒区低温性能指标的要求。考虑到除冰沥青混合料的使用环境，为保证混合料低温性能，建议除冰填料掺量不大于90%。

3.3 水稳定性影响

取不同掺加量除冰填料进行除冰沥青混合料试件制备，水稳定性试验结果如图3所示。

分析可知，除冰填料对混合料低温性能具有较大影响，且掺量越大影响越显著。当除冰填料完全替代矿粉时，残留强度比与TSR均小于80%，低于施工技术规范对混合料低温性能的要求；且当掺量为60%时，残留强度比小于85%，已不满足低温指标要求。从上述曲线交点而言，为满足低温性能要求，建议除冰填料摻量不大于50%。若除冰性能要求必须使用高掺量除冰填料时，建议与能改善沥青与集料粘附性能的措施配合使用，如掺入水泥、生石灰等。

4 结论

（1）除冰填料对沥青混合料高温性能与水稳定性具有显著影响，对低温性能也有一定影响，且掺量越高影响越明显，非极端条件不建议使用高掺量的除冰填料替代矿粉。

（2）就除冰沥青混合料使用环境而言，低温性能与水稳性性能应作为除冰沥青混合料配合比设计的关键控制指标，建议除冰填料替换掺量不超过50%。若除冰性能要求必须使用高掺量除冰填料时，必须采取相应改善措施。

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[责任编辑：朱丽娜]