酸雨腐蚀沥青混凝土材料的研究综述

(长安大学公路学院 陕西 西安 710064)

酸雨腐蚀沥青混凝土材料的研究综述

黄枭楠

(长安大学公路学院陕西西安710064)

沥青混凝土是由沥青、矿料、改性剂等共同组成的复杂混合物。酸雨对沥青混合料的腐蚀是在自然环境下酸雨腐蚀可以自发进行的复杂物理和化学过程。本文在调查国内外现有研究的基础上，按照酸雨腐蚀机理、对混合料影响和腐蚀模拟技术三个方面对酸雨腐蚀沥青混凝土的现状进行了总结。鉴于目前国内外对沥青混凝土酸雨腐蚀研究不足的特点，总结了沥青混凝土酸雨腐蚀现有研究的不足之处，并建议了未来应当关注的研究内容。

酸雨腐蚀；沥青混合料；集料；水泥混凝土

一、引言

酸雨一般指值小于5.6的大气降水，包括雨水、冻雨、雪、雹、露等。酸雨因其危害民众健康、腐蚀文物古迹、破坏生态系统，已成为当今世界上备受关注的重大环境问题之一[1]。随着亚洲经济的高速发展，在我国长江以南、青藏高原以东及四川盆地的广大地区为中心，形成了世界第三大酸雨区[2]。2011年，全国468个监测城市(县)中出现酸雨的占48.5%，全国酸雨面积约124万[3]。全国不同的城市和地区，酸雨特征有一定差异。西安市降水值及酸雨的年内变化呈“双峰”型，1-3月和10-11月降水较低。

鉴于此，本文在充分调查国内外沥青混凝土酸雨腐蚀研究的基础上，从沥青混凝土的酸雨腐蚀机制、性能影响结果和腐蚀模拟方法三个方面进行了总结，通过与水泥混凝土酸雨腐蚀研究现状的对比，对其中的部分研究内容提出了看法及建议，旨在为后续的沥青混合料酸雨腐蚀研究工作提供有益参考。

二、酸雨腐蚀沥青混凝土研究进展

(一)酸雨腐蚀沥青混合料的作用机理

酸雨中的强酸能在水中完全电离对降水酸度(值)贡献最大。仲曙豪[4]等发现集料表面是典型的溶出性腐蚀。酸雨导致沥青中胶质含量下降，粘结性降低。集料方面，部分成分与酸性物质反应生成可溶性盐，导致集料棱角性变差，混合料空隙增大。张倩[5]等发现酸雨对沥青混凝土的腐蚀特性与混合料级配有关。进一步研究表明，酸雨腐蚀中的，和是协同作用关系[6]。

现有对于酸雨腐蚀沥青混凝土机理的研究主要有酸雨对集料的作用、对沥青各组分作用、对混合料表面特性以及对集料与沥青黏附界面作用等四个方面。研究方法也较为传统。可以考虑通过更为先进的技术手段，来分析和表征沥青混凝土的酸雨腐蚀现象。此外，酸雨与其他因素的协同作用同样应当受到重视。

(二)酸雨腐蚀沥青混凝土的影响因素

酸雨腐蚀的影响因素包括沥青种类、集料种类、成分、碱性成分含量，酸雨的化学组成和值，酸雨中主要作用成分的浓度，外界因素包括季节、温度、地域等。Grossi[17]等发现溶解后最先腐蚀的是镁盐。Malaga-Starzec[8]和Fronteau[9]等认为酸雨腐蚀反应物主要为方解石晶体而不是白云石。S.Eyssautier-Chuine[10]等研究发现晶体分解的模式与岩石的微观结构有关，比如多孔网状结构。

张倩[6]等发现浸泡沥青混凝土试件的酸雨溶液越低，试件质量损失越大，浸泡后的混合料空隙率和孔径大小受到影响，混凝土结构疏松。熊旭[11]等也认为长时间浸泡对沥青混合料的质量、空隙率、马歇尔稳定度、劈裂强度和抗剪强度均有一定影响，而对高低温性能影响的结论与张倩[5]等结论类似。

水、气压、温度是疲劳寿命显著缩短的原因[12,13]。此外，周兴林[14]等研究认为，粘结力强、空隙率小的密级配混合料对酸腐蚀的抵抗性能较优。Xinjun Feng[15]等发现酸雨腐蚀矿料的程度与岩石类型相关，岩石抗酸性能：花岗岩>玄武岩>石灰岩。

综上所述，酸雨腐蚀沥青混凝土的影响因素涉及岩石成分与微观结构、酸雨溶液的腐蚀物浓度和、外界荷载因素、浸泡温度、循环次数以及混合料级配、空隙率、混合料中碱性物质含量和胶结料黏附强度等。目前，对于酸雨腐蚀沥青混凝土的研究主要集中在宏观物理力学性质和抗滑能力等方面，尚缺乏更为深入的理论分析。

(三)酸雨腐蚀模拟的试验方法

酸雨腐蚀研究的模拟溶液影响着研究结果的可靠度问题。目前常用人工配制酸雨模拟溶液的方法来代替自然界的酸雨溶液。例如，周兴林[15]等采用喷淋和浸泡法模拟酸雨的腐蚀。周飞鹏[16]等通过周期浸泡法模拟酸雨腐蚀，并每天用酸度计和浓硝酸控制溶液值。

Lin,JD[17]等使用人造环境调节系统(AECS)来模拟酸雨作用条件以及评估沥青混合料的抗剥离性能。William James[18]等通过四种不同的路面滤去酸雨中污染物质，研究酸雨从降雨到落至路面雨水中物质的变化情况。唐进[19]等采用喷淋-光照循环侵蚀的方法来模拟酸雨对水泥基材料侵蚀破坏过程。

Liang Xue[20]等采用加速损坏测试仪器，加速酸雨腐蚀沥青混凝土的过程[21]。类比硫酸环境下混凝土质量损失与强度变化规律的时变方程[22]拟合，采用定量的方程表征规律。

三、未来研究方向

结合国内外研究现状，本文认为应当重视酸雨对沥青混凝土的腐蚀现象，未来可以从如下几个方面加强对沥青混凝土酸雨腐蚀问题的研究：

1.研究不同沥青混凝土材料组成对酸雨腐蚀的影响。研究常用的基质沥青、聚合物(SBS、SBR、PE等)改性沥青、矿物纤维(如玄武岩纤维、水镁石纤维)、植物纤维(木质素纤维、剑麻纤维、竹纤维等)、固体废弃物(RAP、RCP、FA等)等原材料组成对酸雨腐蚀的敏感性和响应。

2.考虑多因素耦合环境下，酸雨腐蚀对沥青混凝土的性能劣化情况。当其中两种或两种以上条件同时作用时，探究其耦合效应，开发现场暴露试验，模拟真实条件下的酸雨腐蚀。

3.建立和发展沥青混凝土酸雨腐蚀模型。从酸扩散、腐蚀过程、腐蚀效应等方面建立预估和分析模型，全面描述酸雨对沥青混凝土的腐蚀过程。

4.加强沥青混凝土抗酸雨腐蚀方法研究，例如，提出不同的纤维增强、级配改善、胶结料改性等抗酸雨腐蚀措施。对提升沥青混凝土酸抗性，以及对于沥青路面的耐久性提升具有重要意义。

[1]张新民,柴发合,王淑兰,等.中国酸雨研究现状[J].环境科学研究,2010,23(5):527-532.

[2]牛建刚,牛荻涛,周浩爽.酸雨的危害及其防治综述[J].灾害学,2008,23(4):110-116.

[3]宋国君,钱文涛,马本,等.中国酸雨控制政策初步评估研究[J].中国人口·资源与环境,2013,23(1):6-12.

[4]仲曙豪.酸雨对沥青混合料性能影响及作用机理研究[D].南京航空航天大学,2009.

[5]张倩,贾晓军,李艳丽,等.酸雨对沥青混合料强度及空隙率影响的模拟研究[J].中外公路,2005,25(1):78-80.

[6]张倩,李艳丽,贾晓军.酸雨对沥青混合料侵蚀作用的试验模拟[J].西安建筑科技大学学报(自然科学版),2005,37(1):86-89.

[7]熊旭.酸雨对沥青及沥青混合料的性能影响研究[D].长沙理工大学,2013.

黄枭楠(1993-)，男，长安大学公路学院，硕士生，研究方向路基路面工程材料。