氯盐融雪剂对沥青混合料低温性能的影响研究

范宏昌 冯毅

摘要：为研究氯盐融雪剂对沥青混合料低温性能的影响，选用主要成分分别为氯化钙和氯化钠的A、B两种融雪剂，在不同试验温度（0℃、-10℃、-20℃）下对试件进行小梁弯曲试验。比较了试件RB、εB、SB等常规指标和应变能密度的衰减情况，探讨两种融雪剂对沥青混合料低温性能的作用效果。结果表明：随着试验温度的降低和融雪剂溶液的浸泡，沥青混合料的低温性能减弱;并且A型融雪剂对沥青混合料的低温性能的影响小于B型。

关键词：氯盐融雪剂;低温抗裂性能;小梁弯曲试验;弯曲应变能密度

铺撒氯盐融雪剂是我国北方地区应用最广泛的除雪方法，但氯盐融雪劑对沥青混合料的低温性能有一定的影响，研究发现：融雪剂会使沥青混合料路面发生早期病害，降低混合料的低温抗裂性能，导致路面质量和使用年限下降[1]。

针对沥青混合料低温性能的研究，国内外已经有了多种成熟的试验方法，如美国公路战略研究计划SHRP计划提出的“J积分和温度应力”试验方法[2];Hill B等提出了预估破裂温度法。在我国现行规范JTG E202011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中，采用小梁弯曲试验以RB、εB、SB来为评价沥青混合料低温性能[3]。本文通过小梁弯曲试验，来研究试验温度和处置方法对沥青混合料的低温性能的影响。

1 试验及材料

1.1 原材料

试验用胶结材料为90#基质沥青;沥青混合料为AC13连续级配沥青混合料，粗集料为1015mm，510mm的玄武岩，细集料为05mm的玄武岩，矿粉采用石灰石矿粉，沥青混合料的油石比为5%。试验采用A、B两种融雪剂，A型融雪剂主要成分为CaCl2，成分占比为71%;B型融雪剂主要成分为NaCl2，成分占比为59%。

1.2 小梁低温弯曲试验

本试验按照规范T0703方法，轮碾成型300mm×300mm×50mm的标准车辙试件，再将试件切割成尺寸长250mm×30mm×35mm的标准小梁试件。

本试验主要研究在a、b、c、d四种不同处置方法下，沥青混合料低温性能的变化情况。a组试件为空白对照组;b组试件在常温下用清水浸泡饱水7d;c组试件在常温下用浓度为1591%的A型融雪剂溶液浸泡饱水7d;d组试件在常温下用浓度为17.54%的B型融雪剂溶液浸泡饱水7d（所选用的融雪剂浓度皆为10℃条件下，推荐使用浓度）。饱水完成后，将小梁置于高低温交变箱内在试验温度下恒温保存4h以上，试验温度设置为0℃，10℃，20℃。对小梁试件进行单点加载直至小梁破坏，加载速率为50mm·min1，依据规范计算小梁破坏时抗弯强度Rb，最大弯曲应变εb及弯曲劲度模量Sb。

2 试验结果分析

2.1 性能分析

经过不同处置方法后，在0℃、10℃、20℃温度下的小梁弯曲试验结果如图1、图2所示。图1为不同处置方法下试件的弯拉强度RB、最大弯拉应变εB、弯曲劲度模量SB随温度变化曲线;图2为不同温度下试件的RB、εB、SB随处置方法变化曲线。

由图1可以可知，温度的变化对混合料的RB、εB、SB都有较大程度的影响。图1（a）显示，随着温度的降低，混合料的RB呈现下降的趋势，不同处置方法混合料的抗弯拉强度的下降趋势基本一致;图1（b）显示，随着温度的降低，混合料的εB呈先上升后下降规律，0℃到10°趋势较为平缓，10℃到20℃趋势较快，不同处置方法混合料的最大弯拉应变都呈现该规律;图1（c）显示：随着温度的降低，混合料的弯曲劲度模量SB基本呈现先下降后上升的规律。但是c组试件的劲度模量始终呈下降趋势。

由图2可以看出：沥青混合料试件经过a、b、c、d四种不同的处置方法后，混合料的RB、εB均呈现下降规律，且不同温度条件下规律保持一致，混合料的SB基本呈上升趋势，但在20℃下，出现了下降后上升的趋势。对比不同处置方法下试件的RB、εB、SB值，来分析其对混合料低温性能的影响，可见在三组不同温度下，经过c组处置方法试件的低温性能始终优于d组，说明浸泡A型融雪剂溶液对混合料低温性能的损伤低于B型融雪剂。

在试验结果分析时发现，以试件基本性能为指标，可能出现矛盾现象。例如图2（a）、（b），当以RB为指标时，0℃相较于10℃条件下，试件的低温性能好;但当以εB为指标时，10℃相较于0℃条件下，试件的低温性能好。故需要通过应变能密度进一步的对混合料的低温性能进行分析。

2.2 应变能密度分析

沥青混合料在低温下可以被看成一种弹性材料，其破坏过程是一个能量耗散的过程，所以可以将沥青混合料低温破坏过程中消耗的能量作为评价其低温抗裂性能的一个重要指标。定义WP为沥青混合料单位体积破坏能，其几何意义是应力达到最大值之前，应力应变曲线下方包围的面积。根据定义，沥青混合料单位体积应变能表示为：

Wp=εB0σ（ε）dε（1）

低温小梁弯曲试验上升阶段的应力-应变关系符合三次多项式的形式：

σ（ε）=Aε3+Bε2+Cε+D（2）

式中，A、B、C、D为材料基本参数，经应力应变曲线拟合得到。将式（2）代入式（1），可得：

WP=a4εB4+b3εB3+c2εB2+dεB（3）

Wp随处置方法变化图，如图3所示，由图3可知，（1）经过清水浸泡饱水和融雪剂浸泡饱水的试件，其Wp值均有一定的衰减，说明水和融雪剂溶液的浸泡会使得沥青混合料的低温性能变弱，并且两种融雪剂对混合料低温性能的影响比清水更严重。这是由于两种融雪剂的主要成分都为氯盐，盐溶液通过沥青混合料的孔隙通道进入内部并由于结晶作用产生了应力，破坏了混合料的内部结构，导致混合料低温性能下降。（2）B型融雪剂浸泡饱水后的试件Wp小于A型融雪剂。在温度为0℃、10℃、20℃时，B型融雪剂浸泡饱水试件相比于A型的Wp值分别低0.25Jm3、0.33Jm3、0.13Jm3，说明了B型融雪剂对沥青混合料的低温性能的破坏更严重。这是因为，B型融雪剂的主要成分为NaCl2，NaCl2会降低沥青本身的低温性能，同时钠盐会降低沥青与集料间的黏附性，使得沥青由于乳化而溶于水，进而导致混合料整体的粘结性下降[4]，严重降低其低温性能;而B型融雪剂的主要成分为CaCl2，存在大量的钙离子，可以有效地融合到沥青分子中，增强了沥青的粘结能力;以上两点原因使得A型融雪剂对沥青混合料低温性能的影响小于B型融雪剂。

3 结论

（1）仅采用RB、εB、SB这三个常规指标评价沥青混合料低温性能，存在一定的局限性，可结合试件弯曲应变能密度共同分析。

（2）通过试验分析结果得出，以NaCl2为主要成分的B型融雪剂对沥青混合料低温性能的影响程度大于以CaCl2为主要成分的A型融雪剂。

参考文献：

[1]侯曙光，王宏畅，黄晓明，等.低温地区沥青混合料冻融疲劳特性分析[J].公路交通科技，2006.

[2]冯毅.不同融雪剂融雪效果及对沥青混合料路用性能影响研究[D].内蒙古工业大学，2019.

[3]张登良.沥青路面[M].人民交通出版社，1998.

[4]郭平，马朝鲜，周雄.融雪剂对沥青混合料低温性能影响研究[J].筑路机械与施工机械化，2015.