氯盐融雪剂对沥青混合料性能影响的研究

贺皓皓，杨 林

(东北林业大学土木工程学院,黑龙江 哈尔滨 150040)

1 原材料及试验方法

1.1 试验材料

本试验采用壳牌A级70#基质沥青，其相关技术指标如表1所示，试验采用的粗集料为洁净、干燥的石灰岩集料，相关技术指标如表2所示。

表1 沥青技术指标

表2 粗集料技术指标

试验成型用混合料类型为AC-16，其级配组成如表3所示。

表3 混合料级配组成

市面上常用融雪剂类型为氯盐融雪剂、非氯盐融雪剂和混合型融雪剂。本试验采用氯化钠、氯化镁、氯化钠∶氯化镁=1∶2(掺配比例按两者体积大小确定)，其主要技术指标如表4所示。

表4 融雪剂主要技术指标

1.2 试验方法

(1)融雪剂试验

根据GB/T23851-2009《道路除冰融雪剂》规范要求，本次试验首先对融雪剂的冰点进行测定：将三种融雪剂分别配制成不同浓度的盐溶液，置于-20 ℃的低温试验箱中，使用精准温度仪测其盐溶液的冰点。

直径为150 mm的培养皿中各加入50 ml蒸馏水，置于低温试验箱中在相对应的温度下冷冻12 h，制备成形状大小相同，厚度为3 mm的冰样。开始试验时，分别称取氯盐融雪剂5g，将融雪剂均匀迅速的撒布在制备的冰样上，并开始计时，用胶头滴管分别抽取第10 min～60 min内融化产生的盐溶液并量取体积。每种融雪剂在相应的温度下进行3次重复试验，取3次试验的平均值作为该融雪剂的融冰体积。

(2)混合料试验

沥青混合料冻融劈裂试验和肯塔堡飞散试验参照JTGE20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》制备试验所用成型的马歇尔试件，标准马歇尔试件尺寸应符合直径101.6±0.2 mm、高63.5±1.3 mm的要求。

将成型的AC-16混合料马歇尔试件，分别在不同浓度(0，5%，10%，15%，20%)的3种融雪剂溶液中冻融循环10次，盐冻融温度为-20 ℃，恒温水浴温度为5 ℃。以盐溶液浸泡24 h，盐冻15 h，水浴12 h为一个循环，冻融循环结束后对其沥青混合料试件进行冻融劈裂试验和肯塔堡飞散试验。

2 融雪除冰效果研究

2.1 冰点测定

测定3种融雪剂在不同浓度下的冰点，结果如图1所示。

图1 三种融雪剂冰点与浓度的关系

由图1可以看出：随着融雪剂浓度的不断增加，其冰点也不断降低。在-20 ℃以下时，Mgcl2融雪剂的冰点明显低于Nacl融雪剂，且浓度增加冰点越低。

2.1 除冰效果研究

根据上述试验，测定了这3种融雪剂在不同温度(-5 ℃，-10 ℃，-15 ℃，-20 ℃)下的融冰体积，结果如图2～图5所示。

图2 -5 ℃下融雪剂融冰体积 图3 -10 ℃下融雪剂融冰体积

图4 -15 ℃下融雪剂融冰体积 图5 -20 ℃下融雪剂融冰体积

融雪剂的融雪原理是可以通过降低积雪冰面的凝固点，使路面含有盐溶液能在较低温度下保持液态，在车轮冲击等作用下，不断进行由固相变为液相的过程，即冰雪开始融化，随着时间的增加黑色路面全部露出。融雪剂在不同的温度下除冰效果各不相同，在冬季道路降雪对于融雪剂的选择尤为重要。如图2～图5：Nacl融雪剂在初始撒布时除冰效果较为缓慢，因为氯盐颗粒结晶体大，溶解度小，受周围环境影响，由固态融雪剂变为液态融雪剂需要一定的时间周期。在转变为盐溶液后，除冰效果直线上升，相比其余两种融雪剂而言，撒布后期除冰能力明显增加；Mgcl2融雪剂前期融雪除冰效果较好，尤其-20 ℃低温情况下，效果愈加明显，但后续除冰能力不足，容易引发道路二次结冰等问题，适用于高速公路、隧道出入口、上下坡路等道路冰雪的处理；而Nacl、Mgcl2掺配比例为1∶2的融雪剂在不同的低温下除冰效果居于两者之间，适用于主干街道冰雪的处理。

3 对混合料的性能影响

3.1 劈裂强度试验

沥青路面撒布融雪剂后，在一段时间内沥青材料处于含固态融雪剂与液态盐溶液的交替变化过程中，对路面材料造成一定的破坏作用，水损害较为严重。冻融劈裂试验常用来测定沥青混合料试件受到水损害前后劈裂破坏的强度比，用于评价沥青混合料的水稳定性，试验结果如图6、图7所示。

图6 劈裂强度与浓度的关系

图7 劈裂强度比与浓度的关系

由图6、图7可知：沥青混合料试件的劈裂强度随着融雪剂浓度的增加呈先增后降的趋势。在融雪剂浓度为5%时，试件劈裂强度达到最大，是由于盐溶液浓度较低，在-20 ℃下未能起到融冰效果，部分盐晶体渗入到沥青混合料空隙中，在试件冻融过程中起到提充作用，使试件颗粒间隙更加紧密，一定程度上对试件的劈裂强度起到有利作用；随着浓度的逐级增加，劈裂强度下降，且Mgcl2融雪剂﹥Nacl融雪剂﹥Nacl∶Mgcl2=1∶2﹥清水。

3.2 飞散试验

在冻融循环作用下融雪剂溶液会造成沥青与集料的剥离，引起沥青内部分子间结构的破坏，从而对沥青混合料的水稳定性造成极大的影响。沥青混合料飞散试验常用来评价在外界因素影响下路面表面集料脱落而散失的程度，也可称之为肯塔堡试验，试验结果如图8所示。

图8 飞散损失与浓度的关系

由图12可知：3种融雪剂对沥青混合料造成了不同程度的飞散损失，随着融雪剂浓度的增加，沥青混合料的飞散损失减小，当盐溶液浓度为5%左右时，试件损失最为严重，且Nacl∶Mgcl2=1∶2﹥Nacl﹥Mgcl2；其原因主要是盐溶液中有极性很强的Na+、Mg2+和Cl-，对于集料的吸附能力强于沥青材料，同时冻融循环使沥青与集料的交界处出现缺陷，盐溶液更易进入混合料内部，浸蚀并剥离包裹着集料的沥青，导致沥青混合料结构的破坏。

4 结 论

(1)3种融雪剂中，随着浓度的增加Mgcl2融雪剂的冰点最低，在冬季温差大的地区更适于道路清雪除冰工作。

(2)在除冰效果方面，Nacl融雪剂在不同温度下的表现为：前期融冰乏力，后期持久融冰体积大；Mgcl2融雪剂的表现为：前期融冰效果显著，温度越低融冰体积越大，后期融冰效果一般；而氯盐类混合物融冰效果则介于两者之间。

(3)随着融雪剂浓度的增加，AC-16混合料试件的劈裂强度呈先增后降的趋势，当融雪剂浓度为5%时，劈裂强度达到最大，且Mgcl2﹥Nacl﹥Nacl∶Mgcl2=1∶2。

(4)随着融雪剂浓度的增加，沥青混合料的飞散损失不断减小，当盐溶液质量分数为5%时，试件损失最为严重，在质量分数相同的情况下，3种融雪剂损失程度大小为：Nacl∶Mgcl2=1∶2﹥Nacl﹥Mgcl2。