氯盐类融雪剂对沥青混凝土性能的影响

孟令波，张 维，王 迅

(1.青岛理正建设科技有限公司，青岛 266033；2.青岛理工建业检测科技有限公司，青岛 266043)

冰雪天气是阻碍交通畅通的“大敌”，发展道路除冰雪技术势在必行.其中，采用融雪剂是应用最为广泛的方法.融雪剂种类繁多，其中氯盐型融雪剂和非氯盐型融雪剂较为常见，而氯盐类融雪剂因其价格低、融雪效果好，被多数国家采用，据悉，美国每年所用的融雪剂中氯盐类占4/5.早期大都使用NaCl，后来也使用CaCl2，MgCl2，KCl等，在国际上通称氯盐类融雪剂作“化冰盐”.

氯盐之所以具有良好的融雪融冰效果，是因为它自身具有可以降低水的冰点的特性.氯盐类融雪剂撒在冰雪表面上，积雪会因为氯盐溶解放热而融化.融化后盐水的冰点比水低，因此不容易再凝固结成冰，从而达到融雪的效果.

实践证明，氯盐类融雪剂的使用对于及时融化冰雪的确有效并且经济适用，但也存在严重的负面影响[1-2].氯盐类融雪剂的使用，一方面能快速融化冰雪，经济实用；另一方面氯盐具有较强的腐蚀性和加快冻融破坏性，对道路、桥梁等基础设施以及汽车、地下管线等金属物品均能造成严重的腐蚀破坏，引起巨大的经济损失.不少学者对融雪剂的破坏机理、预防措施等做了研究[3-5].国外学者对氯盐类融雪剂对沥青混凝土性能的影响已经有一定的研究，1996年美国联邦公路局研究显示，氯盐类融雪剂的使用会明显降低沥青混凝土路面的抗滑性能[6].LIU等采用改进沸水试验方法(ASTM D3625)研究了醋酸盐对沥青混凝土性能的影响，结果表明醋酸盐会加速沥青混凝土中沥青的乳化，从而对沥青混凝土的力学性能产生影响[7].代琳琳等[8]的研究表明，氯离子可以加快沥青的氧化过程，从而降低沥青与砂石骨料的握裹能力.傅广文[9]研究了融雪剂对沥青混合料路用性能的影响，研究表明融雪剂的使用降低了沥青混合料的冻融劈裂强度、抗弯拉强度、动稳定度等性能指标.

本文在国内外学者研究的基础上，通过沥青与集料的黏附性试验、弯曲试验、劈裂试验和冻融-弯曲试验，研究了不同浓度的固体及液体氯盐融雪剂对沥青混凝土性能的影响.

1 试验原材料

1.1 沥青混合料

本试验所用原材料为青岛地区常用的沥青AC-13面层材料类型，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20—2011)的相关规定取样、制作试件.所做试件考虑不同环境条件，包括水、固体和液体两种融雪剂两种不同浓度(5%和10%)，分别进行沥青与集料的黏附性试验、弯曲试验、劈裂试验和冻融-弯曲试验.

表1 原样沥青的主要技术性质

1.1.1 沥青的技术性质

本试验采用高富牌A级50号沥青，采用《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20—2011)中规定的试验方法对沥青各项技术性能进行了测定，结果见表1，试验结果表明，该沥青各项技术性能满足规范的要求.

1.1.2 沥青混合料配合比

本试验采用AC-13玄武岩沥青混合料，级配如表2所示，最佳油石比为4.6%.

表2 AC-13玄武岩沥青混合料级配

1.2 融雪剂

所用融雪剂均为青岛地区常用的氯盐类融雪剂，No.1为白色粉末状的固体融雪剂，No.2为无色的液体融雪剂.采用离子色谱仪对主要可溶性离子进行了测定，离子色谱仪试验结果如表3所示.

表3 离子色谱仪试验结果

由试验结果可以看出，No.1的白色粉末状融雪剂主要成分为CaCl2，No.2的无色透明液体状融雪剂的主要成分为NaCl，均含有较多的氯离子，对沥青混凝土桥面铺装存在耐久性损伤的风险.

2 试验方案

本试验分别采用了清水、浓度为5%和10%的液体融雪剂溶液以及浓度为5%和10%的固体融雪剂溶液，对5种不同情况下的试验结果进行对比分析.弯曲试验、劈裂试验和冻融-弯曲试验需要先将相同的试件分别放在5种溶液中浸泡，浸泡龄期为1个月.每种条件下的试件(试样)都有4个，测得的相应的4个结果为1组，试验结果为4个数值的平均值.当1组测定值中某个数据与平均值之差大于标准差的1.46倍时，该测定值应予以舍弃，并以其余测定值的平均值作为试验结果.

2.1 融雪剂对沥青与集料的黏附性的影响

沥青与集料的黏附性大小直接影响到沥青混合料承载能力的大小，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20—2011)采用水浸法进行了试验，研究氯盐融雪剂对沥青混合料黏聚力的影响，将观察的在石料颗粒表面裹覆沥青膜的面积作为试验结果.

图1 弯曲试验装置

2.2 融雪剂对沥青混合料路用性能的影响

2.2.1 弯曲试验方法

按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20—2011)中T0703—2011沥青混合料试件制作方法，在轮碾成型的板块状试件上用切割法制作棱柱体试件，试件尺寸应该符合长(250±2)mm、宽(30±2)mm、高(35±2)mm的要求.按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20—2011)中沥青混合料弯曲试验(T0715—2011)步骤进行试验.

压力机以规定的速率在跨径中央施以集中荷载，直至试件破坏.记录仪同时记录荷载-跨中挠度曲线.试验装置如图1所示.跨径为200 mm.

2.2.2 劈裂试验方法

本试验依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20—2011)中的沥青混合料劈裂试验(T0716—2011)方法进行.采用击实法制作圆柱体试件，双面击实各50次.试件制作完成后，分别放置在清水、浓度为5%和10%的液体融雪剂溶液以及浓度为5%和10%的固体融雪剂溶液中浸泡，浸泡龄期为1个月.待达到试验预期的浸泡时间后，取出试件，进行劈裂试验.试验装置如图2所示.

2.2.3 冻融-弯曲试验方法

通过冻融-弯曲试验研究和分析融雪剂对沥青混合料经受低温后的性能影响.该试验参考《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(GB/T 50082—2009)中的“快冻法”进行.冻融-弯曲试验采用与前述弯曲试验相同的试件，每组4块.设备采用TDR-3型全自动混凝土快速冻融试验设备，如图3所示.试件分别放入清水、浓度为5%和10%的液体融雪剂溶液以及浓度为5%和10%的固体融雪剂溶液，每次冻融循环在2～3 h内完成，其中用于融化的时间为整个冻融时间的1/4.所有试件的冻融次数均设定为20次.冻融循环后，取出试件立即按前述弯曲试验的方法进行弯曲试验，得到试件的极限抗弯承载力.

图2 劈裂试验装置

图3 全自动快速冻融试验设备

3 试验结果分析

3.1 融雪剂对沥青与集料的黏附性的影响

经过水浸法试验后，不同溶液中石料颗粒表面裹覆沥青膜的面积情况如图4所示.

图4 沥青与集料的黏附性试验结果

经过观察，在不同浓度融雪剂溶液下浸泡过的石料颗粒表面裹覆的沥青膜的面积基本相同，与浸液前相比，基本没有变化.该试验结果可以表明，融雪剂对沥青混合料的黏聚力的影响不大.

3.2 融雪剂对沥青混合料路用性能的影响

3.2.1 弯曲试验数据分析

采用Origin软件，对弯曲试验结果(位移-荷载曲线)进行拟合，得到如图5所示的曲线.由各曲线的最高点得到3种不同浓度(0%，5%，10%)固体和液体融雪剂下浸泡试件的极限弯曲承载力值，4个结果为1组，试验结果为4个数值的平均值，汇总如表4所示.

表4 弯曲极限承载力试验结果

由表4看出，氯盐融雪剂的使用均降低了沥青混合料的抗弯极限破坏荷载.对比相同浓度的固、液氯盐融雪剂浸泡过的试件的极限抗弯破坏荷载发现，在使用融雪剂浓度相同的情况下，当溶液浓度小于10%时，液体融雪剂对沥青混合料的破坏影响更大；当溶液浓度为10%时，弯曲试验结果固体融雪剂、液体融雪剂较基准构件分别减少16.87%，15.66%，说明不同状态的融雪剂，当浓度为10%时对沥青的影响基本一致；对比同种融雪剂可以看出，固体融雪剂浸泡过的试件破坏程度几乎不受其浓度的影响，大约能够降低沥青混合料抗弯性能的20%，而液体融雪剂浸泡过的试件破坏趋势与其浓度差别较大，需进一步试验研究其规律.

图5 弯曲试验结果

3.2.2 劈裂试验数据分析

采用Origin软件，对劈裂试验结果(位移-荷载曲线)进行拟合，得到如图6所示的曲线，由各曲线最高点得出3种不同浓度(0%，5%，10%)固体和液体融雪剂下浸泡试件的极限破坏荷载，汇总如表5所示.

表5 劈裂极限承载力试验结果

由表5可知，浓度5%固体融雪剂下浸泡试件的极限破坏荷载没有降低反而有所提高，这主要是由于试件本身存在一定的离散型，总体来看，浓度5%融雪剂的使用对沥青混合料的劈裂强度影响较小，浓度10%融雪剂的使用对沥青混合料的劈裂强度影响较明显，随着浓度的增大，其对沥青混合料的影响也呈增大趋势.相同浓度的固体融雪剂溶液要比液体融雪剂溶液对沥青混合料性能的影响更明显.

3.2.3 冻融-弯曲试验数据分析

采用Origin软件，对经受冻融损伤后的试件进行弯曲加载试验，对其结果(位移-荷载曲线)进行拟合，得到如图7所示的曲线.由各曲线最高点可以得出3种不同浓度(0%，5%，10%)固体和液体融雪剂下浸泡试件的极限破坏荷载，汇总如表6所示.

图6 劈裂试验结果

图7 冻融-弯曲试验结果

表6 冻融-弯曲试验结果

由表6可知，融雪剂的使用降低了沥青混合料的冻融抗弯强度，并且随着浓度的增大，其对沥青混合料的影响也越来越大.同种浓度的液体融雪剂溶液要比固体融雪剂溶液对沥青混合料性能的影响更明显.

4 结论

本文分别研究了清水、浓度为5%和10%的液体融雪剂溶液以及浓度为5%和10%的固体融雪剂溶液5种不同溶液对沥青混合料的黏聚力、抗弯性能、抗劈裂性能以及抗冻融-弯曲性能的影响，得出如下结论：

1) 氯盐融雪剂的使用，对沥青混合料的黏聚力基本没有影响.

2) 氯盐融雪剂的使用，均降低了沥青混合料的抗弯承载力.在使用融雪剂浓度相同的情况下，当溶液浓度为5%时，液体融雪剂对沥青混合料的破坏影响更大；当溶液浓度为10%时，弯曲试验结果固体融雪剂、液体融雪剂较基准构件分别减少16.87%，15.66%，说明不同状态的融雪剂，当浓度为10%时对沥青的影响基本一致；对比同种融雪剂可以看出，固体融雪剂浸泡过的试件破坏程度几乎不受其浓度的影响，而液体融雪剂浸泡过的试件破坏趋势与其浓度的关系需进一步试验.

3) 随着氯盐融雪剂浓度的增长，融雪剂对沥青混凝土的劈裂强度降低愈加明显，不同种类的融雪剂对沥青混合料劈裂强度降低数值略有不同，同种浓度的固体融雪剂溶液要比液体融雪剂溶液影响要大些.

4) 冻融-弯曲试验结果显示，两类氯盐融雪剂均导致沥青混合料的盐冻，溶液浓度越大，盐冻引起的损伤越明显.