Mafilon盐化物沥青混合料的空隙率变化规律分析

胡 杰

(1.广西路建工程集团有限公司，广西 南宁 530001；2.南宁市筑路技术与筑路材料工程技术研究中心，广西 南宁 530001)

0 引言

盐化物自融雪沥青路面技术在国外发达国家得到了广泛的推广应用，尤其在日本推广应用面积达到380万m2，产生的实际效果显著。盐化物主要为氯盐成分，采用特殊包裹的方法填充于多孔陶粒、矿料载体中，然后直接掺加到沥青混合料中，在低温环境条件下，盐分逐渐析出以降低路面冰点。我国在2005年前后引进相关技术，并开展了一系列研究。如刘壮壮等人汇总分析了蓄盐类沥青路面的优缺点，从配合比设计、材料特性和路用性能等方面进行了对比，并提出了蓄盐类沥青路面技术的发展方向[1]。李娜等人研究了沥青混合料中盐化物的析出规律，提出了3阶段析出周期，对长期观察评价具有指导作用[3]。王军等人研究了盐化物沥青混合料路用性能，着重分析了空隙率与冻融劈裂强度的变化规律，提出了盐化物沥青混合料的抗水损害性能的弱性[2][4]。孙健分析了盐化物沥青混合料与普通沥青混合料的马歇尔体积参数差异性，指出容积替换法适用于盐化物沥青混合料配合比设计[5]。何湘宁研究了聚酯纤维对MFL沥青混合料的路用性能的影响，指出不同掺量下聚酯纤维对路用性能的影响不同，合理地添加聚酯纤维能够改善沥青混合料的抗水损害能力[6]。

综上所述，针对盐化物沥青混合料应用得出了不同的研究成果，研究方向主要集中在沥青混合料配合比设计、路用性能分析等，而对盐化物沥青混合料自身体积参数的分析涉及较少。本文引用部分研究成果，分析不同MFL掺量下，浸水温度和时间变化对沥青混合料的空隙率影响规律。

1 试验材料及方法

1.1 原材料

盐化物为日本生产的Mafilon(MFL)，主要成分为氯化钠、氯化钙和二氧化硅等，采用多孔火山岩包裹盐分替代部分矿粉。粗集料选择玄武岩，细集料为石灰岩，矿粉为石灰岩磨制。改性沥青为SBS I-D，由广西兴通沥青科技有限公司提供。相关试验结果见表1～4。

表1 MFL试验结果表

表2 粗集料试验结果表

表3 细集料试验结果表

表4 SBS(I-D)改性沥青试验结果表

1.2 试验方法

(1)研究采用AC-13C级配，利用“MFL-矿粉等体积置换方法”进行配合比设计，确定MFL的掺加比例分别为30%、50%、70%。

(2)随盐分的不断析出，混合料内部孔隙也存在相应的变化。对于沥青路面而言，随通车运营时间延长，沥青混合料的空隙率逐渐下降到一定范围内，盐化物沥青路面空隙率的变化规律要比普通沥青混合料更加复杂。本文选择马歇尔试件，利用不同的浸水时间、温度分析空隙率变化规律。浸水温度选择30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃；时间选择4 h、8 h、12 h、24 h、48 h、96 h、192 h。

2 空隙率理论值计算分析

依据JTG F40-2004[7]中沥青混合料配合比设计空隙率计算方法，对MFL沥青混合料的空隙率进行模拟推测，不同比例MFL沥青混合料空隙率为设计空隙率+MFL完全析出后空隙率，计算公式如下[5]：

(1)

式中：VV——MFL沥青混合料理论计算空隙率，%；

VV0——目标空隙率，%；

n1——MFL占沥青混合料总质量，%；

n2——MFL的有效成分，89%；

ρf——沥青混合料毛体积密度，g/cm3；

ρ——MFL的密度，g/cm3。

图1 不同MFL掺量下沥青混合料理论空隙率计算结果比例图

由图1可知：MFL掺量变化对沥青混合料空隙率值存在相应的影响，随MFL掺量的增加，空隙率也逐渐增加，3种掺量下空隙率提高幅度分别为57.7%、38.5%、19.2%(与初始空隙率3.5%相比)。这说明盐分析出对沥青混合料空隙率具有显著影响，随着盐分的不断析出，MFL在沥青混合料内部中占比体积下降，导致混合料空隙增加。因此，在MFL沥青混合料配合比设计过程中，需结合MFL的掺加用量考虑盐分完全析出后的空隙率变化，且相关研究成果指出沥青混合料空隙率偏大对路面性能的加速劣化具有促进作用。

3 温度对空隙率影响分析

研究采用浸水方法对MFL沥青混合料的空隙率变化进行模拟，浸水时间为48 h，不同浸水温度下空隙率变化试验结果见图2。

图2 不同浸水温度下MFL沥青混合料空隙率变化曲线图

由图2可以看出：

(1)温度变化对MFL沥青混合料空隙率具有显著影响。随浸水温度的增加，空隙率呈先增加后下降的趋势变化，3种掺量下空隙率均在浸水温度60 ℃时达到最大值，空隙率提高幅度分别为47.6%、47.2%、43.3%(与30 ℃相比)。对于盐化物沥青混合料，随浸水温度的增加，盐分析出的程度也增加，因为盐化物中离子的扩散速度加快，更容易溶于水，导致混合料的空隙率增加。研究表明，常规沥青混合料随温度的增加，空隙率呈下降趋势，这是因为随温度的升高，沥青胶结料热胀能够挤压部分结构空隙，空隙率存在减小的趋势。

(2)随浸水温度的持续增加，MFL沥青混合料空隙率呈下降趋势，说明在30 ℃～60 ℃范围内，MFL沥青混合料盐化物析出占主导因素，对空隙率增加具有主导作用。而60 ℃～70 ℃范围内，沥青混合料因体积膨胀，减小空隙率变化占主导作用。随浸水温度的持续增加，材料热胀作用持续提高，对内部孔隙的影响越显著。

(3)从整体分析，MFL掺量越大，沥青混合料空隙率受浸水温度影响越显著，浸水温度为70 ℃时，空隙率变化幅度分别为40.2%、42.3%、30.9%。

4 时间对空隙率的影响分析

盐化物沥青混合料中盐分析出与环境温度存在密切关联。研究表明，盐分析出也与通车运营周期存在相应的关系，研究采用的浸水温度为60 ℃，不同浸水时间下空隙率试验结果见图3。

图3 不同浸水时间下MFL沥青混合料空隙率变化曲线图

由图3可知：

(1)随浸水时间的增加，3种不同掺量MFL沥青混合料空隙率变化规律相一致，空隙率均呈增加趋势，但在0～48 h内，空隙率增加幅度较大，在48～96 h内，空隙率变化逐渐平缓。说明MFL沥青混合料在48 h内盐分析出量较大，而随着时间延长，内部盐分析出速率下降，空隙率变化趋于稳定。如MFL掺量为70%时，12 h、24 h、48 h、96 h、192 h的空隙率变化幅度分别为14.7%、50.7%、66.3%、68.0%、70.6%。

(2)随着MFL掺量增加，浸水时间变化对空隙率的影响越显著。以浸水48 h为例，3种不同掺量MFL的空隙率变化幅度分别为66.3%、65.0%、43.4%(以浸水4 h相比)，说明MFL沥青混合料中盐化物含量越大，盐分析出的速率越快，其空隙率变化就更加显著。

(3)MFL掺量超过50%，空隙率随浸水时间的变化幅度相对稳定。如浸水48 h时，MFL掺量50%、70%的空隙率变化幅度仅相差1.3%。另外，空隙率随浸水温度的变化幅度也相对稳定，在浸水温度为60 ℃时，MFL掺量50%、70%的空隙率变化幅度仅相差0.4%。

5 结语

(1)依据空隙率理论计算定义，MFL盐化物中盐分析出对沥青混合料理论空隙率存在显著影响，随MFL掺量的增加，理论空隙率也显著增加。

(2)随浸水温度增加，MFL沥青混合料空隙率呈先增加后下降的趋势变化，不同掺量下MFL空隙率均在浸水温度为60 ℃时达到最大值，随温度持续增加，空隙率呈下降状态，这是因为<60 ℃范围内，MFL沥青混合料盐化物析出对空隙率变化具有主导作用；而60 ℃～70 ℃范围内，沥青胶结料因体积膨胀对空隙率变化占主导作用。

(3)随浸水时间延长，MFL沥青混合料空隙率呈先快后慢的状态变化，并逐渐趋于稳定状态。在0～48 h内，空隙率增加幅度较大；在48～96 h内，空隙率变化逐渐平缓。MFL掺量越大，环境温度、浸水时间对沥青混合料空隙率影响幅度也越大，这与混合料中盐化物含量有关。