王中合 李祖仲 趙子健 陳 哲

(邢臺(tái)路橋建設(shè)總公司1) 邢臺(tái) 054001) (長(zhǎng)安大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院2) 西安 710061)

自融雪鹽化物瀝青混合料技術(shù)性能*

王中合1)李祖仲2)趙子健1)陳 哲1)

(邢臺(tái)路橋建設(shè)總公司1)邢臺(tái) 054001) (長(zhǎng)安大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院2)西安 710061)

自融雪瀝青路面材料對(duì)于冰雪氣候條件下抑制路面凍結(jié)、提高行車安全具有顯著的功效.采用自主研制的粉體鹽化物，根據(jù)瀝青混合料現(xiàn)行規(guī)范中推薦的馬歇爾試驗(yàn)方法，進(jìn)行未摻和摻加鹽化物的AC-13C，Superpave-12.5，SMA-13，AC-10，AC-05瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)、路用性能檢驗(yàn)及融雪性能評(píng)價(jià).結(jié)果表明，各鹽化物瀝青混合料技術(shù)性能均能滿足規(guī)范要求，電導(dǎo)率測(cè)試表明各混合料具備自融雪功能；結(jié)合實(shí)體工程，提出鹽化物瀝青混合料的施工工藝參數(shù)，并觀測(cè)鹽化物瀝青路面野外融雪效果，為進(jìn)一步推廣自融雪瀝青路面技術(shù)提供試驗(yàn)依據(jù).

道路工程;瀝青路面;自融雪;鹽化物;交通安全

0 引 言

冬季道路表面積雪結(jié)冰給交通安全帶來(lái)嚴(yán)重的隱患[1-3].為提高道路安全通行能力，日本、比利時(shí)、瑞士等國(guó)家廣泛采用自融雪路面技術(shù)[4-5]，即在瀝青混合料熱拌時(shí)摻入Verglimit-260或Mafilon等粉體融雪抑冰材料，主要成分為NaCl，在濕態(tài)下瀝青路面中融雪成分溶解析出，降低路表冰雪界面層冰點(diǎn)，抑制冰雪層與路面的凍結(jié)[6].在我國(guó)，近幾年來(lái)開(kāi)始引進(jìn)該技術(shù)，并鋪裝試驗(yàn)路觀測(cè)其融雪效果[7-8]，也研發(fā)了類似產(chǎn)品，但大都處于試驗(yàn)研究階段[9-11]，除冰雪長(zhǎng)效性仍有待于進(jìn)一步研究.文中以CaCl2為主要成分，優(yōu)選疏水劑、偶聯(lián)劑，通過(guò)球磨技術(shù)制備新型融雪抑冰粉體鹽化物材料[12-13].采用自主研制的粉體鹽化物，以馬歇爾試驗(yàn)方法，進(jìn)行未摻和摻加鹽化物的AC-13C等4種瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)，驗(yàn)證其路用性能，并進(jìn)行融雪性能評(píng)價(jià)和野外融雪效果觀測(cè)，結(jié)合實(shí)體工程，提出鹽化物瀝青混合料的施工工藝參數(shù)，為進(jìn)一步推廣自融雪瀝青路面技術(shù)打下基礎(chǔ).

1 鹽化物瀝青混合料組成設(shè)計(jì)

1.1 原材料技術(shù)性質(zhì)

1.1.1 瀝青基本技術(shù)性質(zhì)

對(duì)于所有摻與未摻鹽化物的瀝青混合料，均采用SBSⅠ-C改性瀝青，技術(shù)性能見(jiàn)表1.

表1 SBS改性瀝青技術(shù)性能

1.1.2 集料與礦粉基本技術(shù)性質(zhì)

集料來(lái)自湖北某采石場(chǎng)生產(chǎn)的輝綠巖，分為4檔，分別是：1#(10～15 mm)料、2#(5～10 mm)料、3#(3～5 mm)料、4#(0～3 mm)石屑.粗、細(xì)集料技術(shù)性質(zhì)測(cè)試見(jiàn)表2～3.

表2 粗集料技術(shù)性質(zhì)與技術(shù)要求

表3 細(xì)集料技術(shù)性質(zhì)與技術(shù)要求

礦粉的表觀密度為2.715 g/cm3.

1.1.3 其他材料

鹽化物瀝青混合料采用自主研發(fā)的粉體鹽化物材料，主要技術(shù)性質(zhì)與技術(shù)要求表4.與Mafilon粉體鹽化物材料電鏡對(duì)比照片見(jiàn)圖1～2.SMA采用常用的木質(zhì)素纖維.

表4 鹽化物的主要技術(shù)指標(biāo)

由圖1～2可知，與Mafilon粉體鹽化物相比較，自主研制的鹽化物晶體界面模糊，表面覆蓋一層有機(jī)改性材料疏水劑，起到良好的緩釋作用，延長(zhǎng)鹽化物使用壽命，偶聯(lián)劑提高疏水劑與CaCl2晶體的粘附性，此外，通過(guò)球磨粉碎作用，粉體顆粒形狀不規(guī)則，具有一定的比表面積，在瀝青混合料中起到良好的填料作用.

圖1 自主研制的鹽化物電鏡圖

圖2 Mafilon鹽化物電鏡圖

1.2 鹽化物瀝青混合料配合比

進(jìn)行未摻和摻加鹽化物的AC-13C，Superpave-12.5，SMA-13，AC-10，AC-05瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)，確定各混合料配合比見(jiàn)表5.對(duì)于SMA混合料，木質(zhì)素纖維摻量占混合料總質(zhì)量的0.3%.其中A型為未摻鹽化物混合料，B型為摻鹽化物混合料.

表5 瀝青混合料配合比 %

1.3 馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

摻與未摻鹽化物的瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6.

對(duì)于同類型混合料，鹽化物替代部分礦粉后，最佳油石比、毛體積密度、最大理論密度、空隙率均有所降低，除SMA外，摻鹽化物后，其他混合料馬歇爾穩(wěn)定度略有減小，流值稍有增加，但均滿足規(guī)范要求值.

2 鹽化物瀝青混合料路用性能

各混合料路用性能試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7.

表6 瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

表7 瀝青混合料路用性能

對(duì)于各瀝青混合料，鹽化物替代部分礦粉后，混合料都表現(xiàn)為，動(dòng)穩(wěn)定度增大，低溫彎拉破壞應(yīng)變、殘留穩(wěn)定度、凍融劈裂殘留強(qiáng)度比略有減小，但均在規(guī)范要求的范圍內(nèi)，對(duì)混合料路用性能影響不大.

3 鹽化物瀝青混合料融雪性能

將5種類型的鹽化物混合料馬歇爾試件，浸泡于相同體積的蒸餾水中，測(cè)試不同時(shí)刻的電導(dǎo)率，采用電導(dǎo)率在初始時(shí)段內(nèi)的增長(zhǎng)速率-電導(dǎo)率擬合直線的斜率評(píng)價(jià)自融雪鹽化物混合料的融雪性能，其斜率越大，鹽化物有效成分速率析出越快，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖3和表8.

圖3 不同類型鹽化物混合料電導(dǎo)率隨時(shí)間的變化

技術(shù)參數(shù)AC?13CSuperpave?12．5SMA?13AC?10AC?05電導(dǎo)率擬合直線的斜率/[mS·(cm·min)-1]0．00060．00060．00080．00060．0008電導(dǎo)率最大值/(mS·cm-1)0．3220．3150．4050．3100．385

對(duì)于AC-13C等5種鹽化物混合料，鹽化物有效成分析出速率與混合料類型、鹽化物摻量、空隙率有關(guān)，摻量越多，空隙率越大，析出速率越快，電導(dǎo)率隨之增大，SMA-13和AC-05混合料中鹽化物析出速率最快，AC-13C,Superpave12.5,AC-10析出速率接近，SMA-13混合料電導(dǎo)率值最大，主要在于SMA-13混合料中鹽化物的摻量占整個(gè)細(xì)集料及填料比例最高，并且，SMA試件表面粗糙度明顯高于其他混合料，鹽分易與水分接觸，導(dǎo)致其電導(dǎo)率值最大；此外，在相同摻量下，溶液的電導(dǎo)率隨著空隙率的增加而增加，為了避免鹽化物有效成分析出速率過(guò)快，保證路面融雪性能的長(zhǎng)效性，鹽化物自融雪瀝青路面應(yīng)具有合適的空隙率，結(jié)合瀝青混合料技術(shù)要求和鹽化物瀝青混合料研究成果，設(shè)計(jì)空隙率為4%左右時(shí)能夠得到較好的鹽分溶析效果，同時(shí)也能保持融雪性能的持久性.

4 施工工藝與融雪效果觀測(cè)

4.1 施工工藝參數(shù)

通過(guò)近5年來(lái)鹽化物瀝青路面施工實(shí)踐，在鹽化物瀝青混合料施工工藝與質(zhì)量控制方面積累了豐富的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，與普通改性瀝青混合料相比，其主要差異在于：濕拌時(shí)間稍有延長(zhǎng)，料到前場(chǎng)，盡快攤鋪，攤鋪速度適中，初壓緊跟攤鋪機(jī)，碾壓盡量不要灑水，可用少量的輕油替代.一般采用鋼輪壓路機(jī)進(jìn)行初壓，可采用膠輪壓路機(jī)進(jìn)行復(fù)壓，終壓仍采用鋼輪壓路機(jī).主要施工工藝參數(shù)詳見(jiàn)表9.

4.2 野外融雪效果觀測(cè)

自主研制鹽化物材料已在湖北、山西、陜西、遼寧、甘肅、河北等省高速公路或國(guó)道冬季瀝青路面養(yǎng)護(hù)工程中得到應(yīng)用，其中高速公路養(yǎng)護(hù)工程采用銑刨原路面4 cm，重新鋪裝4 cm自融雪瀝青混合料；國(guó)道養(yǎng)護(hù)工程采用直接鋪裝3 cm AC-10自融雪瀝青混合料，制作不同類型自融雪瀝青混合料車轍板，融雪效果見(jiàn)圖4，其中，未摻鹽化物瀝青混合料未見(jiàn)融雪.

表9 自融雪鹽化物瀝青混合料施工工藝參數(shù)

圖4 不同類型鹽化物瀝青混合料融雪效果

5 結(jié) 論

1) 針對(duì)不同道路等級(jí)或路面狀況的自融雪瀝青路面材料需求，以自主研發(fā)的粉體鹽化物材料，設(shè)計(jì)出AC-13C，Superpave-12.5，SMA-13，AC-10，AC-05自融雪瀝青混合料，各混合料路用性能均能滿足規(guī)范要求，摻加鹽化物不致于混合料路用性能劣化.

2) 對(duì)AC-13C，Superpave-12.5，SMA-13，AC-10，AC-05自融雪瀝青混合料進(jìn)行了融雪效果評(píng)價(jià)，SMA-13和AC-05混合料中鹽化物析出速率最快，AC-13C，Superpave-12.5，AC-10析出速率接近，考慮到融雪效果的持久性及經(jīng)濟(jì)性，對(duì)于自融雪路面，高速公路宜選用AC-13C和Superpave-12.5混合料，國(guó)省道宜選用AC-10混合料.

3) 結(jié)合工程實(shí)踐，提出了鹽化物瀝青路面主要的施工工藝參數(shù)，室外車轍板融雪試驗(yàn)和自融雪瀝青路面野外融雪效果觀測(cè)，表明設(shè)計(jì)的自融雪混合料具有良好的自融雪功能，為進(jìn)一步推廣自融雪鹽化物瀝青路面技術(shù)提供重要參考.

[1]孫鳳英,閻春利.冬季冰雪路面行車速度與安全隱患分析[J].森林工程,2010,26(3):44-49.

[2]朱興琳,王宇,邵學(xué)恒.降雪天氣下高速公路交通流特征分析[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)(交通科學(xué)與工程版),2016(1):94-98.

[3]朱云升,向會(huì)倫,朱勇,等.凝冰條件下瀝青路面與輪胎接觸摩擦動(dòng)力響應(yīng)分析[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)(交通科學(xué)與工程版),2014(1):74-78，84.

[4]TAKASHI O, KATSUMI K, TAKAYUKI S, et al. Development of ice-restraint pavement utilizing polymermotar[R]. Janpan:Hokkaido Industrial Site,1996,295:15-19.

[5]COCU X. Organisation of winter maintenance in federal Belgium[R]. Documentation for the FINAL SEMINAR COST 344,2002:138-143.

[6]張洪偉,韓森,張麗娟,等.鹽化物瀝青混凝土抑制結(jié)冰與融雪試驗(yàn)[J].長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2011,31(2):17-20.

[7]張麗娟.鹽化物融雪瀝青混合料研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2010.

[8]孫玉齊.鹽化物自融雪瀝青路面性能研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2011.

[9]崔龍錫.蓄鹽類瀝青混合料研究[D].重慶：重慶交通大學(xué)，2010.

[10]孫嶸蓉.緩釋蓄鹽瀝青混合料的研發(fā)及性能的評(píng)價(jià)[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2012.

[11]祁顯寬,孫明清,李紅,等.鋪設(shè)碳纖維-玻璃纖維格柵的瀝青混凝土路面融雪試驗(yàn)研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)(交通科學(xué)與工程版),2014(1):130-133.

[12]陳拴發(fā),劉狀壯,邢明亮,等.融雪抑冰材料疏水性能影響因素研究[J].建筑材料學(xué)報(bào),2013，16(6)：1053-1057.

[13]白艷君.鹽化物融雪瀝青混合料性能評(píng)價(jià)[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2012.

Technical Properties of Snowmelt Asphalt Mixture with Salt Material

WANG Zhonghe1)LI Zuzhong2)ZHAO Zijian1)CHEN Zhe1)

(XingtaiRoadBridgesConstructionCorporation,Xingtai054001,China)1)(SchoolofMaterialScienceandEngineering,Chang’anUniversity,Xi’an710064,China)2)

Auto-snowmelt asphalt pavement materials can significantly prevent pavement freezing and thus improve the traffic safety under the ice-snow weather. According to the Marshall Test methods recommended by the standard test methods of bituminous mixtures, the paper adopts independently-developed powder salt compound, designs the asphalt mixtures (AC-13C, Superpave-12.5, SMA-13, AC-10, and AC-05) with and without salt compound, tests the pavement performance and evaluates the snowmelt effect. The results show that all the technical properties of different asphalt mixtures with salt compound meet the standard requirements. In addition, the electrical conductivity tests show that all the mixtures have the snowmelt function. Finally, combined with the demonstration project, the paper proposes the construction craft parameters of asphalt mixtures with salt compound and illustrates the observation of snowmelt effect on salt compound asphalt pavement, which can provide some experimental references for further promotion of snowmelt asphalt pavement technologies.

road engineering; asphalt pavement; auto-snowmelt; salt compound; traffic safety

2016-10-20

*河北省邢臺(tái)市科學(xué)技術(shù)研究與發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(2014ZC021)、青海省重大科技專項(xiàng)項(xiàng)目(2014-GX-A2A)、長(zhǎng)安大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(201510710108，201610710094)資助

U416.217

10.3963/j.issn.2095-3844.2016.06.024

王中合(1970—)：男，碩士，高級(jí)工程師，主要研究領(lǐng)域?yàn)楣饭こ绦录夹g(shù)和新材料開(kāi)發(fā)