黃杰

摘要：瀝青路面使用除冰劑后，往往會(huì)出現(xiàn)集料剝落、內(nèi)部松散等病害，最終導(dǎo)致混合料耐久性能降低。文章從水穩(wěn)定性能和抗疲勞性能角度分析混合料的耐久性，通過凍融劈裂試驗(yàn)（ITS）、間接拉伸疲勞試驗(yàn)（ITF）評(píng)價(jià)醋酸鈣鎂、乙酸鉀兩種新型除冰劑和氯化鈉傳統(tǒng)除冰劑對(duì)納米熟石灰（NHL）改性瀝青混合料性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明：在較低的凍融循環(huán)次數(shù)和醋酸鈣鎂作用下混合料的凍融劈裂強(qiáng)度和間接拉伸疲勞強(qiáng)度最高，而氯化鈉作用下混合料的凍融劈裂強(qiáng)度和間接拉伸疲勞強(qiáng)度在較高的凍融循環(huán)次數(shù)時(shí)更高;1%的納米熟石灰摻量對(duì)于提高混合料的水穩(wěn)定性和抗疲勞性能具有積極作用。

關(guān)鍵詞：除冰劑;水穩(wěn)定性能;抗疲勞性能;納米熟石灰

0 引言

瀝青路面結(jié)冰是一種自然現(xiàn)象，這種現(xiàn)象大大降低了輪胎與地面的摩擦，降低了路面安全性[1]。處理路面結(jié)冰的常用辦法是鋪灑除冰劑，通過除冰劑降低液體的共晶點(diǎn)避免路面結(jié)冰。但除冰劑由于自身物理化學(xué)性質(zhì)以及在凍融循環(huán)過程中滲透到瀝青結(jié)構(gòu)中，往往會(huì)造成集料與瀝青發(fā)生剝落現(xiàn)象，最終使瀝青路面發(fā)生水損害和疲勞損傷[2-5]。

為解決這一問題，工程中常用抗剝落劑改善混合料的疏水性，增加混合料內(nèi)部瀝青膜的粘聚力以及集料與瀝青之間的粘結(jié)力，從而提高混合料水穩(wěn)定性能和抗疲勞性能[6-7]，在此基礎(chǔ)上采用合適的除冰劑，可以實(shí)現(xiàn)降低混合料水損害和疲勞損傷的目的。醋酸類乙酸類新型除冰劑因其不含氯離子、有更低的共晶點(diǎn)、更好的除冰雪效果以及對(duì)環(huán)境友好等特點(diǎn)，正逐漸推廣到路面除冰除雪上[8]。本研究將新型除冰劑（醋酸鈣鎂和乙酸鉀）與傳統(tǒng)除冰鹽（氯化鈉）、蒸餾水分別作用于納米熟石灰改性瀝青混合料，通過ITS和ITF試驗(yàn)分析除冰劑對(duì)混合料水穩(wěn)定性能和抗疲勞性能的影響規(guī)律。

1 原材料及配合比設(shè)計(jì)

1.1 除冰劑

本研究所用除冰劑為醋酸鈣鎂、乙酸鉀和氯化鈉，其物理化學(xué)性質(zhì)如下頁(yè)表1所示。

1.2 瀝青

本研究采用的瀝青為PG58-22型，其性能指標(biāo)如表2所示。

1.3 配合比設(shè)計(jì)

通過馬歇爾配合比設(shè)計(jì)方法，確定混合料試件的最佳油石比為4.8%，納米熟石灰摻量分別為0%、0.5%、1%、1.5%?；旌狭霞?jí)配曲線圖如圖1所示。

2 耐久性試驗(yàn)結(jié)果

2.1 凍融劈裂試驗(yàn)（ITS）結(jié)果

本研究采用凍融劈裂試驗(yàn)評(píng)價(jià)不同除冰劑條件下對(duì)瀝青混合料水穩(wěn)定性的影響。為模擬路面實(shí)際凍融循環(huán)過程，將試樣在蒸餾水或飽和除冰劑溶液中浸泡5 min，置于真空飽水條件下15 min，再將試樣置于-18 ℃恒溫保持16 h，取出后在60 ℃下保持24 h。通過改變凍融循環(huán)次數(shù)（F-T cycle，1、3、5次）和納米熟石灰用量，記錄混合料ITS抗拉強(qiáng)度值，以及凍融前后的強(qiáng)度比TSR值。試驗(yàn)結(jié)果如圖2和圖3所示。

已有研究往往僅在一次凍融循環(huán)下觀察除冰劑的效果，但實(shí)際上凍融循環(huán)次數(shù)對(duì)于混合料的影響比除冰劑更大。從圖2可以看出，醋酸鈣鎂除冰劑條件下的混合料在1次和3次凍融循環(huán)中都表現(xiàn)出更高的ITS值;但是在5次凍融循環(huán)后，三種除冰劑僅有氯化鈉作用下的試樣ITS值略低于對(duì)照組。當(dāng)循環(huán)次數(shù)較低時(shí)，三種除冰劑下的混合料能夠保留超過對(duì)照組（或較高）的ITS值，這是因?yàn)樗鼈兙哂懈偷墓簿c(diǎn)，降低了在凍融循環(huán)中因?yàn)槿芤航Y(jié)冰而發(fā)展裂縫的可能性;當(dāng)循環(huán)次數(shù)較高時(shí)，除冰劑作用下的試樣水穩(wěn)定性能降低，這是因?yàn)榉磸?fù)凍融過程中部分除冰劑滲透進(jìn)入混合料內(nèi)部，引起集料和瀝青發(fā)生剝離現(xiàn)象，引發(fā)混合料水損害。同時(shí)，將納米熟石灰摻入到混合料均提高了ITS值，1%和1.5%NHL用量的混合料相較于空白組ITS值有大幅度提升。這是因?yàn)镹HL作為抗剝落劑增加了混合料中的內(nèi)聚力和粘附力，使其在較高的凍融循環(huán)中具有更高的抗水損害的能力。ITS測(cè)試結(jié)果表明，醋酸鈣鎂除冰劑適用于在較低凍融循環(huán)次數(shù)的道路上;氯化鈉除冰劑適用于易發(fā)生路面結(jié)冰的道路上，即凍融循環(huán)次數(shù)較高時(shí)。

由圖3可知，蒸餾水對(duì)照組對(duì)應(yīng)的不同NHL用量的混合料在1次凍融循環(huán)后平均TSR值為69%，即表明混合料水穩(wěn)定性能下降了31%;在多次循環(huán)后的平均TSR值為59%，即混合料水穩(wěn)定性能下降了41%。醋酸鈣鎂、氯化鈉和乙酸鉀除冰劑對(duì)應(yīng)的不同NHL用量的混合料在一次凍融循環(huán)后平均TSR值分別為88%、72%和68%;在多次循環(huán)后的平均TSR值分別為67%、59%、41%。與蒸餾水對(duì)照組和其他除冰劑相比，醋酸鈣鎂除冰劑作用下的試樣在一次或多次循環(huán)后具有最高的TSR值，即混合料水穩(wěn)定性能降低程度最小;而氯化鈉除冰劑與蒸餾水作用下的試樣具有較為相似的TSR值。同時(shí)，使用NHL在所有的樣品中均導(dǎo)致TSR值的提高，可以說NHL有助于恢復(fù)混合料因水損害損失的強(qiáng)度。

結(jié)合ITS和TSR試驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，1.5%NHL用量是提高蒸餾水、乙酸鉀和氯化鈉作用下的試樣水穩(wěn)定性能的最佳添加量;但是對(duì)于醋酸鈣鎂作用下混合料的水穩(wěn)定性能而言，最佳NHL用量為1%，當(dāng)用量超過1%時(shí)可以明顯觀察到ITS和TSR值的下降?？偟膩碚f，醋酸鈣鎂對(duì)于混合料的水穩(wěn)定性能損害程度較小，可以作為較好的除冰劑推廣使用。

2.2 間接拉伸疲勞試驗(yàn)（ITF）結(jié)果

本研究采用間接拉伸疲勞試驗(yàn)評(píng)價(jià)多次凍融循環(huán)后除冰劑對(duì)混合料疲勞性能的影響。試驗(yàn)通過沿直徑軸對(duì)25 ℃下試樣施加250 kPa恒定應(yīng)力，試樣的失效標(biāo)準(zhǔn)假設(shè)為直徑變形9 mm，當(dāng)試驗(yàn)達(dá)到該失效標(biāo)準(zhǔn)時(shí)將對(duì)試件所施加的荷載總次數(shù)視為瀝青混合料的疲勞壽命。并且通過將多次凍融循環(huán)后的試件的疲勞壽命除以未進(jìn)行凍融的試件得到混合料疲勞壽命比（NFR）指標(biāo)評(píng)價(jià)其疲勞性能。ITF試驗(yàn)結(jié)果如圖4和圖5所示。

由圖4可知，在1次凍融循環(huán)后，醋酸鈣鎂除冰劑作用下的試樣具有最高的疲勞壽命，而乙酸鉀和氯化鈉作用下的試樣疲勞壽命卻低于蒸餾水對(duì)照組的疲勞壽命;但是在3次循環(huán)之后，醋酸鈣鎂除冰劑作用的試樣疲勞壽命略低于對(duì)照組，另外兩種除冰劑作用的試樣表現(xiàn)出更低的疲勞壽命;當(dāng)經(jīng)歷5次循環(huán)后，醋酸鈣鎂除冰劑作用的試樣表現(xiàn)出較低的疲勞壽命，低于蒸餾水對(duì)照組和氯化鈉除冰劑作用的試樣。當(dāng)循環(huán)次數(shù)逐漸增加時(shí)，氯化鈉除冰劑作用的試樣表現(xiàn)出較高并且穩(wěn)定的疲勞壽命;乙酸鉀除冰劑作用的試樣雖然疲勞壽命也是相對(duì)穩(wěn)定，但是疲勞壽命數(shù)值整體低于對(duì)照組和其他除冰劑。因此，建議在凍融較多的地區(qū)使用氯化鈉作為除冰劑，確保混合料具有較持久的疲勞強(qiáng)度;在凍融情況較少的地區(qū)建議使用醋酸鈣鎂作為除冰劑。

由圖5 NFR結(jié)果可知，蒸餾水對(duì)照組對(duì)應(yīng)的不同NHL用量的混合料在1次凍融循環(huán)后平均NFR值為65%，即表明混合料水穩(wěn)定性能下降了35%;在多次循環(huán)后的平均NFR值為51%，即混合料水穩(wěn)定性能下降了49%。醋酸鈣鎂、氯化鈉和乙酸鉀除冰劑對(duì)應(yīng)的不同NHL用量的混合料在1次凍融循環(huán)后平均NFR值分別為73%、50%和32%;在多次循環(huán)后的平均TSR值分別為50%、43%、23%。蒸餾水對(duì)照組試樣的NFR損失程度與TSR試驗(yàn)結(jié)果大致相近，但是除冰劑作用的試樣NFR值相較于TSR值損失程度更大，可以說除冰劑對(duì)混合料疲勞壽命的負(fù)面影響遠(yuǎn)大于對(duì)水穩(wěn)定性能的影響。

結(jié)合圖4和圖5，NHL用量對(duì)于混合料的疲勞壽命影響規(guī)律與水穩(wěn)定性能試驗(yàn)吻合，1%用量對(duì)于提升疲勞壽命具有積極作用，當(dāng)用量超過1%時(shí)，疲勞壽命出現(xiàn)降低的趨勢(shì)。

3 結(jié)語(yǔ)

通過ITS、ITF試驗(yàn)，評(píng)價(jià)醋酸鈣鎂、乙酸鉀和氯化鈉對(duì)納米熟石灰改性瀝青混合料水穩(wěn)定性能和抗疲勞性能的影響規(guī)律，得出以下結(jié)論：

（1）醋酸鈣鎂除冰劑作用下的試樣在1次和3次凍融循環(huán)中都表現(xiàn)出更高的ITS值;但是在5次凍融循環(huán)后，三種除冰劑僅有氯化鈉作用下的試樣ITS值略低于對(duì)照組。醋酸鈣鎂除冰劑適用于凍融循環(huán)次數(shù)較少的道路上;氯化鈉除冰劑適用于易發(fā)生路面結(jié)冰的道路上，即凍融循環(huán)次數(shù)較多時(shí)。

（2）醋酸鈣鎂除冰劑作用下的試樣在1次或多次循環(huán)后仍具有最高的TSR值，即混合料水穩(wěn)定性能降低程度最小;氯化鈉除冰劑與蒸餾水作用下的試樣具有較為相似的TSR值。

（3）當(dāng)循環(huán)次數(shù)逐漸增加時(shí)，氯化鈉除冰劑作用的試樣表現(xiàn)出較高并且穩(wěn)定的疲勞壽命。建議在凍融較多的地區(qū)使用氯化鈉作為除冰劑，確?；旌狭暇哂休^持久的疲勞強(qiáng)度;在凍融情況較少的地區(qū)建議使用醋酸鈣鎂作為除冰劑。

（4）蒸餾水對(duì)照組試樣的NFR損失程度與TSR試驗(yàn)結(jié)果大致相近，但是除冰劑作用的試樣NFR值相較于TSR值損失程度更大，除冰劑對(duì)混合料疲勞壽命的負(fù)面影響遠(yuǎn)大于對(duì)水穩(wěn)定性能的影響。

（5）綜合ITS和ITF試驗(yàn)結(jié)果，1%NHL用量對(duì)于提高混合料的水穩(wěn)定性能和抗疲勞性能均具有積極作用，可以為NHL投入到瀝青路面建造中提供摻量建議。

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