楊建國(guó)

(新疆筑路機(jī)械廠公路工程處，新疆烏魯木齊 830021)

0 前言

瀝青路面長(zhǎng)期暴露在空氣中，受環(huán)境因素和氣候條件的影響易出現(xiàn)各種形式的破壞，其中高溫車轍和水損害是瀝青路面發(fā)生破壞的主要形式。研究表明，水的侵蝕會(huì)對(duì)瀝青混合料性能產(chǎn)生嚴(yán)重影響［1］，行車荷載作用下的動(dòng)水沖刷作用使瀝青混合料的強(qiáng)度嚴(yán)重劣化。中國(guó)西部鹽湖地區(qū)氣候環(huán)境非常惡劣，富余硫酸鹽濃度高，裸露的瀝青路面表層長(zhǎng)期受到硫酸鹽的侵蝕作用，尤其在干濕交替的環(huán)境中，這種侵蝕作用更加重了瀝青混合料的損害，直接影響著瀝青路面的使用壽命［2－8］。因此，在硫酸鹽富集地區(qū)修筑瀝青路面時(shí)，必須考慮瀝青混合料的抗鹽分侵蝕能力，保證瀝青路面具有良好的耐久性。本文通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)，模擬不同濃度的硫酸鹽溶液對(duì)瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能和水穩(wěn)定性的影響，為鹽分地區(qū)修筑瀝青路面提供參考。

1 原材料試驗(yàn)與方法

1.1 原材料試驗(yàn)

1.1.1 瀝青

試驗(yàn)選用克拉瑪依110#石油瀝青，其主要技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

1.1.2 集料

粗細(xì)集料都采用玄武巖，礦粉選用石灰石礦粉。集料篩分后按《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》分別用網(wǎng)籃法和容量瓶法測(cè)定粗細(xì)集料的密度如表2、表3。

表1 瀝青的主要技術(shù)指標(biāo)

表2 粗集料密度

表3 細(xì)集料密度

1.2 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)中所用硫酸鹽溶液采用Na2SO4與蒸餾水配制，濃度分別為2.5%、5%、10%和15%。將成型好的瀝青混合料試件在常溫下靜置48 h后，在不同濃度的Na2SO4溶液中真空飽水，然后取出放入30℃相應(yīng)濃度的Na2SO4溶液中浸泡12 h，然后放入干燥環(huán)境中放置12 h。對(duì)比分析硫酸鹽作用下混合料性能的變化。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

本文瀝青混合料級(jí)配選用AC—13，合成級(jí)配采用AC—13中值，用馬歇爾試驗(yàn)確定瀝青混合料的最佳油石比為5.0%。

2.1 高溫穩(wěn)定性

本文采用60℃車轍試驗(yàn)評(píng)價(jià)硫酸鹽侵蝕作用下瀝青混合料的高溫性能，車轍試驗(yàn)結(jié)果如圖1和圖2。

圖1 硫酸鹽濃度與動(dòng)穩(wěn)定度關(guān)系

圖2 硫酸鹽濃度與變形量關(guān)系

從圖1和圖2可以看出，隨硫酸鹽濃度增大，動(dòng)穩(wěn)定度逐漸減小，累積變形量逐漸增大。且硫酸鹽濃度越小，動(dòng)穩(wěn)定度的減小趨勢(shì)和累積變形量的增加趨勢(shì)越明顯。當(dāng)硫酸鹽濃度大于10%時(shí)，動(dòng)穩(wěn)定度反而隨濃度增大而增大，變形量隨濃度增大而減小，可能原因是，試件在浸泡和干燥時(shí)的溫度相差較大，當(dāng)溶液濃度為15%時(shí)有部分硫酸鹽結(jié)晶析出，從而減弱了對(duì)試件的侵蝕程度。

隨硫酸鹽濃度增大，動(dòng)穩(wěn)定度減小，車轍深度增大，表明硫酸鹽的侵蝕作用加快了混合料性能的衰減，大大降低了瀝青路面的高溫抗車轍能力。其原因是，硫酸鹽的侵入及在高溫環(huán)境下附著在集料與瀝青界面間的硫酸鹽結(jié)晶產(chǎn)物體積膨脹，直接導(dǎo)致瀝青與集料粘結(jié)力下降及混合料強(qiáng)度降低;部分侵入后的硫酸鹽溶液還會(huì)在一定程度上起潤(rùn)滑作用，使集料間的相互嵌擠作用降低，瀝青混合料的內(nèi)摩阻角有所減小，進(jìn)而劣化了瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能。

2.2 水穩(wěn)定性

本文采用浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)來(lái)檢測(cè)瀝青混合料的水穩(wěn)定性。兩種方法均采用擊實(shí)法成型圓柱體試件，浸水馬歇爾試驗(yàn)采用正反兩面各擊實(shí)75次;凍融劈裂試驗(yàn)采用正反兩面各擊實(shí)50次。

2.2.1 浸水馬歇爾試驗(yàn)

浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果如圖3、圖4和圖5所示。

圖3 硫酸鹽濃度和穩(wěn)定度的關(guān)系

圖4 硫酸鹽濃度和流值的關(guān)系

圖5 硫酸鹽濃度和殘留穩(wěn)定度的關(guān)系

從圖4、圖5和圖6可以看出，隨硫酸鹽濃度增大，浸水前后的穩(wěn)定度逐漸減小、流值逐漸增大，硫酸鹽的侵蝕使殘留穩(wěn)定度大幅降低。表明硫酸鹽的侵蝕作用加快了混合料的性能衰減，使瀝青路面的抗水損害能力明顯降低。根據(jù)表面張力理論，鹽水侵入瀝青與集料之間，使瀝青逐漸從集料的表面逐漸剝離，從而引起水損害。

2.2.2 凍融劈裂試驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果

按照《公路工程瀝青與瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》中的要求和方法進(jìn)行凍融劈裂試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖6、圖7和圖8所示。

從圖6、圖7和圖8可以看出，隨硫酸鹽濃度增大，凍融前后的最大荷載值和劈裂抗拉強(qiáng)度都逐漸降低;劈裂強(qiáng)度比也隨硫酸鹽濃度增大而呈減小趨勢(shì)，當(dāng)濃度較大時(shí)，劈裂強(qiáng)度比已不能滿足規(guī)范要求。表明硫酸鹽的侵蝕作用使瀝青混合料的抗水損害能力明顯降低。

圖6 硫酸鹽濃度和最大荷載的關(guān)系

圖7 硫酸鹽濃度和劈裂抗拉強(qiáng)度的關(guān)系

圖8 硫酸鹽濃度和劈裂強(qiáng)度比的關(guān)系

綜上所述，硫酸鹽的侵蝕大大降低了瀝青混合料的水穩(wěn)定性，使瀝青路面的抗水損害能力大大減弱。

3 結(jié)論

1)隨硫酸鹽濃度增大，瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度減小，總變形量增加，說(shuō)明瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性隨硫酸鹽濃度增大而變差。

2)隨硫酸鹽濃度增大，浸水前后的穩(wěn)定度都減小、流值增大，瀝青混合料的水穩(wěn)定性逐漸變差。

3)不管試件是否凍融，劈裂抗拉強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度比都隨硫酸鹽濃度的增大而減小，瀝青混合料的水穩(wěn)定性變差，使瀝青路面的抗水損害能力大大減弱。

［1］趙永利，吳 震，黃曉明.瀝青混合料水穩(wěn)定性研究［J］.東南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2001，31(3):99 －102.

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［5］曾 偉，唐德清，谷 莉.SEAM溫拌瀝青混合料性能及應(yīng)用［J］.公路工程，2011，36(6):141 －143.

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