（天津城建設(shè)計(jì)院有限公司，天津市 300073）

0 引言

近年來(lái),在我國(guó)的南方和北方地區(qū)相繼出現(xiàn)了大面積的雨雪天氣，當(dāng)雨雪在路面上累積后，由于極端的低溫環(huán)境會(huì)迅速凝結(jié)成冰，導(dǎo)致路面的抗滑性能顯著下降，嚴(yán)重危及行車(chē)安全。因此，應(yīng)采用有效的手段快速地除雪化冰以提高雨雪天氣的出行能力，保障人車(chē)的出行安全。目前，常用的除雪化冰方法主要有人工或機(jī)械除冰、采用自融雪路面、撒布融雪劑以及綜合性除冰等[1-2]。在以上幾種除雪化冰方法中，人工或機(jī)械除冰的工作量大且效率較低，自融雪路面的研究尚不成熟且造價(jià)較高，在一定時(shí)期內(nèi)很難得到大面積推廣應(yīng)用。而融雪劑則由于價(jià)格低廉、融雪效果好得到了廣泛的應(yīng)用[3]，相關(guān)研究表明，撒布融雪劑具有良好的融雪化冰效果，使冬季的交通事故率降低了88.3%，顯著降低了雨雪天氣行車(chē)的安全隱患[4]。

然而，大規(guī)模的撒布融雪劑給道路周?chē)沫h(huán)境及結(jié)構(gòu)本身也帶來(lái)了諸多不利影響，例如公路上很多結(jié)構(gòu)物被腐蝕，道路附近的水體富營(yíng)養(yǎng)化以及周?chē)耐寥莱霈F(xiàn)鹽漬化現(xiàn)象等[5]。目前，關(guān)于融雪劑對(duì)周?chē)沫h(huán)境、水泥混凝土及其結(jié)構(gòu)物的影響方面已開(kāi)展了大量的研究[6-7]，而關(guān)于瀝青路面方面的研究較少，融雪劑對(duì)瀝青路面的影響及其作用機(jī)理尚未形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。因此，該文選擇氯化鈉、氯化鈣和醋酸鈉三種不同類(lèi)型的融雪劑，分別從融雪劑對(duì)瀝青及其混合料性能的影響方面開(kāi)展研究，以期為評(píng)價(jià)融雪劑對(duì)瀝青路面性能的影響及融雪劑類(lèi)型的合理選擇提供一定的參考依據(jù)。

1 原材料及試驗(yàn)方案

1.1 原材料

采用SK70#瀝青和SBS改性瀝青，兩種瀝青的性能指標(biāo)如表1和表2所示。

表1 SK70#基質(zhì)瀝青各性能指標(biāo)

表2 SBS改性瀝青各性能指標(biāo)

本文中選用的融雪劑為氯化鈉（NaCl）、氯化鈣（CaCl2）和醋酸鈉（CH3COONa）三種，其中三種融雪劑均為天津某化工廠(chǎng)生產(chǎn)的分析純?cè)噭?，外觀為白色類(lèi)結(jié)晶或粉末。氯化鈉易溶于水和甘油，氯化鈣易溶于水和乙醇，醋酸鈉易溶于水。

混合料采用玄武巖粗、細(xì)集料和石灰?guī)r礦粉，經(jīng)檢驗(yàn)集料和礦粉的各項(xiàng)指標(biāo)均能滿(mǎn)足中國(guó)現(xiàn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求?；旌狭系募?jí)配采用上面層廣泛采用的AC-13級(jí)配，見(jiàn)表2。采用馬歇爾設(shè)計(jì)法確定混合料中SBS改性瀝青混合料的最佳油石比為5.0%。

表2 礦料級(jí)配組成

1.2 試驗(yàn)方案

1.2.1 瀝青試驗(yàn)

針入度、軟化點(diǎn)、延度等常規(guī)指標(biāo)可以從不同側(cè)面反映瀝青的性質(zhì)。本文擬從瀝青的三大指標(biāo)入手，分析不同融雪劑對(duì)瀝青性能的影響。按照我國(guó)相關(guān)試驗(yàn)規(guī)程，分別進(jìn)行經(jīng)過(guò)不同融雪劑處理的SK90#瀝青和SBS改性瀝青的針入度試驗(yàn)（25℃）、軟化點(diǎn)試驗(yàn)和延度試驗(yàn)（10℃）。

試驗(yàn)前，先將制備好的針入度、軟化點(diǎn)和延度試驗(yàn)的瀝青試樣分別置于濃度為15%的氯化鈉（NaCl）、氯化鈣（CaCl2）和醋酸鈉（CH3COONa）融雪劑溶液及純凈水中浸泡7d，并設(shè)置未經(jīng)融雪劑溶液浸泡的對(duì)比組試樣。

1.2.2 瀝青混合料試驗(yàn)

在高速公路中上、中面層常采用改性瀝青混合料，本文分別從高低溫和水穩(wěn)性能方面研究不同融雪劑對(duì)SBS改性瀝青混合料性能的影響。

（1）高溫性能方面

國(guó)產(chǎn)車(chē)轍試驗(yàn)是評(píng)價(jià)不同瀝青混合料高溫性能差異最常用的試驗(yàn)方法之一。本文中車(chē)轍試驗(yàn)的溫度為60℃，橡膠輪的輪壓為0.7 MPa，行走速率42次/min，以試驗(yàn)結(jié)束后試件的車(chē)轍深度和動(dòng)穩(wěn)定度為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

（2）低溫性能方面

在-10℃條件下以50 mm/min的加載速率開(kāi)展低溫彎曲試驗(yàn)評(píng)價(jià)瀝青混合料的低溫抗裂性能。通過(guò)傳感器采集的試件破壞時(shí)的荷載和變形參數(shù)計(jì)算彎拉應(yīng)變和抗彎拉強(qiáng)度等指標(biāo)，以評(píng)價(jià)不同融雪劑溶液對(duì)瀝青混合料低溫性能的影響。

（3）水穩(wěn)定性方面

采用凍融劈裂試驗(yàn)評(píng)價(jià)不同融雪劑溶液對(duì)混合料抗水損壞性能的影響。通過(guò)測(cè)量?jī)山M經(jīng)過(guò)不同凍融處理的試件的劈裂強(qiáng)度，并以?xún)鋈谂褟?qiáng)度比即兩組試件劈裂強(qiáng)度的比值為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

在開(kāi)展瀝青混合料的試驗(yàn)前，同瀝青試驗(yàn)一樣需要采用融雪劑溶液對(duì)混合料試件進(jìn)行處理。分別將瀝青混合料車(chē)轍板試件、小梁試件和馬歇爾試件置于純水和濃度為15%的氯化鈉（NaCl）、氯化鈣（CaCl2）和醋酸鈉（CH3COONa）融雪劑溶液中浸泡7 d，并設(shè)置未經(jīng)融雪劑溶液侵蝕的對(duì)比組試件。

2 融雪劑對(duì)瀝青性能的影響

分別將經(jīng)過(guò)融雪劑溶液處理的瀝青試樣進(jìn)行針入度、軟化點(diǎn)和延度試驗(yàn)，結(jié)果分別如圖1-圖3所示。

從圖1可以看出，不同融雪劑對(duì)瀝青的針入度及針入度指數(shù)有顯著影響。SK70#基質(zhì)瀝青經(jīng)過(guò)純水、氯化鈉、氯化鈣和醋酸鈉融雪劑溶液的浸泡后，針入度分別下降 8.3%、13.9%、27.4%和18.5%。針入度反映了瀝青的稠度，針入度越小，瀝青的高溫性能越好。SBS改性瀝青經(jīng)過(guò)純水、氯化鈉、氯化鈣和醋酸鈉融雪劑溶液的浸泡后，針入度分別增大5.0%、20.4%、12.7%和18.1%。可見(jiàn)，經(jīng)過(guò)融雪劑的侵蝕后，SBS改性瀝青的高溫性能下降。從針入度指數(shù)指標(biāo)可以看出，經(jīng)過(guò)純水、氯化鈉、氯化鈣和醋酸鈉融雪劑溶液的浸泡后，SK70#基質(zhì)瀝青的PI值分別增大-1.7%、5.6%、29.2%、19.7%，SBS改性瀝青的 PI值分別減小 80.8%，202%、140.4%、88.5%。針入度指數(shù)反映瀝青隨溫度變化情況，幾種融雪劑改善了SK70#基質(zhì)瀝青的溫度敏感性，但對(duì)SBS改性瀝青的溫度敏感性產(chǎn)生了不利影響。這是因?yàn)槿谘﹦┑那治g破壞了改性瀝青的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。在幾種融雪劑中，氯化鈣對(duì)SK70#基質(zhì)瀝青的影響最為顯著，醋酸鈉次之，氯化鈉的影響最??；氯化鈉對(duì)SBS改性瀝青的影響最為顯著，其次是醋酸鈉和氯化鈣。

圖1 融雪劑對(duì)瀝青針入度及針入度指數(shù)的影響

圖2 融雪劑對(duì)瀝青軟化點(diǎn)的影響

圖3 融雪劑對(duì)瀝青延度的影響

從圖2可以看出，融雪劑對(duì)SK70#基質(zhì)瀝青和SBS改性瀝青的軟化點(diǎn)產(chǎn)生了不同趨勢(shì)的影響。SK70#基質(zhì)瀝青經(jīng)過(guò)純水、氯化鈉、氯化鈣和醋酸鈉融雪劑溶液的浸泡后，軟化點(diǎn)分別增大1.8%、2.6%、6.8%和6.0%，SBS改性瀝青的軟化點(diǎn)分別下降9.9%、16.4%、11.9%和17.7%。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因主要是融雪劑的腐蝕破壞了SBS改性劑的某些成分，破壞了改性瀝青的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，瀝青分子運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的阻礙減小，表現(xiàn)為改性瀝青的軟化點(diǎn)下降。而融雪劑溶液引起基質(zhì)瀝青發(fā)生乳化現(xiàn)象，使得瀝青中輕質(zhì)組分的含量減少，表現(xiàn)為基質(zhì)瀝青的軟化點(diǎn)升高，瀝青的高溫性能得到改善。在幾種融雪劑中，氯化鈣對(duì)SK70#基質(zhì)瀝青高溫性能的改善效果最為顯著，而氯化鈉對(duì)SBS改性瀝青高溫性能的損害最為顯著。

從圖3可以看出，融雪劑使SK70#基質(zhì)瀝青和SBS改性瀝青的延度產(chǎn)生了不同程度的下降。經(jīng)過(guò)純水、氯化鈉、氯化鈣和醋酸鈉融雪劑溶液的浸泡后，SK70#基質(zhì)瀝青的延度分別下降11.0%、23.0%、47.9%和43.0%，SBS改性瀝青的延度分別下降4.7%、20.8%、17.8%和19.1%。可見(jiàn)，在幾種融雪劑中，氯化鈣對(duì)基質(zhì)瀝青延度的不利影響顯著，氯化鈉對(duì)SBS改性瀝青延度的下降幅度最大，幾種融雪劑均對(duì)兩種瀝青的低溫性能產(chǎn)生不利影響。這主要是因?yàn)橐噪x子形式存在于瀝青中的融雪劑是大顆粒結(jié)構(gòu)，且由于融雪劑的腐蝕，使基質(zhì)瀝青中的軟組分硬化，改性瀝青中SBS改性劑的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)遭到破壞，直接表現(xiàn)為基質(zhì)瀝青和SBS改性瀝青的延度下降。同對(duì)針入度和軟化點(diǎn)的影響類(lèi)似，氯化鈣對(duì)SK70#基質(zhì)瀝青低溫性能的影響、氯化鈉對(duì)SBS改性瀝青低溫性能的影響較為顯著。

3 融雪劑對(duì)瀝青混合料性能的影響

不同融雪劑對(duì)SBS改性瀝青混合料高、低溫及水穩(wěn)性能的影響見(jiàn)表3。

表3 融雪劑對(duì)SBS改性瀝青混合料性能的影響

從表3可以看出，不同融雪劑對(duì)SBS改性瀝青混合料的路用性能產(chǎn)生了顯著影響。經(jīng)過(guò)純水、氯化鈉、氯化鈣和醋酸鈉融雪劑溶液的浸泡后，同對(duì)比組試件相比，改性瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度分別下降了6.2%、25.1%、13.6%和18.8%，最大彎拉應(yīng)變分別下降7.2%、30.0%、17.0%和21.7%，凍融循環(huán)前混合料的劈裂強(qiáng)度分別下降6.6%、13.5%、12.8%和11.9%，凍融循環(huán)后混合料的劈裂強(qiáng)度分別下降15.8%、46.2%、30.3%和40.0%，混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比分別下降9.9%、37.8%、19.9%和31.8%。可見(jiàn)，不同融雪劑對(duì)混合料的各項(xiàng)路用性能均造成不利影響，幾種融雪劑對(duì)混合料高低溫及水穩(wěn)性能不利影響的程度排序?yàn)槁然c＞醋酸鈉＞氯化鈣，同融雪劑對(duì)SBS改性瀝青性能影響程度的排序是一致的。分析表中數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在SBS改性瀝青混合料的性能中，高溫性能和低溫性能雖然產(chǎn)生了一定幅度的下降，但動(dòng)穩(wěn)定度和最大彎拉應(yīng)變指標(biāo)仍能滿(mǎn)足規(guī)范的要求，水穩(wěn)定性受融雪劑的影響最為嚴(yán)峻，經(jīng)過(guò)融雪劑的侵蝕后混合料的水穩(wěn)定性已不能滿(mǎn)足規(guī)范的要求。

融雪劑的腐蝕降低了SBS改性瀝青混合料的高溫性能，究其原因是由于融雪劑溶液蒸發(fā)后會(huì)在混合料內(nèi)部析出鹽類(lèi)晶體，結(jié)晶膨脹會(huì)引起混合料內(nèi)部產(chǎn)生損傷，導(dǎo)致混合料的強(qiáng)度降低；另外，當(dāng)溫度升高后，鹽類(lèi)晶體的融化使得混合料的內(nèi)膜阻力減小，混合料內(nèi)部的集料易產(chǎn)生相對(duì)位移，表現(xiàn)為混合料的高溫穩(wěn)定性下降。SBS改性瀝青混合料的低溫性能劣化，主要原因是融雪劑溶液的腐蝕加速了瀝青的老化，瀝青老化后勁度模量增大，柔韌性和變形能力減弱，同時(shí)，鹽類(lèi)晶體的膨脹使得混合料內(nèi)部產(chǎn)生很多微小裂縫，綜合表現(xiàn)為混合料最大彎拉應(yīng)變值減小?；旌狭系乃€(wěn)定性顯著下降，這是因?yàn)槿谘﹦┤芤壕哂休^大的表面張力，易置換集料表面的瀝青，造成瀝青膜剝落，導(dǎo)致瀝青與集料的粘附性降低；而氯化鈉、醋酸鈉溶液中的鈉離子還會(huì)促進(jìn)瀝青的乳化，破壞瀝青和集料的粘結(jié)，進(jìn)一步降低了瀝青混合料的水穩(wěn)定性。

4 結(jié)論

（1）氯化鈉、氯化鈣和醋酸鈉三種融雪劑均能改善SK70#基質(zhì)瀝青的溫度敏感性和高溫性能，但對(duì)SBS改性瀝青的溫度敏感性和高溫性能不利；幾種融雪劑對(duì)SK70#基質(zhì)瀝青和SBS改性瀝青的低溫性能均產(chǎn)生不利影響。

（2）不同融雪劑對(duì)SK70#基質(zhì)瀝青性能影響的顯著程度排序?yàn)槁然}＞醋酸鈉＞氯化鈉，不同融雪劑對(duì)SBS改性瀝青性能影響的顯著程度排序?yàn)槁然c＞醋酸鈉＞氯化鈣。

（3）SBS改性瀝青混合料的水穩(wěn)定性受融雪劑的不利影響為最嚴(yán)峻，融雪劑溶液腐蝕后其水穩(wěn)定性已不能滿(mǎn)足規(guī)范要求，而高、低溫性能雖然有一定幅度的下降，但仍能滿(mǎn)足規(guī)范要求。

（4）幾種融雪劑對(duì)SBS改性瀝青混合料高、低溫及水穩(wěn)性能的不利影響的程度排序?yàn)槁然c＞醋酸鈉＞氯化鈣，建議優(yōu)先選用氯化鈣類(lèi)融雪劑用于SBS改性瀝青路面的融雪化冰。

[1]魏建國(guó)，傅廣文，付其林.氯鹽融雪劑對(duì)瀝青結(jié)合料路用性能的影響[J].交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào)，2014,14(4)：8-13.

[2]查旭東，任旭，傅廣文.氯鹽融雪劑對(duì)SBS改性瀝青混合料路用性能的影響分析[J].交通科學(xué)與工程，2012,28(1)：6-9.

[3]Hassan Y,Abd El Halim A O,Razaqpur A G,et al.Effects of runway deicers on pavement materials and mixes：comparison with road salt[J].Journal of Transportation Engineering,2002,128(4)：385-391.

[4]馮超.融雪劑對(duì)瀝青混合料性能影響研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2012.

[5]傅廣文.融雪劑對(duì)瀝青及瀝青混合料性能影響研究 [D].長(zhǎng)沙：長(zhǎng)沙理工大學(xué)，2010.

[6]劉麗平.化學(xué)融雪與大橋結(jié)構(gòu)耐久性[J].中國(guó)市政工程，2008(2)：22-23.

[7]楊全兵，朱蓓蓉.混凝土鹽結(jié)晶破壞的研究[J].建筑材料學(xué)報(bào)，2007,10(4)：392-396.