孫　燁,唐海峰,尹明干

(1.鹽城市公路機(jī)械化施工處，江蘇 鹽城　224002； 2.鹽城工學(xué)院 土木工程學(xué)院，江蘇 鹽城　224051)

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溫度與氯鹽作用下橡膠粉瀝青混合料試驗(yàn)研究

孫燁1,唐海峰1,尹明干2

(1.鹽城市公路機(jī)械化施工處，江蘇 鹽城224002； 2.鹽城工學(xué)院 土木工程學(xué)院，江蘇 鹽城224051)

摘要：以基質(zhì)瀝青混合料與80目10%橡膠粉瀝青混合料為試驗(yàn)對(duì)象，分析橡膠粉瀝青混合料在溫度和氯鹽侵蝕耦合作用下對(duì)馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果的影響。試驗(yàn)考慮了NaCl溶液濃度和浸泡時(shí)間2個(gè)因素，進(jìn)行了18組試驗(yàn)。結(jié)果表明：基質(zhì)瀝青混合料和橡膠粉瀝青混合料在NaCl溶液中，隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)，穩(wěn)定度呈現(xiàn)下降趨勢(shì)；橡膠粉具有改善瀝青混合料抵抗溫度、鹽侵蝕的能力。SEM微觀分析表明：NaCl溶液的鹽腐蝕加劇了瀝青混合料的進(jìn)一步損傷。

關(guān)鍵詞：溫度；鹽腐蝕；橡膠粉；瀝青混合料

近年來(lái)，隨著沿海開(kāi)發(fā)的逐步深入，沿海公路的等級(jí)要求也在逐步提高。在沿海地區(qū)惡劣的氣候環(huán)境下，瀝青路面的工作環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜，瀝青路面不僅需要抵御溫差、濕度、荷載等因素的影響，同時(shí)，還要面臨鹽度的侵蝕。目前，瀝青路面水穩(wěn)定性能的研究頗多[1-5]，而沿海地區(qū)瀝青路面路用性能研究并不多見(jiàn)。熊銳等[6]研究了10% Na2SO4溶液加速劣化條件下真空飽水凍融劈裂試驗(yàn), 以凍融腐蝕因子評(píng)價(jià)瀝青混凝土在凍融與腐蝕耦合作用下的性能變化規(guī)律，結(jié)果表明硫酸鹽腐蝕加劇了凍融循環(huán)對(duì)瀝青混凝土的破壞作用；任傳軍等[7]對(duì)SBS改性瀝青混合料耐海水侵蝕的性能進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：在海水和硫酸鹽溶液的作用下,SBS改性瀝青的水穩(wěn)定性有一定程度的下降，通過(guò)摻加短纖維增強(qiáng)的方法,可以減弱海水及硫酸鹽溶液對(duì)混合料水穩(wěn)定性的影響。

本文以基質(zhì)瀝青混合料與80目10%橡膠粉瀝青混合料為試驗(yàn)對(duì)象，對(duì)比研究2種混合料在溫度和氯鹽侵蝕耦合作用下，對(duì)馬歇爾試驗(yàn)的影響。

1原材料

1.1　橡膠粉改性瀝青

試驗(yàn)所用基質(zhì)瀝青為中海油江蘇省泰州分公司生產(chǎn)的70#瀝青，橡膠粉選用江陰橡膠粉廠加工生產(chǎn)的斜交胎膠粉，粒徑80目(橡膠粉的細(xì)度基本都為80目，如果細(xì)度更細(xì)，價(jià)格非常貴)，橡膠粉細(xì)度篩分結(jié)果見(jiàn)表1。橡膠粉摻入基質(zhì)瀝青制備改性瀝青的工藝參數(shù)如下：膠粉摻量10%、攪拌溫度160 ~180 ℃、攪拌速率500 r/min、攪拌時(shí)間60 min、溶脹時(shí)間45 min、溶脹溫度160 ℃。制備成的橡膠粉瀝青與基質(zhì)瀝青技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2。

表1　橡膠粉篩分結(jié)果

1.2　集料

試驗(yàn)采用的粗、細(xì)集料取自江蘇省鎮(zhèn)江市茅迪實(shí)業(yè)有限公司生產(chǎn)的石灰?guī)r，礦粉為磨細(xì)的石灰?guī)r。經(jīng)檢測(cè)，各項(xiàng)指標(biāo)均符合國(guó)家規(guī)范要求。瀝青混合料的級(jí)配采用常用的AC-13密級(jí)配，見(jiàn)表3。

表2　瀝青技術(shù)指標(biāo)

表3　礦料合成級(jí)配

2馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)

2.1　試驗(yàn)方法

(1)為模擬溫度與氯鹽腐蝕耦合作用下對(duì)馬歇爾試驗(yàn)的影響，試驗(yàn)采用NaCl與自來(lái)水配置鹽溶液，濃度分別選用10%和15%。按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTJ052-2010)[8]制作標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件，同時(shí)為模擬溫度對(duì)氯離子侵蝕混合料的作用，將試件分別浸泡在60 ℃的配制溶液中12 h，在20 ℃溶液中每12 h為一個(gè)循環(huán)來(lái)模擬溫度影響。

(2)為得到溫度與氯鹽腐蝕耦合作用下循環(huán)次數(shù)對(duì)馬歇爾試驗(yàn)的影響，試驗(yàn)進(jìn)行了1次、2次、3次循環(huán)，并進(jìn)行馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)。

(3)為對(duì)比氯鹽腐蝕程度，試驗(yàn)又增加浸泡清水一組工況。

2.2　試驗(yàn)結(jié)果

為進(jìn)一步明確溫度和氯鹽腐蝕下對(duì)橡膠粉瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)影響，試驗(yàn)考慮采用基質(zhì)瀝青混合料、橡膠粉摻量取10%。試驗(yàn)材料基本性能見(jiàn)表3，級(jí)配選用AC-13密級(jí)配，基質(zhì)瀝青與橡膠粉改性瀝青油石比均為4.2%。

試驗(yàn)制作的各組試件按照要求分別浸泡在清水、10%NaCl溶液和15%NaCl溶液，測(cè)定1次、2次、3次循環(huán)的穩(wěn)定度及流值，結(jié)果見(jiàn)表4。

從表4和圖1中可以看出：

(1)隨著浸泡循環(huán)次數(shù)的增加，普通瀝青混合料和橡膠粉瀝青混合料的穩(wěn)定度在清水和NaCl溶液中均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

(2)在清水和NaCl溶液中，橡膠瀝青混合料較普通瀝青混合料的穩(wěn)定度在相同循環(huán)次數(shù)下均有所增加，增大幅值分別為19%、26%和13%，可

表4　馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

圖1　馬歇爾穩(wěn)定度對(duì)比圖Fig.1　Marshall stability comparison chart

見(jiàn)橡膠粉可以有效改善瀝青混合料抗溫度與鹽侵蝕性能。

(3)普通瀝青混合料在清水和NaCl溶液中穩(wěn)定度平均衰減率分別為13.34%、12.44%、12.35%，橡膠粉瀝青混合料在清水和NaCl溶液中穩(wěn)定度平均衰減率分別為：8.49%；9.14%、8.47%(平均衰減率：指第2次、第3次循環(huán)后穩(wěn)定度較前一次穩(wěn)定度衰減平均值)?？梢钥闯?，橡膠粉瀝青混合料較普通瀝青混合料具有抵抗鹽侵蝕的能力，并且具有較好的水穩(wěn)定性能。

3試驗(yàn)結(jié)果機(jī)理分析

3.1　氯離子腐蝕機(jī)理分析

從圖1可以看出，氯離子腐蝕環(huán)境下瀝青混合料的穩(wěn)定度均低于清水中瀝青混合料的穩(wěn)定度，表明氯離子促進(jìn)了溫度、濕度對(duì)瀝青混合料的破壞作用，加劇路面性能衰減。根據(jù)表面張力理論[9]，水侵入瀝青與集料界面后，表面張力發(fā)生變化，水與集料親和力大于瀝青，造成瀝青逐漸從集料表面剝離，而在氯離子溶液中，隨著氯鹽濃度增加、溫度的升高，加速了這一剝離，從而導(dǎo)致瀝青混合料穩(wěn)定度下降。由于氯化鈉溶液較水更易于侵入瀝青與集料界面中，當(dāng)水分子蒸發(fā)后，氯化鈉晶體附著在界面中，隨著荷載、環(huán)境因素等影響，產(chǎn)生膨脹力，導(dǎo)致瀝青混合料進(jìn)一步損傷。圖2~圖3是經(jīng)過(guò)干燥后試樣的SEM圖片。從圖2可以看出水分子蒸發(fā)后，在裂縫、空隙等地方出現(xiàn)大量的氯化鈉晶體，表明氯化鈉溶液已經(jīng)滲透進(jìn)瀝青混合料內(nèi)部；圖3中線條標(biāo)出的是裂縫產(chǎn)生的位置，可以看出氯化鈉晶體在外部環(huán)境影響下，產(chǎn)生膨脹作用，使得瀝青混合料出現(xiàn)裂縫損傷。

圖2　NaCl晶體SEM照片F(xiàn)ig.2　NaCl crystal SEM photo

圖3　膨脹裂縫SEM照片F(xiàn)ig.3　Expansion crack SEM photo

3.2　橡膠粉改性瀝青機(jī)理分析

從圖1可以看出，在溫度和氯離子腐蝕耦合作用下橡膠粉瀝青混合料的衰減率低于普通瀝青混合料，表明橡膠粉改性瀝青混合料抵抗氯離子侵蝕作用的能力增強(qiáng)。原因可能是由于橡膠粉的摻入，提高了瀝青的軟化點(diǎn)，增大了瀝青粘稠度，進(jìn)而增加了瀝青與集料的握裹力，使得氯離子不易侵入瀝青與集料界面中，從而提高了橡膠粉瀝青混合料的抗侵蝕能力。

4結(jié)論

通過(guò)模擬溫度與氯鹽腐蝕耦合作用，分析普通瀝青混和料與橡膠粉瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果，考察橡膠粉對(duì)瀝青混合料性能的影響，結(jié)論如下：

(1)普通瀝青混合料和橡膠粉瀝青混合料的穩(wěn)定度在清水和NaCl溶液中，隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)，均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)；但從兩者對(duì)比來(lái)看，橡膠粉具有改善瀝青混合料抵抗溫度與鹽侵蝕的能力；

(2)NaCl溶液較水更易于侵入瀝青與集料界面中，當(dāng)水分子蒸發(fā)后，NaCl晶體附著在界面中，隨著荷載、環(huán)境因素等影響，產(chǎn)生膨脹力，加劇瀝青混合料的進(jìn)一步損傷。

(3)橡膠粉的摻入提高了瀝青軟化點(diǎn)和粘稠度，增加了瀝青與集料的握裹力，使得氯離子不易侵入瀝青與集料界面中，從而提高橡膠粉瀝青混合料的抗侵蝕能力。

參考文獻(xiàn)：

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Test Research On Rubber Power Asphalt Mixture Under the

Action of Temperature And Chlorine Salt

SUN Ye1, TANG Haifeng1,YIN Minggan2

(責(zé)任編輯：張英健)

Abstract：This experiment analyzes the relation between rubber power asphalt mixture and Marshall Test results under the action of the temperature and salt corrosion, by using matrix asphalt mixture and 80 mesh 10% rubber power. It carries out 18 tests, considering two factors of NaCl solution solubility and soak time. The tests results indicate that the stability of the matrix asphalt mixture and the rubber power asphalt mixture that immersion in the Nacl solution is trending downward, with the increase of immersion time; Rubber power can improve the ability of asphalt mixture for resistance temperature and salinity. According to SEM micro-analysis, NaCl solution of salt corrosion can contribute to the further damage of asphalt mixture.

Keywords：Temperature; Chlorine Salt Corrosion; Rubber Power; Asphalt Mixture

作者簡(jiǎn)介：孫燁(1973-)，男，江蘇鹽城人，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)楣肥┕げ牧稀?/p>

基金項(xiàng)目：江蘇省交通科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目(2012y05-02)

收稿日期：2015-02-19

中圖分類號(hào)：U414

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-5322(2015)02-0065-04

doi:10.16018/j.cnki.cn32-1650/n.201502012