王同福

（德州市公路管理局，山東德州 253000）

自融雪瀝青路面長期融雪性能測試方法研究

王同福

（德州市公路管理局，山東德州 253000）

為測試與評價自融雪瀝青路面的長期融冰雪性能，利用自行研發(fā)的試驗裝置測量溶液密度，提出自然浸泡和加速溶出兩種試驗方法，根據(jù)全面積溶出法計算融雪鹽有效成分溶出量，繪制溶出量與時間的關(guān)系曲線。結(jié)果表明，自然浸泡情況下，鹽化物有效成分溶出速率前期較快，而后勻速溶出，最后緩慢溶出，并且溶出速率不斷減??；加速溶出情況下，溫度為36℃時鹽分溶出速率最快，鹽化物有效成分的溶出速率隨時間的延長不斷減小；加速溶出和自然浸泡試驗鹽分析出隨時間的變化趨勢一致，通過加速溶出試驗可預(yù)測自融雪瀝青路面的融雪壽命。

公路；自融雪瀝青混合料；全面積溶出法；自然浸泡法；加速溶出法；長期融雪性能

道路狀況的好壞是影響交通安全的重要因素，當路表結(jié)冰時，抗滑能力不足，對行駛車輛的安全性極為不利。據(jù)統(tǒng)計，冬季15%～30%的交通事故與路面積雪有關(guān)。

鹽化物自融雪瀝青路面是在瀝青混合料中添加化學類抑制凍結(jié)材料而形成的具有融冰雪能力的路面，在對流、擴散和毛細作用下，路面內(nèi)部鹽分逐漸析出而抑制道路表面積雪結(jié)冰。國內(nèi)對自融雪路面融雪性能的評價僅從有效融雪成分的可釋性方面進行定性分析，不能準確表征自融雪瀝青路面的長期融雪效果。對融雪劑技術(shù)研究較成熟的日本主要采用硝酸銀滴定法，通過觀察路表是否有白色沉淀產(chǎn)生來判斷路面是否有鹽分析出，間接評價自融雪路面是否具有融冰雪功能。但該方法只是一種定性評價方法，不能確定道路中鹽化物的溶出量和剩余量，不利于實驗室內(nèi)試驗研究。目前對于室內(nèi)測試鹽化物自融雪瀝青混合料析出情況還沒有定量試驗方法。該文利用鹽化物有效成分在自然浸泡和加熱浸泡狀態(tài)下隨時間的溶出量表征其長期融雪性能，只要能測出鹽化物溶出量，就能說明瀝青路面內(nèi)部含有融雪鹽成分，該路面具有融雪性能。

1 原材料技術(shù)性質(zhì)

（1）瀝青。采用武漢路翔牌SBS改性瀝青，其主要技術(shù)指標見表1。

（2）集料。所用粗細集料的主要物理、力學指標分別見表2和表3。

（3）礦粉。采用石灰?guī)r磨細礦粉，其主要技術(shù)指標見表4。

表1　瀝青的技術(shù)指標

表2　粗集料的試驗結(jié)果

表3　細集料的試驗結(jié)果

表4　礦粉的試驗結(jié)果

（4）鹽化物自融雪外加劑。鹽化物自融雪外加劑主要有顆粒狀及粉末狀兩種，這里采用顆粒狀自融雪外加劑V-260，其物理性能指標見表5。V-260自融雪外加劑的有效成分呈堿性，不會腐蝕路面結(jié)構(gòu)和構(gòu)筑物，有利于環(huán)境保護。

表5　顆粒狀自融雪外加劑的物理性能指標

2 鹽化物瀝青混合料融雪性能測試方法

采用自行研發(fā)的自融雪路面長期融雪性能測試裝置（見圖1）進行鹽化物瀝青混合料鹽分析出試驗，模擬實際情況下鹽化物的溶出情況，根據(jù)試驗結(jié)果計算混合料不同使用時間段的溶出量。

圖1　鹽化物自融雪路面長期融雪性能評價裝置

2.1自然浸泡法

自然浸泡法是在常溫（＜20℃）條件下將成型的馬歇爾試件放入圖1所示容器內(nèi)（容器中的水位必須能浸泡試件的上表面），浸泡一段時間后，通過測定容器內(nèi)溶液密度來反算試件中鹽化物析出量，估計自融雪瀝青路面的長期融冰化雪性能。

2.1.1試驗方法

對于馬歇爾試件鹽分析出量的測定分為單面積溶出法和全面積溶出法。單面積溶出法由于試件只有一個表面暴露在水中，鹽化物的溶出量較少，溶液中濃度較低，測量結(jié)果誤差很大。因此，采用全面積溶出法測量。試件溶出面積按下式計算：

式中：S為馬歇爾試件表面積（m2）；R為馬歇爾試件直徑（mm）；h為實測馬歇爾試件高度（mm）。

2.1.2試驗結(jié)果分析

根據(jù)試驗結(jié)果（見圖2），按式（2）～（3）計算試件有效成分析出量占鹽化物總量的百分比。

圖2　自然浸泡下鹽分溶出百分率

式中：m1為試件中鹽化物的質(zhì)量（g）；M為試件質(zhì)量（g）；r為鹽化物添加量（%）；A為試件中鹽化物有效成分的含量；c為鹽化物中有效成分的含量，為94.6%；u1為鹽化物溶出百分率（%）；ρ2為溶液密度（g/m L）；ρ1為定溫度下水的密度（g/m L）；m2為溶液劑量（g）。

根據(jù)圖2進行擬合，得：

式中：t1為自然浸泡時間（d），由于初始浸泡時溶出規(guī)律不明顯，且為保證u1＞0，取t1＞0.1 d。

從圖2可看出：1）前6 d鹽化物有效成分溶出速率較快，其后溶出速率呈緩慢增加的態(tài)勢。究其原因，部分融雪劑裸露在試件表面，且表面融雪劑顆粒在試件成型過程中被粉碎，當試件放置于水中時，表面上的融雪成分迅速溶出，所以在前6 d鹽化物有效成分溶出速率較快；試件浸泡時間超過6 d后，表面的鹽化物已全部溶出，而試件內(nèi)部鹽化物的溶解難度大，析出量不斷減慢并且向內(nèi)部不斷推進，形成一個長期溶出過程。2）V-260自融雪瀝青路面鹽化物的溶出規(guī)律同路面鹽化物實際溶出規(guī)律基本一致，說明自然浸泡法可作為室內(nèi)測定自融雪瀝青混合料試件溶出速率的試驗方法。

自然浸泡法具有試驗儀器低廉、操作簡單、實用性強、不受時間地點限制、測量結(jié)果準確度高的優(yōu)點，但該方法所需時間較長，不利于推廣使用。

2.2加速溶出法

通過測試不同溫度下自融雪瀝青混合料試件中鹽化物有效成分的溶出量，可得出對應(yīng)鹽化物溶出最快時的溫度，在該溫度下進行混合料試件浸泡試驗，測試鹽化物有效成分隨時間的溶出量，評價混合料的長期融冰雪性能。該方法稱為加速溶出法，可有效縮短試驗周期。

2.2.1加速溶出溫度

利用圖1所示儀器，采用500 mL蒸餾水浸泡試件，打開恒溫水浴箱加熱開關(guān)，保證水溫恒定，設(shè)計試驗浸泡溫度分別為10、20、30、40、50和60℃，試驗時間設(shè)定為2 d，測得試件的有效成分析出量，計算試件析出量占試件鹽化物總量的百分比，根據(jù)試驗結(jié)果繪制鹽分析出率隨時間的變化曲線（見圖3）。

圖3　V-260瀝青混合料不同溫度下鹽分溶出百分率

從圖3可以看出：1）隨著溫度升高，鹽化物的溶出百分率先增大后減小。究其原因，一是鹽化物溶解度隨著溫度升高而增大；二是鹽化物遇水溶化，溫度升高，水分子運動加快，溶出速率提高，但當溫度升高到一定值后，瀝青結(jié)合料變軟，甚至具有一定的流動性，在荷載作用下試件內(nèi)一部分孔隙被瀝青結(jié)合料填充；三是溫度升高，材料發(fā)生膨脹，壓縮了部分孔隙，瀝青路面內(nèi)部空隙的減小阻斷了水分的浸入，鹽化物析出量減小。2）存在一個最佳溫度值，在該溫度下鹽化物溶出速率最快。經(jīng)過計算，得到最佳溫度為36℃，故加速溶出試驗的最佳溫度確定為36℃。

2.2.2加速溶出試驗

在最佳溶出溫度下對自融雪瀝青混合料試件進行浸泡，每隔一定時間測定浸泡液中鹽分含量，計算鹽分析出量占試件中鹽化物總量的百分比，繪制鹽分析出率隨時間的變化曲線（見圖4）。

圖4　加速浸泡下鹽分溶出百分率

根據(jù)圖4得出擬合公式：

式中：u2為加速溶出試驗條件下鹽化物溶出百分率（%）；t2為加速溶出浸泡時間（d），因初始浸泡時溶出規(guī)律不明顯，同時為保證u2＞0，取t2＞0.1 d。

3 結(jié)論

（1）自融雪路面主要用在低溫寒冷地區(qū)，鹽化物析出后路面空隙率變大，水分更易進入路面內(nèi)部，造成瀝青與集料的粘附性降低，路用性能下降。建議采用SBS改性瀝青，提高瀝青和集料的粘附性。

（2）自行設(shè)計試驗裝置，基于添加融雪鹽的瀝青混合料馬歇爾試件浸泡后溶液密度發(fā)生變化的特性，采用自然浸泡法和加速溶出法對自融雪瀝青路面的長期融雪性能進行測試。自然浸泡法測量結(jié)果準確，但測試時間較長，加速溶出法的試驗時間短。

（3）自融雪瀝青混合料在36℃時溶出速度最快，確定該溫度為試驗溫度，得出鹽化物有效成分的溶出速率隨時間的延長不斷減小。

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