(長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院 陜西 西安 710064)

酸雨腐蝕瀝青混凝土材料的研究綜述

黃梟楠

(長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院陜西西安710064)

瀝青混凝土是由瀝青、礦料、改性劑等共同組成的復(fù)雜混合物。酸雨對(duì)瀝青混合料的腐蝕是在自然環(huán)境下酸雨腐蝕可以自發(fā)進(jìn)行的復(fù)雜物理和化學(xué)過(guò)程。本文在調(diào)查國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上，按照酸雨腐蝕機(jī)理、對(duì)混合料影響和腐蝕模擬技術(shù)三個(gè)方面對(duì)酸雨腐蝕瀝青混凝土的現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié)。鑒于目前國(guó)內(nèi)外對(duì)瀝青混凝土酸雨腐蝕研究不足的特點(diǎn)，總結(jié)了瀝青混凝土酸雨腐蝕現(xiàn)有研究的不足之處，并建議了未來(lái)應(yīng)當(dāng)關(guān)注的研究?jī)?nèi)容。

酸雨腐蝕；瀝青混合料；集料；水泥混凝土

一、引言

酸雨一般指值小于5.6的大氣降水，包括雨水、凍雨、雪、雹、露等。酸雨因其危害民眾健康、腐蝕文物古跡、破壞生態(tài)系統(tǒng)，已成為當(dāng)今世界上備受關(guān)注的重大環(huán)境問(wèn)題之一[1]。隨著亞洲經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，在我國(guó)長(zhǎng)江以南、青藏高原以東及四川盆地的廣大地區(qū)為中心，形成了世界第三大酸雨區(qū)[2]。2011年，全國(guó)468個(gè)監(jiān)測(cè)城市(縣)中出現(xiàn)酸雨的占48.5%，全國(guó)酸雨面積約124萬(wàn)[3]。全國(guó)不同的城市和地區(qū)，酸雨特征有一定差異。西安市降水值及酸雨的年內(nèi)變化呈“雙峰”型，1-3月和10-11月降水較低。

鑒于此，本文在充分調(diào)查國(guó)內(nèi)外瀝青混凝土酸雨腐蝕研究的基礎(chǔ)上，從瀝青混凝土的酸雨腐蝕機(jī)制、性能影響結(jié)果和腐蝕模擬方法三個(gè)方面進(jìn)行了總結(jié)，通過(guò)與水泥混凝土酸雨腐蝕研究現(xiàn)狀的對(duì)比，對(duì)其中的部分研究?jī)?nèi)容提出了看法及建議，旨在為后續(xù)的瀝青混合料酸雨腐蝕研究工作提供有益參考。

二、酸雨腐蝕瀝青混凝土研究進(jìn)展

(一)酸雨腐蝕瀝青混合料的作用機(jī)理

酸雨中的強(qiáng)酸能在水中完全電離對(duì)降水酸度(值)貢獻(xiàn)最大。仲曙豪[4]等發(fā)現(xiàn)集料表面是典型的溶出性腐蝕。酸雨導(dǎo)致瀝青中膠質(zhì)含量下降，粘結(jié)性降低。集料方面，部分成分與酸性物質(zhì)反應(yīng)生成可溶性鹽，導(dǎo)致集料棱角性變差，混合料空隙增大。張倩[5]等發(fā)現(xiàn)酸雨對(duì)瀝青混凝土的腐蝕特性與混合料級(jí)配有關(guān)。進(jìn)一步研究表明，酸雨腐蝕中的，和是協(xié)同作用關(guān)系[6]。

現(xiàn)有對(duì)于酸雨腐蝕瀝青混凝土機(jī)理的研究主要有酸雨對(duì)集料的作用、對(duì)瀝青各組分作用、對(duì)混合料表面特性以及對(duì)集料與瀝青黏附界面作用等四個(gè)方面。研究方法也較為傳統(tǒng)?？梢钥紤]通過(guò)更為先進(jìn)的技術(shù)手段，來(lái)分析和表征瀝青混凝土的酸雨腐蝕現(xiàn)象。此外，酸雨與其他因素的協(xié)同作用同樣應(yīng)當(dāng)受到重視。

(二)酸雨腐蝕瀝青混凝土的影響因素

酸雨腐蝕的影響因素包括瀝青種類、集料種類、成分、堿性成分含量，酸雨的化學(xué)組成和值，酸雨中主要作用成分的濃度，外界因素包括季節(jié)、溫度、地域等。Grossi[17]等發(fā)現(xiàn)溶解后最先腐蝕的是鎂鹽。Malaga-Starzec[8]和Fronteau[9]等認(rèn)為酸雨腐蝕反應(yīng)物主要為方解石晶體而不是白云石。S.Eyssautier-Chuine[10]等研究發(fā)現(xiàn)晶體分解的模式與巖石的微觀結(jié)構(gòu)有關(guān)，比如多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

張倩[6]等發(fā)現(xiàn)浸泡瀝青混凝土試件的酸雨溶液越低，試件質(zhì)量損失越大，浸泡后的混合料空隙率和孔徑大小受到影響，混凝土結(jié)構(gòu)疏松。熊旭[11]等也認(rèn)為長(zhǎng)時(shí)間浸泡對(duì)瀝青混合料的質(zhì)量、空隙率、馬歇爾穩(wěn)定度、劈裂強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度均有一定影響，而對(duì)高低溫性能影響的結(jié)論與張倩[5]等結(jié)論類似。

水、氣壓、溫度是疲勞壽命顯著縮短的原因[12,13]。此外，周興林[14]等研究認(rèn)為，粘結(jié)力強(qiáng)、空隙率小的密級(jí)配混合料對(duì)酸腐蝕的抵抗性能較優(yōu)。Xinjun Feng[15]等發(fā)現(xiàn)酸雨腐蝕礦料的程度與巖石類型相關(guān)，巖石抗酸性能：花崗巖>玄武巖>石灰?guī)r。

綜上所述，酸雨腐蝕瀝青混凝土的影響因素涉及巖石成分與微觀結(jié)構(gòu)、酸雨溶液的腐蝕物濃度和、外界荷載因素、浸泡溫度、循環(huán)次數(shù)以及混合料級(jí)配、空隙率、混合料中堿性物質(zhì)含量和膠結(jié)料黏附強(qiáng)度等。目前，對(duì)于酸雨腐蝕瀝青混凝土的研究主要集中在宏觀物理力學(xué)性質(zhì)和抗滑能力等方面，尚缺乏更為深入的理論分析。

(三)酸雨腐蝕模擬的試驗(yàn)方法

酸雨腐蝕研究的模擬溶液影響著研究結(jié)果的可靠度問(wèn)題。目前常用人工配制酸雨模擬溶液的方法來(lái)代替自然界的酸雨溶液。例如，周興林[15]等采用噴淋和浸泡法模擬酸雨的腐蝕。周飛鵬[16]等通過(guò)周期浸泡法模擬酸雨腐蝕，并每天用酸度計(jì)和濃硝酸控制溶液值。

Lin,JD[17]等使用人造環(huán)境調(diào)節(jié)系統(tǒng)(AECS)來(lái)模擬酸雨作用條件以及評(píng)估瀝青混合料的抗剝離性能。William James[18]等通過(guò)四種不同的路面濾去酸雨中污染物質(zhì)，研究酸雨從降雨到落至路面雨水中物質(zhì)的變化情況。唐進(jìn)[19]等采用噴淋-光照循環(huán)侵蝕的方法來(lái)模擬酸雨對(duì)水泥基材料侵蝕破壞過(guò)程。

Liang Xue[20]等采用加速損壞測(cè)試儀器，加速酸雨腐蝕瀝青混凝土的過(guò)程[21]。類比硫酸環(huán)境下混凝土質(zhì)量損失與強(qiáng)度變化規(guī)律的時(shí)變方程[22]擬合，采用定量的方程表征規(guī)律。

三、未來(lái)研究方向

結(jié)合國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，本文認(rèn)為應(yīng)當(dāng)重視酸雨對(duì)瀝青混凝土的腐蝕現(xiàn)象，未來(lái)可以從如下幾個(gè)方面加強(qiáng)對(duì)瀝青混凝土酸雨腐蝕問(wèn)題的研究：

1.研究不同瀝青混凝土材料組成對(duì)酸雨腐蝕的影響。研究常用的基質(zhì)瀝青、聚合物(SBS、SBR、PE等)改性瀝青、礦物纖維(如玄武巖纖維、水鎂石纖維)、植物纖維(木質(zhì)素纖維、劍麻纖維、竹纖維等)、固體廢棄物(RAP、RCP、FA等)等原材料組成對(duì)酸雨腐蝕的敏感性和響應(yīng)。

2.考慮多因素耦合環(huán)境下，酸雨腐蝕對(duì)瀝青混凝土的性能劣化情況。當(dāng)其中兩種或兩種以上條件同時(shí)作用時(shí)，探究其耦合效應(yīng)，開(kāi)發(fā)現(xiàn)場(chǎng)暴露試驗(yàn)，模擬真實(shí)條件下的酸雨腐蝕。

3.建立和發(fā)展瀝青混凝土酸雨腐蝕模型。從酸擴(kuò)散、腐蝕過(guò)程、腐蝕效應(yīng)等方面建立預(yù)估和分析模型，全面描述酸雨對(duì)瀝青混凝土的腐蝕過(guò)程。

4.加強(qiáng)瀝青混凝土抗酸雨腐蝕方法研究，例如，提出不同的纖維增強(qiáng)、級(jí)配改善、膠結(jié)料改性等抗酸雨腐蝕措施。對(duì)提升瀝青混凝土酸抗性，以及對(duì)于瀝青路面的耐久性提升具有重要意義。

[1]張新民,柴發(fā)合,王淑蘭,等.中國(guó)酸雨研究現(xiàn)狀[J].環(huán)境科學(xué)研究,2010,23(5):527-532.

[2]牛建剛,牛荻濤,周浩爽.酸雨的危害及其防治綜述[J].災(zāi)害學(xué),2008,23(4):110-116.

[3]宋國(guó)君,錢文濤,馬本,等.中國(guó)酸雨控制政策初步評(píng)估研究[J].中國(guó)人口·資源與環(huán)境,2013,23(1):6-12.

[4]仲曙豪.酸雨對(duì)瀝青混合料性能影響及作用機(jī)理研究[D].南京航空航天大學(xué),2009.

[5]張倩,賈曉軍,李艷麗,等.酸雨對(duì)瀝青混合料強(qiáng)度及空隙率影響的模擬研究[J].中外公路,2005,25(1):78-80.

[6]張倩,李艷麗,賈曉軍.酸雨對(duì)瀝青混合料侵蝕作用的試驗(yàn)?zāi)M[J].西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2005,37(1):86-89.

[7]熊旭.酸雨對(duì)瀝青及瀝青混合料的性能影響研究[D].長(zhǎng)沙理工大學(xué),2013.

黃梟楠(1993-)，男，長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院，碩士生，研究方向路基路面工程材料。