黃杰

摘要：瀝青路面使用除冰劑后，往往會出現(xiàn)集料剝落、內(nèi)部松散等病害，最終導致混合料耐久性能降低。文章從水穩(wěn)定性能和抗疲勞性能角度分析混合料的耐久性，通過凍融劈裂試驗（ITS）、間接拉伸疲勞試驗（ITF）評價醋酸鈣鎂、乙酸鉀兩種新型除冰劑和氯化鈉傳統(tǒng)除冰劑對納米熟石灰（NHL）改性瀝青混合料性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明：在較低的凍融循環(huán)次數(shù)和醋酸鈣鎂作用下混合料的凍融劈裂強度和間接拉伸疲勞強度最高，而氯化鈉作用下混合料的凍融劈裂強度和間接拉伸疲勞強度在較高的凍融循環(huán)次數(shù)時更高;1%的納米熟石灰摻量對于提高混合料的水穩(wěn)定性和抗疲勞性能具有積極作用。

關鍵詞：除冰劑;水穩(wěn)定性能;抗疲勞性能;納米熟石灰

0 引言

瀝青路面結(jié)冰是一種自然現(xiàn)象，這種現(xiàn)象大大降低了輪胎與地面的摩擦，降低了路面安全性[1]。處理路面結(jié)冰的常用辦法是鋪灑除冰劑，通過除冰劑降低液體的共晶點避免路面結(jié)冰。但除冰劑由于自身物理化學性質(zhì)以及在凍融循環(huán)過程中滲透到瀝青結(jié)構(gòu)中，往往會造成集料與瀝青發(fā)生剝落現(xiàn)象，最終使瀝青路面發(fā)生水損害和疲勞損傷[2-5]。

為解決這一問題，工程中常用抗剝落劑改善混合料的疏水性，增加混合料內(nèi)部瀝青膜的粘聚力以及集料與瀝青之間的粘結(jié)力，從而提高混合料水穩(wěn)定性能和抗疲勞性能[6-7]，在此基礎上采用合適的除冰劑，可以實現(xiàn)降低混合料水損害和疲勞損傷的目的。醋酸類乙酸類新型除冰劑因其不含氯離子、有更低的共晶點、更好的除冰雪效果以及對環(huán)境友好等特點，正逐漸推廣到路面除冰除雪上[8]。本研究將新型除冰劑（醋酸鈣鎂和乙酸鉀）與傳統(tǒng)除冰鹽（氯化鈉）、蒸餾水分別作用于納米熟石灰改性瀝青混合料，通過ITS和ITF試驗分析除冰劑對混合料水穩(wěn)定性能和抗疲勞性能的影響規(guī)律。

1 原材料及配合比設計

1.1 除冰劑

本研究所用除冰劑為醋酸鈣鎂、乙酸鉀和氯化鈉，其物理化學性質(zhì)如下頁表1所示。

1.2 瀝青

本研究采用的瀝青為PG58-22型，其性能指標如表2所示。

1.3 配合比設計

通過馬歇爾配合比設計方法，確定混合料試件的最佳油石比為4.8%，納米熟石灰摻量分別為0%、0.5%、1%、1.5%?；旌狭霞壟淝€圖如圖1所示。

2 耐久性試驗結(jié)果

2.1 凍融劈裂試驗（ITS）結(jié)果

本研究采用凍融劈裂試驗評價不同除冰劑條件下對瀝青混合料水穩(wěn)定性的影響。為模擬路面實際凍融循環(huán)過程，將試樣在蒸餾水或飽和除冰劑溶液中浸泡5 min，置于真空飽水條件下15 min，再將試樣置于-18 ℃恒溫保持16 h，取出后在60 ℃下保持24 h。通過改變凍融循環(huán)次數(shù)（F-T cycle，1、3、5次）和納米熟石灰用量，記錄混合料ITS抗拉強度值，以及凍融前后的強度比TSR值。試驗結(jié)果如圖2和圖3所示。

已有研究往往僅在一次凍融循環(huán)下觀察除冰劑的效果，但實際上凍融循環(huán)次數(shù)對于混合料的影響比除冰劑更大。從圖2可以看出，醋酸鈣鎂除冰劑條件下的混合料在1次和3次凍融循環(huán)中都表現(xiàn)出更高的ITS值;但是在5次凍融循環(huán)后，三種除冰劑僅有氯化鈉作用下的試樣ITS值略低于對照組。當循環(huán)次數(shù)較低時，三種除冰劑下的混合料能夠保留超過對照組（或較高）的ITS值，這是因為它們具有更低的共晶點，降低了在凍融循環(huán)中因為溶液結(jié)冰而發(fā)展裂縫的可能性;當循環(huán)次數(shù)較高時，除冰劑作用下的試樣水穩(wěn)定性能降低，這是因為反復凍融過程中部分除冰劑滲透進入混合料內(nèi)部，引起集料和瀝青發(fā)生剝離現(xiàn)象，引發(fā)混合料水損害。同時，將納米熟石灰摻入到混合料均提高了ITS值，1%和1.5%NHL用量的混合料相較于空白組ITS值有大幅度提升。這是因為NHL作為抗剝落劑增加了混合料中的內(nèi)聚力和粘附力，使其在較高的凍融循環(huán)中具有更高的抗水損害的能力。ITS測試結(jié)果表明，醋酸鈣鎂除冰劑適用于在較低凍融循環(huán)次數(shù)的道路上;氯化鈉除冰劑適用于易發(fā)生路面結(jié)冰的道路上，即凍融循環(huán)次數(shù)較高時。

由圖3可知，蒸餾水對照組對應的不同NHL用量的混合料在1次凍融循環(huán)后平均TSR值為69%，即表明混合料水穩(wěn)定性能下降了31%;在多次循環(huán)后的平均TSR值為59%，即混合料水穩(wěn)定性能下降了41%。醋酸鈣鎂、氯化鈉和乙酸鉀除冰劑對應的不同NHL用量的混合料在一次凍融循環(huán)后平均TSR值分別為88%、72%和68%;在多次循環(huán)后的平均TSR值分別為67%、59%、41%。與蒸餾水對照組和其他除冰劑相比，醋酸鈣鎂除冰劑作用下的試樣在一次或多次循環(huán)后具有最高的TSR值，即混合料水穩(wěn)定性能降低程度最小;而氯化鈉除冰劑與蒸餾水作用下的試樣具有較為相似的TSR值。同時，使用NHL在所有的樣品中均導致TSR值的提高，可以說NHL有助于恢復混合料因水損害損失的強度。

結(jié)合ITS和TSR試驗結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，1.5%NHL用量是提高蒸餾水、乙酸鉀和氯化鈉作用下的試樣水穩(wěn)定性能的最佳添加量;但是對于醋酸鈣鎂作用下混合料的水穩(wěn)定性能而言，最佳NHL用量為1%，當用量超過1%時可以明顯觀察到ITS和TSR值的下降?？偟膩碚f，醋酸鈣鎂對于混合料的水穩(wěn)定性能損害程度較小，可以作為較好的除冰劑推廣使用。

2.2 間接拉伸疲勞試驗（ITF）結(jié)果

本研究采用間接拉伸疲勞試驗評價多次凍融循環(huán)后除冰劑對混合料疲勞性能的影響。試驗通過沿直徑軸對25 ℃下試樣施加250 kPa恒定應力，試樣的失效標準假設為直徑變形9 mm，當試驗達到該失效標準時將對試件所施加的荷載總次數(shù)視為瀝青混合料的疲勞壽命。并且通過將多次凍融循環(huán)后的試件的疲勞壽命除以未進行凍融的試件得到混合料疲勞壽命比（NFR）指標評價其疲勞性能。ITF試驗結(jié)果如圖4和圖5所示。

由圖4可知，在1次凍融循環(huán)后，醋酸鈣鎂除冰劑作用下的試樣具有最高的疲勞壽命，而乙酸鉀和氯化鈉作用下的試樣疲勞壽命卻低于蒸餾水對照組的疲勞壽命;但是在3次循環(huán)之后，醋酸鈣鎂除冰劑作用的試樣疲勞壽命略低于對照組，另外兩種除冰劑作用的試樣表現(xiàn)出更低的疲勞壽命;當經(jīng)歷5次循環(huán)后，醋酸鈣鎂除冰劑作用的試樣表現(xiàn)出較低的疲勞壽命，低于蒸餾水對照組和氯化鈉除冰劑作用的試樣。當循環(huán)次數(shù)逐漸增加時，氯化鈉除冰劑作用的試樣表現(xiàn)出較高并且穩(wěn)定的疲勞壽命;乙酸鉀除冰劑作用的試樣雖然疲勞壽命也是相對穩(wěn)定，但是疲勞壽命數(shù)值整體低于對照組和其他除冰劑。因此，建議在凍融較多的地區(qū)使用氯化鈉作為除冰劑，確?；旌狭暇哂休^持久的疲勞強度;在凍融情況較少的地區(qū)建議使用醋酸鈣鎂作為除冰劑。

由圖5 NFR結(jié)果可知，蒸餾水對照組對應的不同NHL用量的混合料在1次凍融循環(huán)后平均NFR值為65%，即表明混合料水穩(wěn)定性能下降了35%;在多次循環(huán)后的平均NFR值為51%，即混合料水穩(wěn)定性能下降了49%。醋酸鈣鎂、氯化鈉和乙酸鉀除冰劑對應的不同NHL用量的混合料在1次凍融循環(huán)后平均NFR值分別為73%、50%和32%;在多次循環(huán)后的平均TSR值分別為50%、43%、23%。蒸餾水對照組試樣的NFR損失程度與TSR試驗結(jié)果大致相近，但是除冰劑作用的試樣NFR值相較于TSR值損失程度更大，可以說除冰劑對混合料疲勞壽命的負面影響遠大于對水穩(wěn)定性能的影響。

結(jié)合圖4和圖5，NHL用量對于混合料的疲勞壽命影響規(guī)律與水穩(wěn)定性能試驗吻合，1%用量對于提升疲勞壽命具有積極作用，當用量超過1%時，疲勞壽命出現(xiàn)降低的趨勢。

3 結(jié)語

通過ITS、ITF試驗，評價醋酸鈣鎂、乙酸鉀和氯化鈉對納米熟石灰改性瀝青混合料水穩(wěn)定性能和抗疲勞性能的影響規(guī)律，得出以下結(jié)論：

（1）醋酸鈣鎂除冰劑作用下的試樣在1次和3次凍融循環(huán)中都表現(xiàn)出更高的ITS值;但是在5次凍融循環(huán)后，三種除冰劑僅有氯化鈉作用下的試樣ITS值略低于對照組。醋酸鈣鎂除冰劑適用于凍融循環(huán)次數(shù)較少的道路上;氯化鈉除冰劑適用于易發(fā)生路面結(jié)冰的道路上，即凍融循環(huán)次數(shù)較多時。

（2）醋酸鈣鎂除冰劑作用下的試樣在1次或多次循環(huán)后仍具有最高的TSR值，即混合料水穩(wěn)定性能降低程度最小;氯化鈉除冰劑與蒸餾水作用下的試樣具有較為相似的TSR值。

（3）當循環(huán)次數(shù)逐漸增加時，氯化鈉除冰劑作用的試樣表現(xiàn)出較高并且穩(wěn)定的疲勞壽命。建議在凍融較多的地區(qū)使用氯化鈉作為除冰劑，確保混合料具有較持久的疲勞強度;在凍融情況較少的地區(qū)建議使用醋酸鈣鎂作為除冰劑。

（4）蒸餾水對照組試樣的NFR損失程度與TSR試驗結(jié)果大致相近，但是除冰劑作用的試樣NFR值相較于TSR值損失程度更大，除冰劑對混合料疲勞壽命的負面影響遠大于對水穩(wěn)定性能的影響。

（5）綜合ITS和ITF試驗結(jié)果，1%NHL用量對于提高混合料的水穩(wěn)定性能和抗疲勞性能均具有積極作用，可以為NHL投入到瀝青路面建造中提供摻量建議。

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