胡 杰

(1.廣西路建工程集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530001；2.南寧市筑路技術(shù)與筑路材料工程技術(shù)研究中心，廣西 南寧 530001)

0 引言

鹽化物自融雪瀝青路面技術(shù)在國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家得到了廣泛的推廣應(yīng)用，尤其在日本推廣應(yīng)用面積達(dá)到380萬(wàn)m2，產(chǎn)生的實(shí)際效果顯著。鹽化物主要為氯鹽成分，采用特殊包裹的方法填充于多孔陶粒、礦料載體中，然后直接摻加到瀝青混合料中，在低溫環(huán)境條件下，鹽分逐漸析出以降低路面冰點(diǎn)。我國(guó)在2005年前后引進(jìn)相關(guān)技術(shù)，并開(kāi)展了一系列研究。如劉壯壯等人匯總分析了蓄鹽類瀝青路面的優(yōu)缺點(diǎn)，從配合比設(shè)計(jì)、材料特性和路用性能等方面進(jìn)行了對(duì)比，并提出了蓄鹽類瀝青路面技術(shù)的發(fā)展方向[1]。李娜等人研究了瀝青混合料中鹽化物的析出規(guī)律，提出了3階段析出周期，對(duì)長(zhǎng)期觀察評(píng)價(jià)具有指導(dǎo)作用[3]。王軍等人研究了鹽化物瀝青混合料路用性能，著重分析了空隙率與凍融劈裂強(qiáng)度的變化規(guī)律，提出了鹽化物瀝青混合料的抗水損害性能的弱性[2][4]。孫健分析了鹽化物瀝青混合料與普通瀝青混合料的馬歇爾體積參數(shù)差異性，指出容積替換法適用于鹽化物瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)[5]。何湘寧研究了聚酯纖維對(duì)MFL瀝青混合料的路用性能的影響，指出不同摻量下聚酯纖維對(duì)路用性能的影響不同，合理地添加聚酯纖維能夠改善瀝青混合料的抗水損害能力[6]。

綜上所述，針對(duì)鹽化物瀝青混合料應(yīng)用得出了不同的研究成果，研究方向主要集中在瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)、路用性能分析等，而對(duì)鹽化物瀝青混合料自身體積參數(shù)的分析涉及較少。本文引用部分研究成果，分析不同MFL摻量下，浸水溫度和時(shí)間變化對(duì)瀝青混合料的空隙率影響規(guī)律。

1 試驗(yàn)材料及方法

1.1 原材料

鹽化物為日本生產(chǎn)的Mafilon(MFL)，主要成分為氯化鈉、氯化鈣和二氧化硅等，采用多孔火山巖包裹鹽分替代部分礦粉。粗集料選擇玄武巖，細(xì)集料為石灰?guī)r，礦粉為石灰?guī)r磨制。改性瀝青為SBS I-D，由廣西興通瀝青科技有限公司提供。相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1～4。

表1 MFL試驗(yàn)結(jié)果表

表2 粗集料試驗(yàn)結(jié)果表

表3 細(xì)集料試驗(yàn)結(jié)果表

表4 SBS(I-D)改性瀝青試驗(yàn)結(jié)果表

1.2 試驗(yàn)方法

(1)研究采用AC-13C級(jí)配，利用“MFL-礦粉等體積置換方法”進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，確定MFL的摻加比例分別為30%、50%、70%。

(2)隨鹽分的不斷析出，混合料內(nèi)部孔隙也存在相應(yīng)的變化。對(duì)于瀝青路面而言，隨通車運(yùn)營(yíng)時(shí)間延長(zhǎng)，瀝青混合料的空隙率逐漸下降到一定范圍內(nèi)，鹽化物瀝青路面空隙率的變化規(guī)律要比普通瀝青混合料更加復(fù)雜。本文選擇馬歇爾試件，利用不同的浸水時(shí)間、溫度分析空隙率變化規(guī)律。浸水溫度選擇30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃；時(shí)間選擇4 h、8 h、12 h、24 h、48 h、96 h、192 h。

2 空隙率理論值計(jì)算分析

依據(jù)JTG F40-2004[7]中瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)空隙率計(jì)算方法，對(duì)MFL瀝青混合料的空隙率進(jìn)行模擬推測(cè)，不同比例MFL瀝青混合料空隙率為設(shè)計(jì)空隙率+MFL完全析出后空隙率，計(jì)算公式如下[5]：

(1)

式中：VV——MFL瀝青混合料理論計(jì)算空隙率，%；

VV0——目標(biāo)空隙率，%；

n1——MFL占瀝青混合料總質(zhì)量，%；

n2——MFL的有效成分，89%；

ρf——瀝青混合料毛體積密度，g/cm3；

ρ——MFL的密度，g/cm3。

圖1 不同MFL摻量下瀝青混合料理論空隙率計(jì)算結(jié)果比例圖

由圖1可知：MFL摻量變化對(duì)瀝青混合料空隙率值存在相應(yīng)的影響，隨MFL摻量的增加，空隙率也逐漸增加，3種摻量下空隙率提高幅度分別為57.7%、38.5%、19.2%(與初始空隙率3.5%相比)。這說(shuō)明鹽分析出對(duì)瀝青混合料空隙率具有顯著影響，隨著鹽分的不斷析出，MFL在瀝青混合料內(nèi)部中占比體積下降，導(dǎo)致混合料空隙增加。因此，在MFL瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)過(guò)程中，需結(jié)合MFL的摻加用量考慮鹽分完全析出后的空隙率變化，且相關(guān)研究成果指出瀝青混合料空隙率偏大對(duì)路面性能的加速劣化具有促進(jìn)作用。

3 溫度對(duì)空隙率影響分析

研究采用浸水方法對(duì)MFL瀝青混合料的空隙率變化進(jìn)行模擬，浸水時(shí)間為48 h，不同浸水溫度下空隙率變化試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 不同浸水溫度下MFL瀝青混合料空隙率變化曲線圖

由圖2可以看出：

(1)溫度變化對(duì)MFL瀝青混合料空隙率具有顯著影響。隨浸水溫度的增加，空隙率呈先增加后下降的趨勢(shì)變化，3種摻量下空隙率均在浸水溫度60 ℃時(shí)達(dá)到最大值，空隙率提高幅度分別為47.6%、47.2%、43.3%(與30 ℃相比)。對(duì)于鹽化物瀝青混合料，隨浸水溫度的增加，鹽分析出的程度也增加，因?yàn)辂}化物中離子的擴(kuò)散速度加快，更容易溶于水，導(dǎo)致混合料的空隙率增加。研究表明，常規(guī)瀝青混合料隨溫度的增加，空隙率呈下降趨勢(shì)，這是因?yàn)殡S溫度的升高，瀝青膠結(jié)料熱脹能夠擠壓部分結(jié)構(gòu)空隙，空隙率存在減小的趨勢(shì)。

(2)隨浸水溫度的持續(xù)增加，MFL瀝青混合料空隙率呈下降趨勢(shì)，說(shuō)明在30 ℃～60 ℃范圍內(nèi)，MFL瀝青混合料鹽化物析出占主導(dǎo)因素，對(duì)空隙率增加具有主導(dǎo)作用。而60 ℃～70 ℃范圍內(nèi)，瀝青混合料因體積膨脹，減小空隙率變化占主導(dǎo)作用。隨浸水溫度的持續(xù)增加，材料熱脹作用持續(xù)提高，對(duì)內(nèi)部孔隙的影響越顯著。

(3)從整體分析，MFL摻量越大，瀝青混合料空隙率受浸水溫度影響越顯著，浸水溫度為70 ℃時(shí)，空隙率變化幅度分別為40.2%、42.3%、30.9%。

4 時(shí)間對(duì)空隙率的影響分析

鹽化物瀝青混合料中鹽分析出與環(huán)境溫度存在密切關(guān)聯(lián)。研究表明，鹽分析出也與通車運(yùn)營(yíng)周期存在相應(yīng)的關(guān)系，研究采用的浸水溫度為60 ℃，不同浸水時(shí)間下空隙率試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 不同浸水時(shí)間下MFL瀝青混合料空隙率變化曲線圖

由圖3可知：

(1)隨浸水時(shí)間的增加，3種不同摻量MFL瀝青混合料空隙率變化規(guī)律相一致，空隙率均呈增加趨勢(shì)，但在0～48 h內(nèi)，空隙率增加幅度較大，在48～96 h內(nèi)，空隙率變化逐漸平緩。說(shuō)明MFL瀝青混合料在48 h內(nèi)鹽分析出量較大，而隨著時(shí)間延長(zhǎng)，內(nèi)部鹽分析出速率下降，空隙率變化趨于穩(wěn)定。如MFL摻量為70%時(shí)，12 h、24 h、48 h、96 h、192 h的空隙率變化幅度分別為14.7%、50.7%、66.3%、68.0%、70.6%。

(2)隨著MFL摻量增加，浸水時(shí)間變化對(duì)空隙率的影響越顯著。以浸水48 h為例，3種不同摻量MFL的空隙率變化幅度分別為66.3%、65.0%、43.4%(以浸水4 h相比)，說(shuō)明MFL瀝青混合料中鹽化物含量越大，鹽分析出的速率越快，其空隙率變化就更加顯著。

(3)MFL摻量超過(guò)50%，空隙率隨浸水時(shí)間的變化幅度相對(duì)穩(wěn)定。如浸水48 h時(shí)，MFL摻量50%、70%的空隙率變化幅度僅相差1.3%。另外，空隙率隨浸水溫度的變化幅度也相對(duì)穩(wěn)定，在浸水溫度為60 ℃時(shí)，MFL摻量50%、70%的空隙率變化幅度僅相差0.4%。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)依據(jù)空隙率理論計(jì)算定義，MFL鹽化物中鹽分析出對(duì)瀝青混合料理論空隙率存在顯著影響，隨MFL摻量的增加，理論空隙率也顯著增加。

(2)隨浸水溫度增加，MFL瀝青混合料空隙率呈先增加后下降的趨勢(shì)變化，不同摻量下MFL空隙率均在浸水溫度為60 ℃時(shí)達(dá)到最大值，隨溫度持續(xù)增加，空隙率呈下降狀態(tài)，這是因?yàn)?60 ℃范圍內(nèi)，MFL瀝青混合料鹽化物析出對(duì)空隙率變化具有主導(dǎo)作用；而60 ℃～70 ℃范圍內(nèi)，瀝青膠結(jié)料因體積膨脹對(duì)空隙率變化占主導(dǎo)作用。

(3)隨浸水時(shí)間延長(zhǎng)，MFL瀝青混合料空隙率呈先快后慢的狀態(tài)變化，并逐漸趨于穩(wěn)定狀態(tài)。在0～48 h內(nèi)，空隙率增加幅度較大；在48～96 h內(nèi)，空隙率變化逐漸平緩。MFL摻量越大，環(huán)境溫度、浸水時(shí)間對(duì)瀝青混合料空隙率影響幅度也越大，這與混合料中鹽化物含量有關(guān)。