抗凝冰填料沥青混合料抗凝冰效果评价

卢章天 刘绍利

【摘 要】本文基于等体积原则设计了AC-13型抗凝冰填料沥青混合料，确定了抗凝冰填料掺量为0%、3.7%、4.2%、4.7%的瀝青混合料的最佳沥青用量分别为4.8%、4.71%、4.72%、4.74%；在-5℃下，随着抗凝冰填料掺量增加，沥青混合料表层结冰的时间延长，0%掺量的试件在冰冻90min后即完全结冰，而掺加了抗凝冰填料的试件完全结冰时间不少于120min；掺加抗凝冰填料可以降低冰层与试件表面的粘结力。

【关键词】沥青混合料；抗凝冰；抗凝冰填料；耐久性

0 引言

路面凝冰是我国西南地区最严重的路面灾害之一，凝冰具有面积大，硬度高，厚度薄，不易铲除的特点[1]。当路面结冰时，其抗滑性能急剧下降，通行能力以及行车安全性也就受到严重影响；当冰层融化时会产生冻融应力加快路面结构内部裂缝的形成与发展，降低路面的承载能力和抗水损坏能力[2～4]。同时，相关研究表明，目前广泛采用的机械除雪、撒盐除雪措施以及行车防滑措施也会对路面产生极大的危害[5]。因此，解决路面凝冰难题的最有效方法就是从根本上阻止路面结冰。目前，瑞士、日本等已研发出具有抗凝冰性能的路用材料，分别为Verglimit 和Mafilon，试验路的抗凝冰效果明显[6～7]。国内重庆鹏方路面工程技术研究院也研制出了具有抗凝冰作用的填料，本文即采用该填料作为抗凝冰材料进行抗凝冰填料沥青混合料的设计，并对其抗凝冰效果进行研究。

1 原材料

本文采用的沥青为东海70#基质沥青，其针入度为6.34mm，软化点为50.2℃，延度大于100cm；采用的集料以及矿粉为产自重庆歌乐山的石灰岩质岩石，粗集料的表观相对密度为2.736，压碎值为19.8%、洛杉矶磨耗值为21.3%，针片状含量为2.7%；细集料以及矿粉密度分别为2.76 g/cm3、2.81 g/cm3，其它各项性能均满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）的相关要求。抗凝冰填料是一种专用于抑制路面冻结的产品，由抗凝冰剂、添加剂、疏水剂及辅助剂等成分按照一定的比例经过特殊工艺制备而成，其最大粒径为0.2mm，可添加到沥青混合料中替代部分矿粉与细集料，起到降低路面冰点的作用，从而有效抑制路面凝冰的形成，本文采用的抗凝冰填料为白色细粉末，最大粒径为0.2mm，密度为2.06 g/cm3，耐高温（255℃下性能稳定），来自于重庆鹏方路面工程技术研究院。

2 配合比设计

从集料级配理论可以得知，集料级配是以通过的重量百分率来表示的，如果粗细集料是同一种石料，或者级配所使用的集料密度差异不大，则可以认为集料级配的重量配合比就是体积配合比，但如果几种材料的密度差异较大，所合成的级配实际上就会与目标级配发生偏离。从前文可知，抗凝冰集料和矿粉的密度相差很大，因此本文根据等体积原则采用抗凝冰

填料替代矿粉，抗凝冰填料的掺量分别为0、3.7%、4.2%、4.7%（相对于矿料总质量），以规范中推荐的AC-13的级配中值作为矿料设计级配，并采用马歇尔设计方法确定最佳沥青用量分别为4.8%、4.71%、4.72%、4.74%。

3 抗凝冰效果的观测及评价

为了观测和评价抗凝冰填料沥青混合料的抗凝冰效果，试验模拟冬季路面凝冰的实际形成过程，首先成型马歇尔试件，向试件表面撒布4mm厚的水层，在接近0℃的环境下静置24小时，第二天取出试件并立即把它放入-5℃的低温控温箱中连续冰冻30min、60min、90min、120min、150min、180min、210min、240min等不同时间，观察并记录试件表面的冰层形成过程，辅以小刀破冰来感测冰层与试件界面的粘结力，以此来判断不同掺量（0%，3.7%，4.2%，4.7%）的抗凝冰填料沥青混合料试件的抗凝冰效果，见表1和图1所示。

图1 冰层形成过程的观测

从表1和图1可以看出，随着抗凝冰填料掺量增加，试件表面结冰的时间延长，当掺量为0%时，时间在90min时就完全结冰，而掺了抗凝冰填料的试件表面要在120min后才基本上完全结冰，这说明增加抗凝冰填料的掺量有利于延缓结冰。另外，完全结冰后，对比试件的冰层非常坚硬，用小刀难以划破，很难使冰层与试件表面分离，这说明冰层与沥青混合料之间存在很大的粘结力。这种大粘结力的存在不利于冬天道路维护过程中的机械除冰；而掺了抗凝冰填料的试件表面的冰层很容易划破，甚至没有形成大的冰块，冰层处于非常松散的状态，这说明抗凝冰填料的使用有利于减小冰块与沥青混合料之间的粘结力，从而利于冬季道路维护中的机械除冰。

4 结论

（1）抗凝冰填料与石灰岩质矿粉之间密度存在较大差异，采用抗凝冰填料取代矿粉时要遵循等体积原则。

（2）抗凝冰填料可以延缓马歇尔试件结冰并降低冰层与试件的粘结力，而且抗凝冰填料掺量越高，延迟结冰和降低粘结力的效果越明显。

参考文献：

[1]洪丹.抗凝冰粗糙路面技术研究[D].重庆：重庆交通大学，2010.

[2]Giuliani F， Merusi F， Polacco G， et al. Effectiveness of sodium chloride-based anti-icing filler in asphalt mixtures[J]. Construction & Building Materials， 2012， 30：174–179.

[3]康捷.抗凝冰沥青混合料技术研究[D].重庆：重庆交通大学，2010.

[4]孟勇军，时建刚，白雪.抗凝冰沥青混凝土的优化设计研究[J].中外公路，2012.

[5]彭磊，刘会芳，熊丹.抗凝冰填料沥青混合料性能研究[J].公路与汽运.

[6]刘西雷.自应力弹性沥青混凝土除冰技术研究[D].重庆：重庆交通大学，2011.

[7]王俏，孟勇军，时建刚.抗凝冰集料沥青混合料的性能研究[J].新型建筑材料，2012.