盐分对沥青混凝土粗细离析状态下路用性能的影响

赵军，赵青(安阳工学院土木与建筑工程学院，河南安阳455000)*

盐分对沥青混凝土粗细离析状态下路用性能的影响

赵军，赵青
(安阳工学院土木与建筑工程学院，河南安阳455000)*

通过室内模拟沿海地区在含盐气候条件下沥青混凝土级配离析时对其路用性能产生的影响，制备马歇尔试件，对盐水浸泡后的试件进行了高温抗车辙试验、小梁弯曲试验和浸水马歇尔试验，试验结果表明:粗集料离析部位的低温抗裂性以及抗水损害性能均有较大程度的下降，而细集料离析部位的抗车辙性能较差;细集料离析状态下的混凝土其抵抗盐分侵蚀的能力较强，但鉴于其车辙动稳定度太差，在施工中仍然要注意避免细集料离析状态的发生;粗集料离析部位的低温抗裂性以及抗水损害性能均较差，其抵抗盐分侵蚀的能力也较差，在混凝土施工中尤其要注意避免粗集料离析现象的发生.

盐分;沥青混凝土;级配离析;路用性能

0 引言

混凝土的离析是在施工过程中经常会发生的一种影响路面使用性能的主要原因之一.其中最主要的离析包括级配离析以及温度离析两种，温度离析本质上也是影响了路面压实完后的空隙率，对此暂不研究［1］.沿海地区的沥青混凝土路面经常遭受含盐高湿气候的影响，尤其是对于路面离析部分，海水中的盐分更容易侵入，进而会影响到沥青混凝土路面的耐久性［2］.为了研究盐分对离析混凝土路面的影响，室内分别模拟了SBS改性沥青AC－13混凝土的两种粗、细离析状态，并对粗细离析下的混凝土施加了室内盐分的模拟，以研究离析状态下的混凝土对盐分影响下的反应，为以后沿海地区铺筑沥青混凝土路面因盐分加速离析破坏提供理论依据，并在建设和养护过程中采取针对性的对策具有现实的意义.

1 室内混凝土粗细级配状态的模拟

AC-13型沥青混凝土所采用四档玄武岩原材料均产自镇江茅迪矿，矿粉产自浙江湖州，级配设计结果如表1所示［3］，各种材料的比例如下:1#∶2# ∶3#∶4#:矿粉为26∶31∶5∶36∶2.设计两种粗细离析状态下的合成级配，其用料比例以及级配合成情况见表2、3所示，三种级配曲线图如图1所示.

表1 AC-13混凝土设计级配

表2 三种级配的矿料比例 %

表3 三种矿料的合成级配通过率

图1 粗细离析状态下三种级配对比曲线

为增强对三种级配混凝土条件下的感官认识，按照上述三种级配类型来配制混凝土，不掺加沥青胶结料，将矿质混凝土均匀地平铺在地面上，摊成圆饼状，厚度约4 cm以模拟沥青路面上面层.三种级配的路表面特性如图2所示.

分析图2可知，粗集料离析(级配1)时混凝土表面粗集料过多，几乎看不到细集料，此时矿质混凝土的空隙率就会很大.而正常级配的混凝土(级配2)结构外观看上去即非常密实，未离析时的矿质混凝土基本上达到了最好的表面状态，即粗细集料比例适中.而当发生细集料离析(级配3)时，表现为表面细集料过多，表明几乎看不到粗骨料颗粒，此时粗集料无法形成骨架，集料之间的摩阻力下降［4］，混凝土的强度自然就会降低.

采用上述三种级配类型，在沥青油石比为5. 0%的情况下进行的马歇尔击实试验［5］，得到各混凝土马歇尔试验结果如表4所示.

图2 三种级配混凝土表面特性

表4 马歇尔试验结果

2 盐分对粗细离析状态下路用性能影响的试验方案

对沿海地区的道路进行取芯调研可知，道路石油沥青AC-13混凝土在距海3 km使用3年的情况下，通过水溶法计算混凝土中盐分含量为0. 36%.室内制作的AC-13型混凝土试件在3%盐分浓度中浸泡15 d的情况下试件中含盐量达到了0.41%，与路面实际情况相差不大.因此以3%的盐分浓度浸泡15 d为基准，确定沥青混凝土试件室内盐水浸泡方案，高温性能下进行高温抗车辙试验，低温性能下进行小梁弯曲试验，水稳定性能下进行浸水马歇尔试验.

3 试验结果与分析

3.1高温性能

对三种状态下的混凝土进行盐水浸泡前后的高温车辙试验［6］，试验结果如表5所示.由表中数据可以看出，混凝土粗细离析状态下的高温动稳定度值较常规相比均有不同程度的下降.尤其是在细级配离析的状态下，盐水浸泡前混凝土的抗车辙性能即严重下降，只有正常状态下的46. 7%，相比较而言，由于其空隙率较低，其受到盐水浸泡的影响也较低.而粗级配离析的状态下，由于其粗骨料之间仍然可以一定的骨架起到支撑作用，因而其高温动稳定值较细级配离析相比有很大程度的提高，但较正常状态相比也有一定程度的下降，且其由于空隙率较大，受到盐水浸泡后的动稳定度值下降幅度也较大.综上可知，在沿海地区施工过程中细集料离析部位极易产生车辙病害，而粗集料离析部位极易受到盐水侵蚀的影响.

表5 浸泡前后混凝土动稳定度比较

3.2低温性能

对三种状态下的混凝土进行的低温小梁弯曲［7］试验结果如表6所示.由表中数据可以看出，首先，粗集料离析下的混凝土低温抗裂性能大幅度下降，仅有正常状态下的65.8%，而细集料离析状态下的混凝土低温性能有一定程度的提高.在受到盐水浸泡影响后，粗集料离析混凝土的低温破坏应变值再度呈现大幅度下降趋势.其原因主要为粗级配离析时，混凝土内部沥青含量变少，整体上使得混凝土的脆性增加.再者由于其空隙率较大，盐分易于进入到混凝土内部中从而影响胶结料的低温流变性能.因此，在粗集料离析的状态下，经过盐水浸泡后混凝土的低温破坏应变值只有1 121 με，远低于规范≥2 500 με的要求.因此，对于沿海地区在施工过程中粗集料离析位置极易出现开裂破坏.

表6 浸泡前后混凝土低温破坏应变值比较

3.3水稳定性

对粗细离析状态下的混凝土进行盐水浸泡前后的浸水马歇尔试验［8］，试验结果如表7所示.由表可见，粗级配离析时，混凝土的残留稳定值有大幅度下降，其抗水损害性能有明显下降.一方面，这主要是由于试件的空隙率过大，水分极易进入到混凝土中去从而引起集料表面的沥青膜脱落.相比较而言，正常状态以及细级配离析的状态下经盐水浸泡过后，混凝土的残留稳定度值变化不大.由表中数据可知，沿海地区在施工过程中的粗集料离析部位是极易发生水损害的区域.

表7 浸泡前后混凝土浸水马歇尔试验结果比较

4 结论

通过以上对正常状态以及两种粗、细级配离析状态下进行的路用性能试验测试结果进行分析可以得到如下结论:

( 1)粗集料离析部位的低温抗裂性以及抗水损害性能均有较大程度的下降，而细集料离析部位的抗车辙性能较差;

( 2)粗集料离析时，混凝土的空隙率有较大程度的增加，因而其抵抗盐分侵蚀的能力也有一定程度的下降;

( 3)细集料离析状态下的混凝土其抵抗盐分侵蚀的能力较强，但鉴于其车辙动稳定度太差，沿海地区在沥青混凝土施工过程中仍然要注意避免细集料离析状态的发生;

( 4)粗集料离析部位的低温抗裂性以及抗水损害性能均较差，其抵抗盐分侵蚀的能力也较差，沿海地区在沥青混凝土施工过程中尤其要注意避免粗集料离析现象的发生.

［1］YU JIANYING，FENG PENGCHENG，ZHANG HENGLONG，et al.Effect of organo-montmorillonite on aging properties of asphalt［J］.Construction and Building Materials，2009，23( 7) : 2636-2640.

［2］严伊莎.盐分对沥青及沥青混合料路用性能影响的分析研究［D］.长安:长安大学，2007.

［3］中交公路规划设计院.JTGD 50-2004公路沥青路面设计规范［S］.北京:人民交通出版社，2004.

［4］交通部公路科学研究所.JTG E20-2011公路工程沥青及沥青混合料试验规程［S］.北京:人民交通出版社，2011.

［5］陈国明，谭忆秋.基于粗集料表面纹理特性的沥青混合料性能研究［J］.公路交通科技，2007，24( 2) : 8-12.

［6］申爱琴，庄传仪.山区高速公路沥青路面车辙成因与防治措施［J］.筑路机械与施工机械化，2007，24( 6) : 1-4.

［7］申爱琴，张争奇，王娜.SMA混合料水稳定性及影响因素研究［J］.公路，2004( 8) : 149-156.

［8］刘黎萍，孙立军.沥青路面现场疲劳方程的环境影响系数［J］.同济大学学报(自然科学版)，2008，36( 2) : 178-181.

Study the Influence of Salt on High Road Performance of Asphalt Mixture by Gradation Segregation

ZHAO Jun，ZHAO Qing
( Department of Civil And Architectural Engineering，Anyang Institute of Technology，Anyang 455000，China)

Indoor simulation of coastal areas in salty condition and gradation segregation in road performances is conducted，and high temperature rutting test，trabecular bending test and Marshal immersion test are performed.The test results show that the low temperature crack resistance and resistance to water of coarse aggregate segregation are decreased，but and anti-rutting performance of the fine aggregate segregation is poorer.For the fine aggregate segregation concrete，its resistance to salt erosion ability is stronger，but the rut dynamic stability is bad.In the construction，attention should be paid to avoid the occurrence of fine aggregate segregation state.The low temperature crack resistance and water damage resistance are poorer for the coarse aggregate segregation with poor ability to resist salt erosion.

salt; asphalt mixture; gradation segregation; road performance

A

1673-9590( 2016) 01-0052-04

2015-06-17

赵军( 1980－)，男，讲师，硕士，主要从事路面结构与材料的研究

E-mail: ycitdhb@163.com.