超薄盐化物自融雪沥青罩面材料研究

■石 凯

（保定市交通运输局，保定 071000）

0 引言

目前，国内外的道路除冰雪技术主要有人工除雪法、热力融雪技术以及融雪剂除雪法等[1]，而普通融雪剂对道路具有强烈的腐蚀效果，严重影响着车辆的出行安全[2]。盐化物自融雪路面的出现为解决道路除雪提供了新的思路，与传统的融雪技术相比[3]，盐化物自融雪路面在持续性融雪化冰方面具有显著的优势。张洪伟[4]等研究开发出了一种融雪透水性优良的水泥路面，通过将路面排水技术与融冰技术相结合，使其排水系数达到了0.1cm/s，空隙率达到了20%以上；李娜[5]等对沥青混合料融雪性能以及路用性能在IceBane存在下的影响进行了详细研究，并通过对SMA-13沥青路面融雪数据的分析，发现SMA-13的融雪效果优于AC-13混合料，盐化物掺量更高。本文基于相关理论研究，设计开发了一种超薄盐化物自融雪沥青罩面材料，研究了粉胶比对其高温流变特性的影响，得到了最佳的粉胶比范围，并以此为基础得到了盐化物的最大替代量，最后通过对混合料融雪性能的探究，得到了影响融雪性能的影响因素，为今后路面工程的实施提供数据支持。

1 实验原料及沥青胶浆的制备

1.1 实验用原材料

选用日本大有株氏会社生产的TPS高粘改性沥青，TPS含量为15%，基质沥青为AS70#，主要技术指标如表1所示。

矿粉选择磨细的石灰石粉，粗细集料均为咸阳玄武岩，最大粒径为5.21mm，如表2石料相关技术指标所示。

表1 基质沥青及高粘改性沥青的基本技术指标

表2 石料相关技术指标

盐化物的主要成分包含CaO、NaCl以及SiO2等，其中主要成分为NaCl，总量约为60%，融雪抑冰时氯盐逐步释放，主要被吸附于岩溶类多孔材料中。用盐化物替代部分矿粉添加到沥青混合料中，测定其主要技术指标如表3盐化物主要技术指标所示。

表3 盐化物主要技术指标

1.2 沥青胶浆的制备

采用人工的方法制备沥青胶浆，首先将盐化物和矿粉过0.065mm筛，然后将筛底部的物质放入120℃烘箱中烘干，称重并保温2h。将沥青加热至180℃，将矿粉和盐化物按一定比例分别加入到沥青中，搅拌均匀。

2 高粘沥青胶浆特性研究

2.1 高粘沥青胶浆温度响应

采用动态剪切流变仪对高粘沥青胶浆的粉胶比 （沥青和矿粉的比例）进行实验研究，选定粉胶比为分别0.5、1.0、1.5以及2.0。对相位角δ、复数模量G*以及车辙因子G*/sinδ等指标随温度变化的趋势进行研究，实验条件设计为：荷载频率15rad/s，温度范围50～100℃。图 1为温度响应实验结果。为了便于分析变化规律，取对数坐标系。

图1 温度响应实验结果

由图可知，随着温度的升高，相位角δ呈先增大后减小的趋势，而车辙因子G*/sinδ以及复数模量G*都随温度的升高而减小，说明温度升高时，沥青软化，沥青胶浆由弹性向粘性转变，粘结能力减弱。

2.2 粉胶比对粘度的影响

对不同粉胶比的沥青胶浆进行布氏粘度试验，在实验温度分别为150℃、160℃以及170℃下，比较粉胶比对粘度的影响情况，得到粘度随粉胶比的变化，如表 4所示。

表4 粘度随粉胶比的变化

由表4中数据可得，矿粉的加入增大了沥青胶浆的粘度，且增长的幅度也有显著的提升。增大粉胶比，一方面促进了沥青的物理作用，另一方面矿粉颗粒的存在，阻碍了改性剂分子之间的相互作用，使其粘度增大。

2.3 盐化物替代量对针入度和延度的影响

图2为盐化物替代量对针入度及延度的影响。由图2可知，沥青胶浆的延度与针入度都随着盐化物替代量的增大而减小，当盐化物掺杂大于70%时，增加替代比例会使得针入度大幅降低。当而替代比例超过55%时，随着替代比例的增大，5℃延度急剧降低，受盐化物替代量的影响较大。

图2 盐化物替代量对针入度及延度的影响

3 盐化物自融雪沥青胶浆融雪特性

3.1 沥青胶浆融冰能力测试

将盐化物替代物按掺入量多少分为六种情况，每种情况掺入量相差20%，依次为0%、20%、40%、60%、80%以及100%的比例，用玻璃棒将加热至180℃的胶浆搅拌均匀，随后取一部分沥青胶浆浇筑在直径为10cm的培养皿中，并在其表面洒自来水，放置到-10℃低温环境中冷冻，室温下用电子天平测量融冰量，实验分为两个融冰周期。两个周期融冰量结果，如图3所示。

图3 两周期融冰量结果

由图3可知，随着融冰时间的增长，两周期的融冰量都逐渐增多，随着溶析时间延长，加盐化物胶浆与未加盐化物胶浆融冰量的差值逐渐增大；相同溶析时间下，第一个周期的融冰量大于第二个周期，第二个周期各替代量下融冰量的差距明显缩小。随着盐化物替代量的增多，未加盐化物的试件冰层和胶浆表面粘结紧密，而添加盐化物的试件，冰层和胶浆表面分离越严重，说明有效成分遇水分解，降低了与胶浆表面接触部分水的冰点。

3.2 沥青胶浆融雪特性的电导率表征

利用玻璃棒将加热至180℃不同掺入量比例的沥青胶浆搅拌均匀，随后取出少量沥青胶浆浇筑在培养皿中，使其降至室温后放入1000 ml量筒中，并添加500 ml自来水，室温下测其电导率，得到如图 4沥青胶浆电导率实验结果所示。

由图4可知，添加盐化物的试件，电导率会随着溶析时间的增长而变大，当溶析时间为60min，盐化物替代量为20%以及60%试件的电导率分别为掺入量0%的1.66倍和1.75倍，说明随着时间的增长，盐化物替代量越大，电导率越大，水中的有效成分越多，对冰雪的融化效果越好。

图4 沥青胶浆电导率实验结果

4 结论

根据相关理论研究，对超薄盐化物自融雪沥青罩面材料的组成和性能进行了系统研究分析，得到了如下的结论：1）盐化物的加入，降低了沥青高粘胶浆的针入度和延度，当替代量超过50%的时候，5℃延度的降低幅度最大，盐化物替代量越大，沥青胶浆粘度就越大。当实验温度相同时，G*、G*/sinδ以及sinδ等都随着粉胶比的增大而增大。2）盐化物替代量越多，沥青胶浆的融冰量和电导率越大，沥青混合料的电导率，在一定条件下会随着盐化物掺入量的增大而增大，且第一周期融冰量要远大于第二周期，沥青混合料的电导率越大，融雪性能越好，且会随着温度的变大而增大。

[1]曾泽湘,南宇星，等.盐化物抑冰沥青混合料类型与拌和工艺的研究[J].建设机械技术与管理,2015,28（5）:85-87.

[2]徐占强.盐化物沥青混合料组成设计及路面实体研究[J].交通科技,2013,（3）:139-141.

[3]王军,白艳君.盐化物沥青混合料抗冻融循环性能及灰色预测[J].中外公路,2012,32（5）:249-252.

[4]张洪伟,韩森,张丽娟.盐化物沥青混凝土抑制结冰与融雪试验[J].长安大学学报（自然科学版）,2011,31（2）:17-20.

[5]李娜,王海峰,徐希娟.盐化物融冰雪沥青路面盐分溶析试验研究[J].交通标准化,2014,42（13）:63-65.