TLA改性沥青及其混合料氯盐侵蚀作用下的性能

孟勇军*1,2，韦耿平1，李正华1，覃悦1，段跃华3，邹海军，江微

(1.广西大学土木建筑工程学院， 广西南宁530004;2.广西防灾减灾与工程安全重点实验室， 广西南宁530004;3.广西高速公路投资有限公司， 广西南宁530022; 4.中交路桥华南工程有限公司， 广东中山528403)

0 引言

北部湾沿海地区处于大陆与海洋过渡地带，具有海洋性和大陆性双重气候特点[1]，由于常年受到海雾天气影响，空气中盐度很大，易溶于水的氯盐离子随着水蒸气易渗透到沥青材料中去，沥青路面受到盐分的影响就变得非常显著[2]。近年来沿海地区的TLA改性沥青路面越来越多，但关于盐雾环境下TLA改性沥青路面抗盐雾侵蚀性能的研究却非常少[3]，本文研究老化后的TLA改性沥青及其混合料抵抗盐雾侵蚀性能的影响，为北部湾地区沥青路面养护提供一定的指导意义。

1 试验材料及方法

1.1 试验材料

考虑材料的普遍性和对照试验，本次试验所用的沥青为70#基质沥青、特立尼达湖沥青(trinidad lake asphalt,简称TLA)，外掺量25 %TLA改性沥青，海水中盐分主要是氯离子，因而采用NaCl盐雾作为研究对象。

1.2 试验方法

海水中的NaCl浓度在3.5 %左右，盐雾试验箱能够更好地模拟沿海地区的盐雾环境，试验箱温度控制在35 ℃，与北部湾地区温度接近，用NaCl作溶质配置盐溶液，设置不同盐浓度和不同盐蚀时间，其中3 %接近海水的盐浓度3.5 %[4-6]。

① 不同氯盐浓度盐雾试验。

配制浓度分别为3 %、5 %、10 %、15 %的NaCl溶液，每种浓度作为一次独立试验，每次独立试验制作三个平行试件，将配制好的NaCl溶液倒入盐雾试验箱，再调节盐雾箱室内温度至35 ℃，设置试验天数6 d，最后将试件放入盐雾箱盖上盖子后打开喷雾开关即可。

图1 盐雾试验箱Fig.1 Salt spray test chamber

② 不同氯盐侵蚀时间盐雾试验。

配制浓度为3 %的NaCl溶液，将NaCl溶液倒入盐雾试验箱。盐雾时间分别设置为2、4、6、8 d,每个试验时间作为一次独立试验，每次独立试验制作三个平行试件，将试件放入盐雾箱盖上盖子后打开喷雾开关即可。

本实验所用盐雾试验箱为正航仪器(香港)有限公司生产的ZH-QSH-120型盐雾箱，试验室及盐水桶温度调整至35 ℃，压力桶温度为47 ℃，仪器如图1所示。

③ 短期老化试验。

沥青的短期老化试验采用旋转薄膜烘箱加热进行模拟，主要标的沥青在拌和、运输、贮存及摊铺过程中的短时间老化性能。烘箱在(163±0.5)℃下预热不少于16 h，箱内空气加热均匀后将盛样瓶放入环形金属架，并调节流量计使空气流量(4 000±200)mL/min，总持续时间为85 min。

④ 长期老化试验。

沥青的长期老化试验采用旋转薄膜烘箱老化加上压力老化进行模拟，主要标的沥青在摊铺使用后很长一段时间内发生的老化性能。将经过旋转薄膜烘箱老化后的沥青试样取出50±5 g，倒入标准薄膜烘箱盛样皿中，形成厚约3.2 mm的沥青薄膜，然后放入温度设置为100 ℃的压力老化仪中持续老化20 h。

2 沥青试验结果

2.1 沥青老化后试验结果

老化后的TLA改性沥青的试验结果见表1。

表1 沥青老化试验结果Tab.1 Results of asphalt aging test

2.2 沥青老化后盐雾试验结果

老化后的TLA改性沥青经过两种盐雾条件侵蚀后的试验结果见图2～图7。

图2 针入度与NaCl溶液浓度
Fig.2 Penetration and salt concentration

图3 软化点与NaCl溶液浓度
Fig.3 Softening point and salt concentration

图4 延度与NaCl溶液浓度
Fig.4 Ductility and salt concentration

图5 针入度与盐蚀时间
Fig.5 Penetration and corrosion time

图6 软化点与盐蚀时间
Fig.6 Softening point and corrosion time

图7 延度与盐蚀时间
Fig.7 Ductility and corrosion time

由图2～图4可知，随着NaCl溶液浓度的增加，老化后的沥青三大指标均发生了规律性的变化：①老化后的沥青针入度均呈现出下降的趋势，相邻NaCl溶液浓度沥青针入度变化，短期老化大于10 %，而长期老化小于10 %；②沥青软化点均呈现出上升的趋势，而盐雾作用后和盐雾作用前相比，长期老化的沥青软化点增量比短期老化沥青增量大；③老化后的TLA改性沥青延度呈现出下降的趋势，相邻浓度的短期老化延度变化范围在4 %～5 %，长期老化延度变化范围在7 %～8 %。

由图5～图7可知，随着盐蚀时间的增加：①老化后的TLA改性沥青针入度呈现出下降的趋势，相邻盐蚀时间沥青针入度变化，短期老化和长期老化比较接近，且均小于8 %；②沥青软化点均呈现出上升的趋势，而盐雾作用后和盐雾作用前相比，长期老化的沥青软化点增量比短期老化沥青增量大；③老化后的TLA改性沥青的延度呈现出下降的趋势，相邻浓度的短期老化延度变化范围在3 %～5 %，长期老化延度变化范围在6 %～8 %。

3 沥青混合料车辙试验结果

根据沥青混合料在不同氯盐盐雾侵蚀后车辙试验[7-8]的数据结果绘制沥青混合料的动稳定度、变形量与NaCl溶液浓度的拟合关系曲线，见图8、图9。

图8 动稳定度与NaCl溶液浓度拟合关系
Fig.8 Fitting relationship between
dynamic stability and chloride concentration

图9 变形量与NaCl溶液浓度拟合关系
Fig.9 Fitting relationship betweendeformation and chloride concentration

由图8至图9的信息可以看出，在盐雾作用时间相同的情况下，随着NaCl溶液浓度的增加，基质沥青混合料和TLA改性沥青混合料车辙板的动稳定度和变形量均发生了规律性的变化：

① 基质沥青和TLA改性沥青混合料车辙板的动稳定度均呈现出单调下降的趋势，TLA改性沥青混合料的动稳定度始终比基质沥青混合料的动稳定度高；

② 由拟合关系可知，两种沥青混合料的动稳定度与NaCl溶液浓度变化关系有着非常好的线性关系，并且相较基质沥青混合料，TLA改性沥青混合料动稳定度与NaCl溶液浓度的相关性更好，动稳定度随着NaCl溶液浓度变化更显著；

③ 基质沥青和TLA改性沥青混合料的车辙板变形量整体呈现出上升趋势，TLA改性沥青混合料变形量始终比基质沥青混合料的变形量要小，TLA改性沥青混合料比基质沥青混合料抗变形能力比基质沥青混合料强。在盐雾侵蚀条件下，TLA改性沥青混合料高温稳定性比基质沥青混合料好；

④ 由拟合关系可知，两种沥青混合料变形量与NaCl溶液浓度的相关性系数均大于0.9，相关性极佳，变形量随着NaCl溶液浓度变化呈现线性变化的关系。

根据沥青混合料在不同盐雾侵蚀时间后车辙试验[9-12]的数据结果绘制沥青混合料的动稳定度、变形量与盐雾侵蚀时间的拟合关系曲线，见图10、图11。

图10 动稳定度与盐蚀时间拟合关系
Fig.10 Fitting relationship betweendynamic stability and salt erosion time

图11 变形量与盐蚀时间拟合关系
Fig.11 Fitting relationship betweendeformation and salt erosion time

由图10、图11可以看出，在相同NaCl盐雾浓度作用的情况下，随着盐蚀时间的增加，基质沥青混合料和TLA改性沥青混合料车辙板的动稳定度和变形量均发生了规律性的变化：

① 基质沥青和TLA改性沥青混合料车辙板的动稳定度均呈现出单调下降的趋势，TLA改性沥青混合料的动稳定度始终比基质沥青混合料的动稳定度要高；

② 由拟合关系可知，两种沥青混合料的动稳定度与盐蚀天数有着非常好的线性关系，并且相较基质沥青混合料，TLA改性沥青混合料动稳定度与盐蚀作用天数的相关性更好，动稳定度随着盐蚀作用天数变化也更为显著；

③ 基质沥青和TLA改性沥青混合料的车辙板变形量整体呈现出上升的趋势，TLA改性沥青混合料的变形量始终比基质沥青混合料的变形量要小，TLA改性沥青混合料比基质沥青混合料的抗变形能力要强；

④ 由拟合关系可知，两种沥青混合料变形量与盐蚀作用天数的相关性系数均大于0.8，相关性较好，变形量随着盐蚀作用天数变化呈现线性变化的关系。

4 结论

本文通过盐雾试验箱模拟北部湾地区的盐雾作用，研究了不同NaCl盐雾浓度和不同盐雾作用时间对TLA改性沥青老化性能和混合料的高温稳定性的影响。经盐分侵蚀后沥青组分中芳香分和饱和分的含量减小，沥青质含量相对增大，导致沥青软化点增大，针入度减小，渗入沥青内部的可溶性盐会降低沥青分子间的粘结力，使沥青延度降低[13-15]。通过数据分析得出以下结论：

① 与盐蚀时间相比，NaCl盐雾浓度对老化沥青针入度影响更为显著，其中对短期老化的影响比较大；两种盐雾作用均促使老化沥青的软化点上升，且盐雾作用前后长期老化沥青的软化点增量明显比短期老化沥青的增量大；两种盐雾作用促使老化沥青的延度下降，但两种盐雾作用对沥青延度的破坏没有明显的差别；

② NaCl盐雾作用下两种老化后的沥青中，长期老化沥青的针入度更稳定，短期老化沥青的延度更稳定；

③ 通过拟合关系的对比可知，两种沥青混合料的NaCl溶液浓度变化对动稳定度的影响比盐蚀作用时间对其影响更大，动稳定度随着NaCl溶液浓度增大而下降的速率比随着盐蚀天数增加而下降的速率大，说明NaCl溶液浓度的增加会比盐蚀作用时间的增加更能造成沥青混合料的高温稳定性的破坏；

④ 通过拟合关系的对比可知，基质沥青和TLA改性沥青混合料的动稳定度和变形量与盐蚀条件相关性系数都在0.85以上，说明沥青混合料的动稳定度和变形量都与盐蚀浓度和盐蚀作用时间呈线性相关的关系。