融雪剂对排水沥青混合料路用性能的影响

段宝东，李俊，曹东伟，李明亮

(1.江苏宁宿徐高速公路有限公司，江苏 宿迁 223800；2.交通运输部公路科学研究院；3.中路高科(北京)公路技术有限公司)

融雪剂对密级配沥青混合料路用性能的影响，国内外相关学者已做了大量的研究，但融雪剂对开级配沥青混合料路用性能影响的研究目前相对较少。排水沥青混合料是一种典型的开级配沥青混合料，用其铺筑的排水沥青路面具有良好的排水、抗滑、降噪等功能，但排水沥青路面的多孔结构尤其是内部存在的大量连通空隙导致其较SMA和AC等密级配路面冬季更易受冻、使用融雪剂除雪时受到的危害也较大，故排水沥青路面的抗冻融能力尤其是氯盐环境下的耐久性一直是道路管养部门关心的问题。鉴于此，该文通过氯盐环境下排水沥青混合料的冻融循环试验和常规试验，研究融雪剂对排水沥青混合料路用性能的影响。

1 试验设计

1.1 融雪剂及沥青混合料

(1)融雪剂：采用氯盐类融雪剂，主要成分为NaCl，主要性能指标见表1。

表1 融雪剂主要性能指标

(2)沥青混合料：采用PAC-13混合料，沥青胶结料为高黏度改性沥青(主要性能指标见表2)，矿料级配组成见表3，油石比为4.8%(沥青膜厚度约为14 μm)，设计空隙率为20%，聚酯纤维掺量为0.1%(以沥青混合料质量计)。

表2 高黏度改性沥青主要性能指标

表3 排水沥青混合料矿料级配组成

1.2 试验方案

(1)融雪效果观察

将SMA-13和PAC-13标准车辙板试件置于0 ℃的低温箱中，首先在车辙板表面均匀撒布厚度为1cm自然蓬松状的雪(试验所用雪样为冬季自然降雪，提前采集冷藏备用)，然后采用钢板将其压实至体积不再变化，以模拟实际车辆对路表积雪的压实作用；最后在车辙板表面均匀撒布18 g(相当于路面融雪剂撒布量为200 g/m2)的融雪剂，持续180 min观察SMA-13和PAC-13车辙板表面雪样的变化情况。

(2)氯盐环境下排水沥青混合料的耐久性

称取适量的融雪剂(按撒布量200 g/m2控制)，将其置于水中搅拌至充分溶解，配制浓度为30%的氯盐饱和溶液。以SMA-13混合料作为对比，首先将PAC-13马歇尔试件置于氯盐溶液中饱水0.5 h，然后在“-18 ℃低温箱中冷冻4 h+室温氯盐溶液中融化2 h”的条件下对试件进行冻融循环。冻融循环5、10、20、30次之后，分别测试试件的飞散损失和劈裂强度；冻融循环30次之后，同时测试试件的动稳定度和马歇尔稳定度、残留稳定度和残留强度比等路用性能指标。

2 试验结果与分析

2.1 不同结构形式沥青混合料融雪效果比较

撒布融雪剂180 min后，SMA-13和PAC-13车辙板试件表面的雪样状况如图1所示。

由图1可知：从表面看，在相同的融雪剂用量和融雪时间下，PAC-13车辙板表面雪样的融化程度要稍差于SMA-13车辙板，分析认为这与PAC-13车辙板表面雪样融化过程中形成的氯盐溶液经试件内部连通空隙慢慢下渗，导致试件表面的有效融雪成分逐渐减少有关。融雪程度的差异表明，要达到同样的除融雪效果，排水沥青路面所需的融雪剂用量应较传统的密级配路面适当提高。但从另一个方面讲，在相同的融雪剂用量下，虽然排水路面的融雪效果稍差于密级配路面，但融雪剂融化冰雪形成的氯盐溶液经排水结构层下渗后排到了路外，而不像密级配路面滞留在路表，故其行车安全性较密级配路面大大提高，而且残余的积雪可以使用机械清除。

图1 车辙板撒布融雪剂180 min后融雪效果

2.2 氯盐环境下排水沥青混合料耐久性研究

以SMA-13试件作为对比，不同冻融循环次数之后PAC-13试件的飞散损失和劈裂强度试验结果见图2、3。

图2 不同冻融循环次数之后的PAC-13试验结果

图3 不同冻融循环次数之后的SMA-13试验结果

由图2、3可知：随着冻融循环次数增加，PAC-13和SMA-13混合料的飞散损失逐渐增大、劈裂强度逐渐减小，表明不同类型混合料的性能均有一定衰减。以冻融循环10次为例，PAC-13混合料的飞散损失增大至12.2%，劈裂强度减小至1.03 MPa，分别为未冻融混合料的225.9%和70.1%；SMA-13混合料的飞散损失增大至7.4%，劈裂强度减小至1.90 MPa，分别为未冻融混合料的238.7%和88.8%。

但飞散损失或劈裂强度的衰变幅度并不是一直维持很大，而是在冻融循环一定次数之后趋于稳定。对于PAC-13混合料，分析认为，经氯盐溶液多次冻融循环后，沥青混合料内部发生了一定程度的黏聚破坏和黏附破坏，从而导致混合料的性能有所下降。但由于混合料采用了高黏度的沥青胶结料、较高的沥青用量及同时掺加了纤维，即使经历了30次的冻融循环，混合料的飞散损失(约13%)和劈裂强度(约0.9 MPa)仍能满足相关技术要求，表现出良好的抗冻融能力和对氯盐溶液的适应性。

以SMA-13混合料作为对比，冻融循环30次之后，该文同时测试了PAC-13混合料的其他路用性能指标，试验结果见表4。

表4 冻融循环30次后PAC-13、SMA-13路用性能对比

由表4可知：经冻融循环30次之后，PAC-13和SMA-13混合料的各项路用性能指标均有一定衰减，衰减幅度基本在15%以内，但仍能满足相关的技术要求。结合上述飞散损失和劈裂强度的研究结论，表明两种混合料的路用性能在氯盐冻融循环作用之后并不致于严重衰减。此外，将PAC-13和SMA-13混合料各项路用性能指标的衰减幅度进行对比，发现二者并无明显差异，这主要与两种混合料均采用优质原材料，对氯盐冻融循环作用适应性较强有关。

对于PAC-13混合料，尤其是水稳定性，在氯盐溶液中冻融循环30次后，PAC-13混合料的残留稳定度和残留强度比仍均维持在90%左右，表明其对氯盐溶液和冻融作用具有较强的适应性。如前文所述，PAC-13混合料采用了高黏度的沥青胶结料、较高的沥青用量及同时掺加了纤维，使得混合料的黏聚力得到提高，各骨料之间黏结更加牢固。此外，较高的沥青黏度和较大的沥青膜厚度使得骨料裹附充足，减缓了氯盐的侵蚀，降低了黏附损失的幅度。

以每年降雪3～4次推算，排水沥青路面能够经受7～10个冬季的降雪而不出现严重的性能衰减，已开通运营13年的江苏沿海高速公路排水沥青路面现状已得到验证，此高速公路排水沥青路面于2005年建成通车，目前其17 km排水沥青路面状况总体良好，除局部存在掉粒现象，路面结构无明显病害。

3 结论

(1)排水沥青路面的骨架-空隙结构决定了其采用融雪剂除雪的效果要稍差于密级配路面。为了减少融雪剂对排水路面的危害及降低道路除雪成本等，融雪剂的撒布量不宜超过200 g/m2。

(2)随着冻融循环次数增加，PAC-13的飞散损失逐渐增大、劈裂强度逐渐减小，但冻融循环30次之后，混合料的各项路用性能指标仍能满足相关的技术要求，表明排水沥青路面具有良好的抗冻融能力和对氯盐溶液的适应性。以每年降雪3～4次推算，排水沥青路面能够经受7～10个冬季的降雪而不发生严重的性能衰减。