沿海公路沥青混合料性能改善探究

孙淑梅

（烟台市莱山公路建养护中心，山东 烟台 264003）

一、引言

我国海岸线绵长，沿海公路里程逐年增长。沥青路面作为高等级路面的重要形式，在沿海公路中占比巨大。由于海水盐雾侵蚀，沿海地区沥青路面早期破坏严重，且冬季低温冰冻和冷暖交替加剧了沿海地区沥青路面病害蔓延，影响路用性能。沿海地区沥青路面承受着氯盐侵蚀、干湿循环和冻融循环等因素的综合作用，需探明此综合作用下沥青混合料的路用性能，提出必要的性能改善措施减少路面病害。

本文选取具有代表性的沥青混合料材料，通过氯盐侵蚀、干湿循环及冻融循环作用，探究湿盐-冻融环境对沥青混合料性能影响，包括高温性能、低温抗裂性能和水稳定性能，并探讨玄武岩纤维对湿盐-冻融环境下沥青混合料性能的改善效果。

二、材料

试验选用常见的70#基质沥青；集料选用抗剥落能力和抗腐蚀能力较好的石灰岩集料，其性能满足《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）和《公路工程集料试验规程》（JTG E42-2005）性能指标要求；沥青混合料最佳油石比根据马歇尔试验确定；级配类型选用具有代表性的AC-13型级配；性能改善阶段使用抗拉强度和弹性模量较高的玄武岩纤维。

三、湿盐-冻融环境对沥青混合料性能的影响

沿海地区沥青路面主要受氯盐侵蚀、干湿循环及冻融循环作用，必须探明这些影响因素对普通沥青混合料性能的影响，包括高温性能、低温抗裂性能及水稳性能。采用NaCl溶液浸泡24h模拟氯盐侵蚀，采用浸泡与烘箱烘干结合的方法模拟干湿循环，采用高低温试验箱模拟冻融循环。

（一）高温性能影响

沥青混合料高温性能采用车辙试验评价，试验温度为60℃，干湿循环12次。测试普通沥青混合料和被氯盐侵蚀的沥青混合料在干湿循环作用下的高温性能。

试验结果显示：与常规环境沥青混合料相比，氯盐侵蚀后沥青混合料的车辙深度提高17.6%，动稳定度降低5.1%，氯盐侵蚀降低了沥青混合料的高温性能。分析原因为：由于侵入沥青混合料内部的溶液在高温环境下水分蒸发，残留的盐晶体破坏了试件中原有空隙与沥青混合料之间的平衡，促使沥青混合料结构破坏，进而导致其强度降低。

（二）低温抗裂性能影响

沥青混合料低温抗裂性能采用低温弯曲试验评价，试件为250mm×30mm×35mm的小梁试件。试件制作完成后放入高低温试验箱中开展冻融循环，试验温度为-15℃和25℃，间隔12h，冻融循环16次，每组6个试件。随后测试普通沥青混合料和被氯盐侵蚀的沥青混合料在冻融循环作用下的低温抗裂性能，包括极限抗拉强度和最大弯拉应变。

试验结果显示：冻融循环作用下被氯盐侵蚀的沥青混合料的极限抗拉强度降低明显。其中，普通沥青混合料的极限抗拉强度为6.91MPa，被氯盐侵蚀的沥青混合料的极限抗拉强度降低了17.4%。同时，被氯盐侵蚀的沥青混合料的最大弯拉应变降低也十分明显。与普通沥青混合料相比，其最大弯拉应变降低了2400（36.3%）。分析原因为：氯盐侵蚀导致沥青混合料内部空隙被盐分侵入，加之冻融循环的作用，内部沥青加速老化，其与骨料之间的黏结力显著降低，进而导致其强度降低。

以上结果均表明：氯盐侵蚀和冻融循环严重影响了沥青混合料的低温抗裂性能，亟待提出相应的沥青混合料性能改善措施。

（三）水稳定性影响

选用冻融劈裂试验探究氯盐侵蚀、干湿循环及冻融循环作用下沥青混合料的水稳定性。氯盐侵蚀后，测试干湿循环、冻融循环综合作用下沥青混合料与普通沥青混合料的劈裂强度比值。每组6个试件，试验结果经过数据分析软件处理。

试验结果显示：与普通沥青混合料相比，氯盐侵蚀后在干湿循环和冻融循环综合作用下沥青混合料的劈裂强度显著降低，最大降幅为14.74%。分析原因为：在干湿循环和冻融循环综合作用下，承受氯盐侵蚀的沥青混合料内部出现盐分结晶膨胀后融化和水分结冰膨胀后融化两种破坏作用。

为探明此两种破坏作用的影响程度，通过测试氯盐溶液的体积膨胀率评价沥青混合料的水损害，通过体积膨胀试验测试量筒内氯盐溶液的体积变化量。为直观表现盐分结晶和水分结冰两种行为的膨胀程度，选用清水和氯盐溶液两种材料。

试验结果显示：清水前期膨胀明显、后期逐渐趋于恒定，但随着时间推移，氯盐溶液的体积膨胀率逐渐超过清水，达到15%；从长远看，盐分结晶膨胀对沥青混合料水损害的影响程度高于水分结冰。试验结果验证了上述劈裂强度存在差异的原因。结果表明，盐分浓度的增加将导致更为严重的沥青混合料水损害。

综上所述，沿海公路沥青混合料水损害的原因为：在氯盐侵蚀、干湿循环及冻融循环综合作用下，氯盐和水分频繁出入沥青混合料内部，沥青与集料之间的黏附性降低，同时氯盐和水分频繁冻融，加速降低沥青与集料之间的黏附性。两者综合作用导致沥青混合料内部空隙逐渐演变为微裂缝，在车辆荷载作用下演变为更为严重的路面病害，因此需针对这一现象提出相应的改善措施。

四、沥青混合料性能劣化改善探究

由于玄武岩纤维与沥青具有良好的表面亲和力，其在改善沥青混合料路用性能方面具有明显优势。本文通过添加玄武岩纤维提高沿海公路沥青混合料的路用性能，通过相关调查，选定玄武岩纤维掺量为0.3%。由于沿海地区沥青路面主要受氯盐侵蚀和冻融循环作用，探究沥青混合料性能劣化改善时主要研究其对低温抗裂性能和水稳定性的改善。

（一）低温抗裂性能改善

纤维-沥青混合料的低温抗裂性能与普通沥青混合料采用相同试验方法。试验结果显示：与被氯盐侵蚀的普通沥青混合料相比，纤维-沥青混合料的极限抗拉强度和最大弯拉应变分别提升6.32%和23.9%，表明玄武岩纤维的掺入有利于改善氯盐侵蚀和冻融循环作用的沥青混合料低温抗裂性能。分析原因为：玄武岩纤维增加了沥青与集料之间的黏附性，同时减弱了沥青混合料微裂缝的扩展力，减少了沥青混合料裂缝产生。

（二）水稳定性改善

纤维-沥青混合料的水稳定性亦采用与普通沥青混合料相同的试验方法。试验结果显示：与被氯盐侵蚀的普通沥青混合料相比，纤维-沥青混合料的冻融劈裂强度提升20.7%，表明玄武岩纤维的掺入有利于改善氯盐侵蚀、干湿循环及冻融循环综合作用下沥青混合料的水稳定性。试验结果同样表明玄武岩纤维显著改善了湿盐-冻融作用下沥青混合料的性能。

综上所述，建议采用玄武岩纤维增强沿海地区湿盐-冻融作用下沥青混合料的路用性能。

五、结语

本文针对沿海地区在氯盐侵蚀、干湿循环及冻融循环综合作用下出现的沥青路面病害，探究了湿盐-冻融环境对沥青混合料高温性能、低温抗裂性能及水稳定性的影响；掺入玄武岩纤维改善沿海公路沥青混合料路用性能，试验结果表明玄武岩纤维增加了沥青与集料之间的黏附性，改善了沥青混合料的水稳定性；最后建议采用玄武岩纤维增强沿海地区湿盐-冻融作用下沥青混合料的路用性能。