缓释型抗凝冰剂对SMA-8超薄沥青混合料路用性能影响研究

徐德根，王小虎，臧冬冬，刘 杰

(江苏创为交通科技发展有限公司 南京市 211189)

0 引言

我国大多数地区位于冰雪影响区，冬季低温降雪条件下沥青路面出现凝冰问题是无法避免的，如何解决冬季路面积雪凝冰是当前科研人员面临的首要问题[1]。冬季积雪结冰路面附着力的大大降低使得车辆行驶的稳定性和制动性变差，尤其在沥青路面上形成“黑冰”现象时，驾驶人员很难及时发现，严重影响了驾驶人员行驶的安全性，从而导致了大量的交通事故[2-3]。为提高沥青路面的抗凝冰能力，传统的做法是在路表出现冰雪以后，被动地在路表撒布融雪剂，但是该方法缺乏有效地实施结冰检测手段，融雪剂的用量较大，往往造成路面的侵蚀与植被死亡等不利后果，并且成本较高[4]。

近年来通过在沥青混合料中添加缓释型抗凝冰剂，依靠抗凝冰剂缓慢向路表进行释放，从而降低路面冰点并起到抗凝冰作用。然而，目前常规的缓释型抗凝冰铺装结构厚度多为4cm左右，底部抗凝冰剂难以释放，成本高，采用抗凝冰超薄铺装是重要发展方向。但是，超薄铺装对沥青混合料的性能要求高，而抗凝冰超薄铺装路面随着使用时间的延长，缓释型抗凝冰剂逐渐从路面中析出，空隙率逐渐变大，会对沥青混合料的路用性能造成一定影响，一定程度上限制了抗凝冰沥青路面的应用。因此，采用SMA-8高性能超薄铺装材料作为载体，可将铺装厚度降低至2.0cm，通过制备不同浸泡时间的混合料试件，明确缓释型抗凝冰剂析出对沥青混合料路用性能的影响规律，对缓释型抗凝冰铺装技术的推广与应用具有重要的指导意义。

1 原材料与评价方法

1.1 原材料

(1)缓释型抗凝冰剂

缓释型抗凝冰材料由江苏创为交通科技有限公司生产，其粒径与矿粉相似，可以替代矿粉使用，其技术指标见表1。

表1 缓释型抗凝冰剂材料技术指标

(2)高性能超薄铺装添加剂

高性能超薄铺装添加剂由江苏创为交通科技有限公司生产，具有高温抗车辙、低温抗裂、抗水损、易压实等性能，其技术指标见表2。

表2 高性能超薄铺装添加剂技术指标

(3)SBS改性沥青

SBS改性沥青为镇江亿虎公司生产的I-D改性沥青，其性能满足《公路沥青路面施工技术规范》[5](JTG F40—2004)中的相应要求。

(4)粗集料、细集料、矿粉

粗集料为辉绿岩，来自广东河源；细集料0～3mm为石灰岩，来自安徽铜陵；矿粉为石灰岩矿粉，来自连云港赣榆。上述各项原材料的技术指标均符合《公路沥青路面施工技术规范》[5](JTG F40—2004)中的相应要求。

1.2 试验方法

高温加速浸泡试验方法：为了加速缓释型抗凝冰剂的释放速度，采用加速浸泡方法提高缓释型抗凝冰剂的析出速度，试验时将制备的缓释型抗凝冰SMA-8混合料浸入水温60℃的水浴箱中，并且每天更换一次水，以加速抗凝冰剂的释放速率，制备不同浸泡时间的混合料试件。按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》[6](JTG E20—2011)中规定的试验方法进行水稳定性、高温抗车辙性能、低温小梁弯曲应变、飞散损失、四点弯曲疲劳试验。

2 缓释型抗凝冰SMA-8超薄铺装混合料配合比

缓释型抗凝冰SMA-8混合料采用5～8mm、3～5mm辉绿岩、0～3mm石灰岩、矿粉。设计抗凝冰SMA-8混合料级配为如图1，测试VCADRC=41.8%。抗凝冰剂按照等体积替代矿粉，其掺量为5%，矿粉掺量为3%，油石比为6.8%，高性能超薄铺装添加剂的掺量为0.6%。设计级配的体积指标：空隙率为3.6%，VMA=17.9%，VCAmix=38.2%，见表3。

图1 缓释型抗凝冰SMA-8混合料级配曲线

表3 缓释型抗凝冰SMA-8沥青混合料试验结果

3 缓释型抗凝冰SMA-8超薄铺装混合料长期路用性能

3.1 水稳定性能

为了分析缓释型抗凝冰剂的析出对混合料水稳定性能的影响程度，对浸泡不同时间后的抗凝冰SMA-8混合料试件，进行浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验，测试结果见图2。从图2中可看出：抗凝冰SMA-8混合料的水稳定性随浸泡时间的延长而呈现下降的趋势。浸泡0d，混合料的残留稳定度和冻融劈裂残留强度比(TSR)分别为91.3%和86.8%。浸泡时间在6d以内时，混合料的水稳定性能(马歇尔残留稳定度为86.5%，TSR值为80.2%)满足技术规范的需求，但是随着浸泡时间的增加，水稳定性能持续下降，当达到9d时，混合料的马歇尔残留稳定度为85.1%，TSR值为79.0%(低于规范要求>80%)。当达到12d，混合料的马歇尔残留稳定度为83.8%，TSR值为78.8%(均低于规范要求残留稳定度>85%，冻融劈裂残留强度比>80%的要求)。因此，缓释型抗凝冰的析出对SMA-8沥青混合料的抗水损影响较大。

图2 不同浸泡时间缓释型抗凝冰SMA-8混合料水稳定性能

3.2 抗飞散性能

为了预防和阻止松散脱落，对浸泡不同时间后的抗凝冰SMA-8混合料试件，进行标准飞散试验。试验温度为20℃±0.5℃。测试不同浸泡时间抗凝冰SMA-8混合料飞散损失率结果见图3。从图3可知：未浸泡试件飞散损失率为4.2%，浸泡12d，飞散损失增加到11.2%，是未浸泡混合料的2.7倍。随着浸泡时间的延长，混合料的飞散损失逐渐增大，抗飞散性能下降。而这表明随着缓释型抗凝冰剂的析出，引起沥青胶结料发生变化，导致集料与集料之间粘结力逐渐降低，路面的抗飞散性能下降，路表的集料容易脱落而散失，形成松散破坏。

图3 不同浸泡时间缓释型抗凝冰SMA-8混合料飞散损失率

3.3 高温抗车辙性能

为评价混合料高温抗车辙性能随着抗凝冰剂释放的变化规律，采用车辙试验并以动稳定度为指标，评价了不同浸泡时间下混合料的抗车辙性能，试验结果见图4。从试验结果可看出：虽然随着浸水时间的延长，混合料的高温稳定性呈下降趋势，但其降低幅度并不大，且浸泡12d后，沥青混合料的动稳定度可达到6656次/mm，远高于规范要求的大于3000次/mm，高温抗车辙性能优异。考虑到实际路面使用中，随着使用时间的延长，沥青混合料会出现一定程度的老化现象，使混合料的高温稳定性得以提高，因此，缓释型抗凝冰剂对SMA-8混合料高温稳定性的影响较小。

图4 不同浸泡时间缓释型抗凝冰SMA-8混合料60℃动稳定度

3.4 低温抗裂性能

为评价混合料低温抗裂性能在抗凝冰剂释放过程中的变化规律，采用-10℃低温小梁弯曲试验，以弯曲破坏应变为评价指标，评价了不同浸泡时间下缓释型抗凝冰SMA-8混合料的低温抗裂性能，试验结果如图5所示。从-10℃低温小梁弯曲试验结果可看出，混合料的低温破坏应变随着浸泡时间的延长而缓慢降低。当浸水12d后，弯曲破坏应变为3175με，下降幅度大约为 660με，但仍可满足冬严寒区大于3000με的规范要求，表明缓释型抗凝冰剂的析出虽然会对缓释型融冰雪沥青混合料的路用性能造成一定的影响，使路用性能降低，但仍能保证路面的功能要求。

图5 不同浸泡时间缓释型抗凝冰SMA-8混合料低温弯曲破坏应变

3.5 疲劳性能

为评价混合料长期疲劳性能在抗凝冰剂释放过程中的变化规律，采用应变控制的四点弯曲疲劳试验。试验温度为 15℃，加荷频率是10Hz，应变水平控制为1000με，测试沥青混合料的疲劳寿命见图6。从结果可看出：随着缓释型抗凝冰剂的析出，沥青混合料的疲劳寿命逐渐减小。在浸泡前6d，疲劳寿命下降速度较快，6d的疲劳寿命为416395次，是未浸泡的79.5%，下降幅度达20.5%。而6～12d，疲劳寿命下降趋缓，浸泡12d的疲劳寿命为375563次，是未浸泡的71.7%，与浸泡6d相比，下降幅度仅为7.8%。但是，由于采用了高性能超薄铺装添加剂，通过与SBS改性沥青复合，使得抗凝冰SMA-8混合料疲劳寿命均大于30万次，抗疲劳性能较好。

图6 不同浸泡时间缓释型抗凝冰SMA-8混合料疲劳寿命

4 结论

(1)从高温抗车辙、低温抗裂性能及疲劳寿命结果看：随着浸泡天数的增加，缓释型抗凝冰SMA-8混合料的高温性能、低温性能、疲劳性能都呈一定的下降趋势，但是，浸泡12d后混合料的60℃动稳定度为6656次/mm，低温弯曲破坏应变为3175με，疲劳寿命为375563次，仍然均有较好的高温抗车辙性能、低温抗裂性能和抗疲劳开裂性能。

(2)从水稳定性能结果看：随着浸泡天数的增加，缓释型抗凝冰SMA-8混合料的水稳定性呈现下降趋势。浸泡12d后混合料的浸水残留稳定度和TSR值均不能满足规范要求。

(3)从抗飞散性能结果看：随着浸泡时间的延长，混合料的飞散损失逐渐增大，抗飞散性能下降。浸泡12d后混合料的飞散损失为11.2%，是未浸泡混合料的2.7倍。