超薄鹽化物自融雪瀝青罩面材料研究

1、超薄鹽化物自融雪瀝青罩面材料研究摘要：設(shè)計造價低廉、融雪效果優(yōu)良的超薄鹽化物自融雪罩面材料，已成為降低因路面濕滑而導(dǎo)致的交通事故的主要手段。本文通過對實驗用原材料性能的測試，研究分析了高粘改性瀝青膠漿的動態(tài)流變特性，利用動態(tài)剪切流變儀（DSR）和布氏粘度計，在最佳的粉膠比下，分析了鹽化物替代礦粉的比例對瀝青膠漿特性的影響，最后通過對瀝青罩面材料融雪性能的研究，驗證了混合料的實用性，為今后的道路施工提供數(shù)據(jù)支持。關(guān)鍵詞：自融雪；改性瀝青；粉膠比；膠漿0引言目前，國內(nèi)外的道路除冰雪技術(shù)主要有人工除雪法、熱力融雪技術(shù)以及融雪劑除雪法等1，而普通融雪劑對道路具有強烈的腐蝕效果，嚴重影響著車輛的出行安全

2、2。鹽化物自融雪路面的出現(xiàn)為解決道路除雪提供了新的思路，與傳統(tǒng)的融雪技術(shù)相比，鹽化物自融雪路面可以實現(xiàn)持久性融雪化冰，避免因使用大量融雪劑而造成的一系列不良影響3-4。上世紀八十年代，張洪偉5等通過將融雪抑冰技術(shù)與路面排水技術(shù)的結(jié)合，研究開發(fā)出了一種融雪透水性水泥路面，排水系數(shù)達到了0.1cm/s，空隙率達到了20%以上；李娜6等對SMA-13瀝青路面進行了詳細研究，分析了IceBane對瀝青混合料路用性能和融雪性能的影響，發(fā)現(xiàn)SMA-13的融雪效果優(yōu)于AC-13混合料，鹽化物摻量更高。本文基于相關(guān)理論研究，設(shè)計開發(fā)了一種超薄鹽化物自融雪瀝青罩面材料，研究了粉膠比對其高溫流變特性的影響，得到了

3、最佳的粉膠比范圍，并以此為基礎(chǔ)得到了鹽化物的最大替代量，最后通過對混合料融雪性能的探究，得到了影響融雪性能的影響因素，為今后路面工程的實施提供數(shù)據(jù)支持。1 實驗原料及瀝青膠漿的制備1.1實驗用原材料選用日本大有株氏會社生產(chǎn)的TPS高粘改性瀝青，TPS含量為15%，基質(zhì)瀝青為AS70#，主要技術(shù)指標如表 1 基質(zhì)瀝青及高粘改性瀝青的基本技術(shù)指標所示。表 1 基質(zhì)瀝青及高粘改性瀝青的基本技術(shù)指標瀝青種類實驗項目單位實測值A(chǔ)S70#基質(zhì)瀝青軟化點55閃點295針入度（20，100g，5s）mm63.4延度（6cm/min，5）cm180TFOT后質(zhì)量變化%0.31TFOT后殘留針入度比%95.6TF

4、OT后殘留延度cm36.2TPS高粘改性瀝青彈性恢復(fù)%99.2韌性N.m15.3軟化點88.4延度（6cm/min，5）cm42.3TFOT后質(zhì)量變化%0.06TFOT后殘留針入度比%75.3TFOT后殘留延度cm22.8礦粉選擇磨細的石灰石粉，粗細集料均為咸陽玄武巖，最大粒徑為5.21mm，如表 2 礦粉和集料相關(guān)技術(shù)指標所示。表 2 礦粉和集料相關(guān)技術(shù)指標材料分類項目名稱單位實驗結(jié)果技術(shù)要求集料堅固性%13.525壓碎值%0.863吸水性%810吸水率%56軟石含量%7.115針片狀顆粒含量%12.6825洛杉磯磨耗損失%0.481礦粉視密度g/cm33.212粒度范圍0.5mmmm120

5、100-150粒度范圍0.25mmmm6550-100粒度范圍0.055mmmm5950-80鹽化物的主要成分包含CaO、NaCl以及SiO2等，其中主要成分為NaCl，總量約為60%，融雪抑冰時氯鹽逐步釋放，主要被吸附于巖溶類多孔材料中。用鹽化物替代部分礦粉添加到瀝青混合料中，測定其主要技術(shù)指標如表 3 鹽化物主要技術(shù)指標所示。表 3 鹽化物主要技術(shù)指標項目名稱單位實驗結(jié)果技術(shù)要求外觀-2.2632.0-2.5視密度g/cm3乳白色粉末無結(jié)團含水量%0.51.0PH-8.57-9鹽分含量%58701.2瀝青膠漿的制備采用人工的方法制備瀝青膠漿，首先將鹽化物和礦粉過0.065mm篩，然后將篩底

6、部的物質(zhì)放入120烘箱中烘干，稱重并保溫2h。將瀝青加熱至180，將礦粉和鹽化物按一定比例分別加入到瀝青中，注意加入的量不宜過多，并用玻璃棒攪拌約25min，直至混合均勻。2 高粘瀝青膠漿特性研究2.1高粘瀝青膠漿溫度響應(yīng)采用動態(tài)剪切流變儀對高粘瀝青膠漿的粉膠比（瀝青和礦粉的比例）進行實驗研究，選定粉膠比為分別0.5、1.0、1.5以及2.0。研究復(fù)數(shù)模量G*、相位角以及車轍因子G*/sin等指標隨溫度變化的趨勢，設(shè)計實驗條件為：荷載頻率15rad/s，溫度范圍50-100。 a 相位角隨溫度變化 b 復(fù)數(shù)模量隨溫度變化 c 車轍因子隨溫度變化圖 1 溫度掃描實驗結(jié)果圖 1為溫度掃描實驗結(jié)果，

7、由圖可知，隨著溫度的升高，相位角呈先增大后減小的趨勢，可能是由于溫度較高，改性劑提高了瀝青中的彈性比例，對瀝青的改性作用增強。而車轍因子G*/sin以及復(fù)數(shù)模量G*都隨溫度的升高而減小，說明溫度升高時，瀝青軟化，瀝青膠漿由彈性向粘性轉(zhuǎn)變，粘結(jié)能力減弱。當(dāng)粉膠比大于1.5時，車轍因子的增長幅度減小，說明此時依靠增大粉膠比來提高膠漿高溫性能的效果不明顯。2.2 粉膠比對粘度的影響分別對粉膠比為0.5、1.0、1.5以及2.0的高粘改性瀝青膠漿進行布氏粘度試驗，在實驗溫度分別為150、160以及170下，分析比較粉膠比對粘度的影響情況，得到如表 4 粘度隨粉膠比的變化所示。表 4 粘度隨粉膠比的變化

8、粉膠比/%150160170粘度/Pas增長/Pas粘度/Pas增長/Pas粘度/Pas增長/Pas02.03-0.85-0.35-0.56.583.562.592.011.791.201.09.012.054.380.541.590.051.513.254.803.760.331.590.212.017.6518.035.620.592.350.41由表中數(shù)據(jù)可得，高粘改性瀝青膠漿的粘度隨著礦粉的加入而快速增長，實驗溫度為150，粉膠比為0.5和1.5時的瀝青膠漿的粘度要明顯高于高粘改性瀝青；加入礦粉后粘度的增長幅度隨著粉膠比的增大而增大，當(dāng)粉膠比大于1.5時，隨著礦粉的增加，膠漿粘度大幅增

9、長。增大粉膠比，一方面礦粉顆粒的存在阻礙了改性劑高分子鏈之間的相互運動，表現(xiàn)為粘度的升高；另一方面對高粘改性瀝青產(chǎn)生體積增強和物理增強作用，使粘度增加。2.3 鹽化物替代量對針入度和延度的影響圖 2 為鹽化物替代量對針入度及延度的影響，由圖可知，隨著鹽化物替代量的增大，瀝青膠漿的針入度與延度都呈現(xiàn)出減小的趨勢，其中，當(dāng)摻雜小于70%時，針入度隨替代比例的變化趨勢變緩；而大于70%時，增加替代比例會使得針入度大幅降低。當(dāng)替代比例超過55%時，隨著替代比例的增大，5延度急劇降低，受鹽化物替代量的影響較大。 a 針入度 b 延度圖 2 鹽化物替代量對針入度及延度的影響3鹽化物自融雪瀝青膠漿融雪特性3

10、.1瀝青膠漿融冰能力測試按鹽化物替代量為0%、20%、40%、60%、80%以及100%的比例，制備融雪瀝青膠漿，將膠漿加熱至180后用玻璃棒攪拌均勻。將55g瀝青膠漿澆筑在直徑為10cm的培養(yǎng)皿中，表面灑自來水，放置到-10低溫環(huán)境中冷凍，室溫下用電子天平測量融冰量，實驗分為兩個融冰周期。如圖 3 兩個周期融冰量結(jié)果所示。 a 第一周期融冰量 b 第二周期融冰量圖 3 兩周期融冰量結(jié)果由圖可知，隨著融冰時間的增長，兩周期的融冰量都逐漸增多，隨著溶析時間延長，加鹽化物膠漿與未加鹽化物膠漿融冰量的差值逐漸增大，相同溶析時間下，第一個周期的融冰量大于第二個周期，第二個周期各替代量下融冰量的差距明顯

11、縮小。隨著鹽化物替代量的增多，未加鹽化物的試件冰層和膠漿表面粘結(jié)緊密，而添加鹽化物的試件，冰層和膠漿表面分離越嚴重，說明有效成分遇水分解，降低了與膠漿表面接觸部分水的冰點，使得膠漿與冰層的粘結(jié)力減弱。3.2瀝青膠漿融雪特性的電導(dǎo)率表征將不同鹽化物替代物的瀝青膠漿加熱至180后用玻璃板攪拌至均勻，分別稱取55g瀝青膠漿澆筑在直徑10cm的培養(yǎng)皿中，降至室溫后放入5000ml量筒中，添加3000ml自來水，室溫下測其電導(dǎo)率，得到如圖 4 瀝青膠漿電導(dǎo)率實驗結(jié)果所示。圖 4 瀝青膠漿電導(dǎo)率實驗結(jié)果由圖可知，添加鹽化物的試件，電導(dǎo)率會隨著溶析時間的增長而變大，當(dāng)溶析時間為60min時，鹽化物替代量為4

12、0%和80%的試件的電導(dǎo)率分別為0.195s和0.223s，分別為替代量為0%時電導(dǎo)率的1.53倍和1.64倍，表明隨著時間的延長，鹽化物替代量越大，釋放在水重的有效成分越多，水中自由離子的濃度就越大，電導(dǎo)率越大，融雪效果越好。4 結(jié)論 本文根據(jù)相關(guān)理論研究，對超薄鹽化物自融雪瀝青罩面材料的組成和性能進行了系統(tǒng)研究分析，得到了如下的結(jié)論：（1）鹽化物的加入，降低了瀝青高粘膠漿的針入度和延度，當(dāng)替代量超過50%的時候，5延度的降低幅度最大，鹽化物替代量越大，瀝青膠漿粘度就越大。當(dāng)實驗溫度相同時，G*、G*/sin以及sin等都隨著粉膠比的增大而增大。（2）鹽化物替代量越多，瀝青膠漿的融冰量和電導(dǎo)率越大，相同條件下，第一周期的融冰量大于第二周期，且隨著鹽化物摻量的增大，瀝青混合料的電導(dǎo)率就越大，融雪性能越好，隨著溫度的升高，有效成分釋放速率加快，電導(dǎo)率逐漸增大，融雪效果逐步變好。參考文獻1曾澤湘,南宇星等.鹽化物抑冰瀝青混合料類型與拌和工藝的研究J.建設(shè)機械技術(shù)與管理,2015,28(05):85-87.2徐占強.鹽化物瀝青混合料組成設(shè)計及路面實體研究J.交通科技,2013(03):139-141.3王軍,白艷君.鹽化物瀝青混合料抗凍融循環(huán)性能及灰色預(yù)測J.中外公