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摘 要

分別采用傳統(tǒng)氯鹽類融冰劑、有機(jī)包覆氯鹽融冰劑和新型氯離子插層鎂鋁基層狀雙金屬氫氧化物融冰劑替代礦粉，制備3種低冰點瀝青混合料，通過短期熱老化、長期熱老化和紫外光老化試驗，研究不同融冰劑對瀝青混合料路用性能和耐久性的影響。結(jié)果表明:與礦粉填料相比，氯鹽類融冰劑對老化前后瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和水穩(wěn)定性均有負(fù)面影響，有機(jī)包覆可有效抑制氯鹽類融冰劑對瀝青混合料路用性能和耐久性的不利影響，氯離子插層鎂鋁基層狀雙金屬氫氧化物融冰劑則可提高瀝青的抗老化性能，對瀝青混合料路用性能和耐久性均有良好的改善作用。

關(guān)鍵詞 瀝青混合料 | 融冰劑 | 老化 | 路用性能 | 耐久性

1、前言

道路路面的結(jié)冰積雪現(xiàn)象將大大降低道路的防滑能力，導(dǎo)致車輛行駛時容易發(fā)生交通事故瀝青網(wǎng)sinoasphalt.com。傳統(tǒng)撒布融雪劑方法費工費時，而且融雪時效性差，近些年來瀝青路面自融冰技術(shù)越來越受重視。目前應(yīng)用較多的自融冰技術(shù)是用摻加融冰劑的瀝青混合料鋪筑低冰點路面，在車輪擠壓作用下，融冰劑從公路內(nèi)部遷移至路面，融化表層冰雪，保證車輛安全行駛。在瀝青混合料中加入融冰劑雖賦予了路面融化冰雪能力，但融冰劑對瀝青混合料路用性能也會造成一定的影響。崔龍錫等研究了融冰劑V-260對瀝青混合料路用性能的影響，結(jié)果表明V-260會降低瀝青混凝土的水穩(wěn)定性能，而對高溫和低溫性能影響很小;孫嶸蓉研究發(fā)現(xiàn)在動水沖刷40min后，摻加融冰劑的瀝青混合料殘留強(qiáng)度比逐漸低于普通瀝青混合料;孫健等研究表明摻加鹽化物的混合料高溫性能得到提高，但其低溫和抗疲勞性能明顯降低。眾所周知，瀝青混合料受熱、氧、紫外光等環(huán)境因素作用會發(fā)生老化，導(dǎo)致瀝青路面出現(xiàn)病害，從而縮短其服役壽命。然而，關(guān)于融冰劑對瀝青混合料老化性能的影響尚未見研究報道。

隨著低冰點瀝青混合料的開發(fā)與應(yīng)用，氯鹽類融冰劑也在不斷發(fā)展。如Wang等對MgO、MgCl2、NaCl進(jìn)行煅燒，制備了氯鹽類融冰劑;Dubois將亞麻籽油與NaOH、CaCl2混合，制得表面含有憎水層的氯鹽融冰劑;付靜宜采用高熔點有機(jī)化合物與氯化鈉熔融共混，制備了一種核殼結(jié)構(gòu)的有機(jī)包覆氯鹽融冰劑，可以緩慢釋放內(nèi)部融冰劑;Peng等以鎂鋁基層狀雙金屬氫氧化物和氯化鈉為原料，通過焙燒還原插層組裝法制備了新型氯離子插層鎂鋁基層狀雙金屬氫氧化物融冰劑。

該文選用傳統(tǒng)氯鹽類融冰劑(簡稱C-Cl)、有機(jī)包覆氯鹽融冰劑(簡稱B-Cl)和氯離子插層層狀雙羥基復(fù)合金屬氫氧化物融冰劑(簡稱LDHs-Cl)，制備成不同種類低冰點瀝青混合料，分別進(jìn)行熱老化和光老化試驗，并研究融冰劑對低冰點混合料路用性能和耐久性的影響。

2、試驗部分

2.1原材料

(1)融冰劑

傳統(tǒng)氯鹽類融冰劑的主要成分為氯化鈉、氯化鈣及其他無機(jī)材料。有機(jī)包覆氯鹽融冰劑是將有機(jī)包覆劑和氯鹽混合加熱至250℃，經(jīng)攪拌冷卻后過篩所制得。氯離子插層層狀雙羥基復(fù)合金屬氫氧化物融冰劑是將層間為CO32-的鎂鋁基層狀雙金屬氫氧化物在500℃的馬弗爐中煅燒2h，然后將焙燒產(chǎn)物加入到NaCl溶液中，使Cl-插入焙燒產(chǎn)物的層間，過濾分離出的固體產(chǎn)物在120℃干燥2h所制得，其平均粒徑為2μm。

(2)瀝青

SBS改性瀝青。

(3)集料和礦粉

玄武巖粗集料、石灰?guī)r細(xì)集料和石灰石礦粉。

2.2低冰點瀝青混合料制備

瀝青混合料選擇AC-13級配，各粒徑的集料質(zhì)量組成如表1所示。融冰劑采用等質(zhì)量取代礦粉的方式摻入瀝青混合料中，礦粉和融冰劑的用量均為5%。根據(jù)馬歇爾設(shè)計方法，確定最佳油石比為4.8%。將加熱至170℃的SBS改性瀝青和集料加入熱拌鍋中拌和，然后加入礦粉或融冰劑進(jìn)行拌和，即制得低冰點瀝青混合料。

2.3瀝青混合料老化試驗

(1)短期熱老化試驗。普通和低冰點瀝青混合料的短期老化試驗按照J(rèn)TGE20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》中相關(guān)試驗方法進(jìn)行。

(2)長期熱老化試驗。依據(jù)JTGE20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》中相關(guān)試驗方法，先對普通和低冰點瀝青混合料進(jìn)行短期熱老化，然后進(jìn)行長期熱老化。

(3)長期紫外光老化試驗。首先對普通和低冰點瀝青混合料進(jìn)行短期熱老化，然后成型馬歇爾試件和車轍試件，再將試件放在紫外老化箱中老化120h，控制老化箱內(nèi)溫度為50℃，紫外線輻照強(qiáng)度為2000μW/c㎡，關(guān)閉紫外老化箱，自然冷卻16h后取出試件。

2.4低冰點瀝青混合料路用性能試驗

(1)高溫穩(wěn)定性能。按照J(rèn)TGE20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》測試?yán)匣昂蟮捅c瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度和動穩(wěn)定度。

(2)低溫抗裂性能。按照J(rèn)TGE20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》測試?yán)匣昂蟮捅c瀝青混合料的低溫彎曲斷裂強(qiáng)度和低溫劈裂強(qiáng)度。

(3)水穩(wěn)定性能。按照J(rèn)TGE20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》測試?yán)匣昂蟮捅c瀝青混合料的浸水殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度比，其中對未老化低冰點瀝青混合料進(jìn)行了1、2和3次浸水殘留穩(wěn)定度試驗和凍融劈裂強(qiáng)度比測試。

3、結(jié)果與討論

3.1融冰劑對瀝青混合料老化前后高溫穩(wěn)定性影響

3.1.1馬歇爾穩(wěn)定度

圖1為摻加礦粉和不同融冰劑的瀝青混合料老化前后馬歇爾穩(wěn)定度。

從圖1可以看出:與礦粉瀝青混合料相比，摻加傳統(tǒng)氯鹽類融冰劑的瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度有所降低，而摻加有機(jī)包覆氯鹽融冰劑和氯離子插層鎂鋁基層狀雙金屬氫氧化物融冰劑的瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度均增大，尤其是摻加LDHs-Cl融冰劑的瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度增加了1.83kN。分析原因在于:C-Cl融冰劑中的氯鹽為無機(jī)晶體材料，與瀝青的相容性較差，降低了瀝青膠漿與集料的黏附性，導(dǎo)致瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度下降;B-Cl融冰劑則由于有機(jī)包覆提高了氯鹽與瀝青的相容性，使其對瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度影響較小;而LDHs-Cl融冰劑為無機(jī)層狀結(jié)構(gòu)材料，與瀝青相容性優(yōu)于氯鹽，且其粒徑小于礦粉，有利于增強(qiáng)瀝青膠漿與集料間的黏附性，使混合料的馬歇爾穩(wěn)定度得到提高。在短期熱老化、長期熱老化、紫外光老化后，摻加礦粉和融冰劑的瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度均增大，但增幅明顯不同。與摻加礦粉的瀝青混合料相比，摻加C-Cl和B-Cl瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度增幅稍大，而摻加LDHs-Cl的瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度增幅減小。4種瀝青混合料的增大順序為:摻加C-Cl瀝青混合料>摻加B-Cl瀝青混合料>摻加礦粉瀝青混合料>摻加LDHs-Cl瀝青混合料。由此可見，相比礦粉填料，C-Cl和B-Cl融冰劑加速了瀝青混合料的老化，而LDHs-Cl融冰劑則抑制了瀝青混合料的老化。其原因在于C-Cl和B-Cl融冰劑與瀝青的相容性較差，氧氣易于擴(kuò)散進(jìn)入瀝青膠漿中，會加速瀝青的老化，使瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度增加幅度更大，而LDHs-Cl為無機(jī)層狀結(jié)構(gòu)材料，對紫外光、熱和氧有很好的阻隔作用，能夠更好地抑制瀝青的老化，從而使瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度增加較小。

3.1.2動穩(wěn)定度

圖2為普通和低冰點瀝青混合料熱老化和光老化前后動穩(wěn)定度。

由圖2可見:以融冰劑替代礦粉填料后，老化前，摻加C-Cl融冰劑的瀝青混合料動穩(wěn)定度明顯低于礦粉瀝青混合料，即C-Cl和B-Cl融冰劑降低了瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，而LDHs-Cl融冰劑則提高了瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。經(jīng)過短期和長期熱老化和光老化后，礦粉瀝青混合料和融冰劑瀝青混合料的穩(wěn)定度均增大，增大程度依次為:C-Cl>B-Cl>礦粉>LDHs-Cl。這表明C-Cl和B-Cl對瀝青混合料的抗老化性能有不利影響，而LDHs-Cl對瀝青混合料抗老化性能有改善作用。

3.2融冰劑對瀝青混合料老化前后低溫性能的影響

3.2.1低溫劈裂強(qiáng)度

不同融冰劑對混合料低溫劈裂強(qiáng)度的影響見圖3。

從圖3可以看出相比于礦粉填料老化前C-Cl融冰劑使瀝青混合料劈裂強(qiáng)度有所降低，而摻加B-Cl和LDHs-Cl融冰劑則使瀝青混合料的劈裂強(qiáng)度增大，尤其是LDHs-Cl融冰劑使混合料的劈裂強(qiáng)度增加了0.2MPa。這也是因為C-Cl融冰劑會降低瀝青與集料間的黏附性，而B-Cl融冰劑和LDHs-Cl融冰劑對瀝青與集料間的黏附性有一定的改善作用。

3.2.2低溫彎曲斷裂強(qiáng)度

圖4為摻加礦粉和融冰劑混合料短期及長期熱老化和光老化前后低溫彎曲斷裂強(qiáng)度的影響。

從圖4可見:相比于礦粉瀝青混合料，老化前，摻加C-Cl和B-Cl融冰劑的瀝青混合料低溫彎曲斷裂強(qiáng)度均有所降低，而摻加LDHs-Cl的低冰點瀝青混合料的低溫彎曲斷裂強(qiáng)度則稍有提高。這是因為C-Cl融冰劑主要為無機(jī)晶體材料，增加了瀝青的低溫脆性，使混合料低溫彎曲斷裂強(qiáng)度降低;通過有機(jī)包覆減輕了氯鹽對瀝青低溫脆性的影響，使B-Cl融冰劑對瀝青混合料低溫彎曲斷裂強(qiáng)度的降低幅度減小;而LDHs-Cl融冰劑粒徑很小，對瀝青有增韌作用，一定程度上提高了瀝青混合料低溫彎曲斷裂強(qiáng)度。在短期及長期熱老化和光老化后，以礦粉和融冰劑為填料的混合料低溫彎曲斷裂強(qiáng)度均增大，其增大幅度依次為:C-Cl>B-Cl>礦粉>LDHs-Cl。同樣是因為C-Cl和B-Cl加快了混合料的老化，而LDHs-Cl則使混合料抗老化性能得到提高。

3.3融冰劑對瀝青混合料老化前后水穩(wěn)定性能的影響

3.3.1浸水殘留穩(wěn)定度

圖5為摻加礦粉和不同融冰劑的瀝青混合料多次浸水殘留穩(wěn)定度。

由圖5可見:隨著浸泡次數(shù)的增加，瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度逐漸降低，但不同融冰劑對瀝青混合料浸水殘留穩(wěn)定度影響程度有很大差異。如經(jīng)過3次浸水試驗后，摻加礦粉、C-Cl、B-Cl和LDHs-Cl融冰劑的瀝青混合料殘留穩(wěn)定度分別為58.0%、51.0%、54.7%和69.4%。相比礦粉，C-Cl和B-Cl融冰劑對瀝青混合料的水穩(wěn)定性能均產(chǎn)生了負(fù)面影響，而LDHs-Cl融冰劑則使混合料的水穩(wěn)定性能得到提高。其原因在于:在水浸泡過程中，C-Cl中氯鹽易被水溶解析出，導(dǎo)致瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度降低，有機(jī)包覆抑制了氯鹽的溶解，使瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度降低較少，而LDHs-Cl不僅不溶于水，而且其比表面積很大，增強(qiáng)了瀝青膠漿的抗水滲透性，從而提高了瀝青混合料的浸水馬歇爾穩(wěn)定度。

圖6為不同融冰劑對瀝青混合料短期熱老化、長期熱老化和光老化后浸水殘留穩(wěn)定度的影響。

從圖6可以發(fā)現(xiàn):與未老化的混合料相比，短期及長期熱老化和光老化后的混合料殘留穩(wěn)定度均有一定程度的降低，但與摻礦粉的混合料相比，摻加LDHs-Cl能顯著提高混合料的殘留穩(wěn)定度，尤其是光老化后，增加程度最大;而摻加C-Cl和B-Cl融冰劑瀝青混合料殘留穩(wěn)定度均小于摻加礦粉瀝青混合料，其中摻加C-Cl融冰劑的瀝青混合料殘留穩(wěn)定度均最小。顯然，這是因為LDHs-Cl融冰劑具有屏蔽紫外光和隔絕氧氣的作用，改善了瀝青的抗熱老化和光老化性能，從而提高了瀝青混合料老化后的抗水損害性能，而C-Cl和B-Cl融冰劑則一定程度上加快了瀝青混合料的老化，降低了瀝青混合料老化后的水穩(wěn)定性能。

3.3.2凍融劈裂強(qiáng)度比

圖7為礦粉混合料和不同融冰劑混合料的第1第2和第3次凍融劈裂強(qiáng)度比。結(jié)果表明:混合料的劈裂強(qiáng)度比和其凍融次數(shù)成反比。3次凍融循環(huán)后，礦粉、C-Cl、B-Cl和LDHs-Cl瀝青混凝土的劈裂強(qiáng)度比分別為67.19%、60.36%、63.85%和74.85%。與礦粉相比，C-Cl和B-Cl融冰劑使混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比有所降低，而LDHs-Cl則使混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比有較大程度的提高。這也是因為C-Cl中的氯鹽易被水溶解析出，導(dǎo)致瀝青混合料的劈裂強(qiáng)度降低，有機(jī)包覆抑制了氯鹽的溶解，使瀝青混合料的劈裂強(qiáng)度降低較少，而LDHs-Cl提高了瀝青膠漿的抗水滲透性，從而提高了瀝青混合料的劈裂強(qiáng)度。

不同融冰劑對瀝青混凝土短期和長期熱老化和光老化后凍融劈裂強(qiáng)度比的影響如圖8所示。

從圖8可見:與礦粉瀝青混合料相比，摻加B-Cl和LDHs-Cl融冰劑的瀝青混合料在短期及長期熱老化和光老化后的凍融劈裂強(qiáng)度比均升高，尤其是摻加LDHs-Cl融冰劑的瀝青混合料凍融劈裂強(qiáng)度比升高程度最大，而摻加C-Cl的混合料老化后凍融劈裂強(qiáng)度比出現(xiàn)了明顯的降低。如在光老化后，摻礦粉、C-Cl、B-Cl和LDHs-Cl融冰劑的瀝青混合料凍融劈裂強(qiáng)度比分別為70.1%、67.0%、74.8%和77.7%。同樣是因為LDHs-Cl對瀝青的老化有很好的抑制作用，并可增強(qiáng)瀝青與集料間的黏附，從而能夠提高瀝青混合料的水穩(wěn)定性，而C-Cl既降低了瀝青與集料間的黏附性，又在水浸泡下氯鹽會溶解析出，使混合料的水穩(wěn)定性能下降，B-Cl則因有機(jī)包覆作用，對瀝青與集料間的黏附性影響很小，并可減少瀝青膠漿的吸水能力，同時也對混合料的水穩(wěn)定性有一定的提高。

4、結(jié)論

(1)與礦粉瀝青混合料相比，C-Cl融冰劑明顯降低了瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和水穩(wěn)定性;B-Cl融冰劑對瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度和低溫劈裂強(qiáng)度有改善作用，但降低了瀝青混合料的動穩(wěn)定度、低溫彎曲斷裂強(qiáng)度和水穩(wěn)定性;而LDHs-Cl融冰劑對混合料的高低溫性能及水穩(wěn)定性均具有較好的改善效果。

(2)C-Cl和B-Cl融冰劑降低了瀝青路面抗短期和長期熱老化和光老化性能，而LDHs-Cl融冰劑可有效提高瀝青路面的短期和長期抗熱老化和光老化性能。

(3)3種融冰劑對瀝青混合料路用性能和耐久性的不同影響歸因于:C-Cl融冰劑中的氯鹽為無機(jī)晶體材料，與瀝青相容性差，降低了瀝青膠漿與集料的附性，并且自身遇水易溶解析出;  融冰劑通過有B-Cl機(jī)包覆抑制了氯鹽對瀝青膠漿與集料黏附性的不利影響，并延緩了氯鹽的溶解性;LDHs-Cl融冰劑具有屏蔽紫外光和隔絕氧氣的作用，使瀝青的抗老化性能得到提升，并增強(qiáng)了瀝青膠漿與集料間的黏附性，從而可明顯提高瀝青路面的耐久性。