王文峰;郭良倩;吴冬生;章荣福;韩超;朱浩然
【摘 要】抗冰型添加剂掺入沥青混合料后可以明显降低材料冰点,减少铺装表面结冰机率.文章选用2种典型抗冰添加剂,研究了不同应用方式、不同掺量对密级配沥青混合料的体积参数、路用性能的影响.结果表明,抗冰剂的加入对密级配沥青混合料的骨架结构和体积参数产生的影响不容忽视,抗冰冻混合料的高温性能变化不大,但水稳定性能和低温性能有所下降,且随着掺量增加,路用性能进一步衰减,同时不同添加剂的缓释效果相差较大. 【期刊名称】《现代交通技术》
【年(卷),期】2016(013)003
【总页数】5页(P9-13)
【关键词】道路工程;抗冰冻添加剂;密级配混合料;路用性能
【作 者】王文峰;郭良倩;吴冬生;章荣福;韩超;朱浩然
【作者单位】苏交科集团股份有限公司,江苏南京 210017;河海大学,江苏南京 210098;苏交科集团股份有限公司,江苏南京 210017;镇江市五凤口高架工程现场指挥部,江苏镇江 212000;苏交科集团股份有限公司,江苏南京 210017;苏交科集团股份有限公司,江苏南京 210017
【正文语种】中 文
【中图分类】U419.92
路面的抗滑性能是保证车辆安全行驶的关键因素，但在冬季，路面积雪结冰现象较为常见，尤其是初冬和残冬季节，气温冷暖交替，路表非常容易有薄冰产生，导致车辆轮胎的附着系数大大降低，严重危害道路的通行能力和行车安全。传统的抗冰冻技术主要包括机械和人工除冰雪、撒布融雪剂等被动型的除冰雪技术和热力融冰雪技术，此类技术人力和物力消耗较大，成本较高。常用的融雪剂（氯化钠、氯化钙等）对车辆及道路设施有严重的腐蚀性，而且严重破坏周围植被环境，降低路面使用寿命。20世纪60年代起，国外学者逐渐开始研究一种主动型抗冰冻技术，即缓释型抗冰冻铺装技术。瑞士在进行了大量的对比试验后首先研制出一种缓释型抗冰剂——Verglimit，并将这种添加剂应用到路面结构中。
20世纪70年代日本开始引入该种路面形式，并于20世纪90年代初期成功地进行了创新性研究［1］，目前日本广泛应用的添加剂产品为Mafilon。我国对主动型抗冰冻技术的研究起步较晚，从2008年开始，长安大学、东南大学等相关院校陆续开展缓释型抗冰冻技术研究［2-4］，并铺筑添加抗冰剂的沥青路面的试验路段。但是国内学者对2种常用添加剂的添加方式及混合料配合比设计的研究不足，缺乏对添加缓释型抗冰剂密级配混合料体积参数和路用性能的研究。鉴于此，本文针对2种缓释型抗冰冻混合料制备方式及配合比设计方法进行试验分析，讨论Mafilon及Verglimit材料的添加对密级配混合料空隙率的影响，并对2种混合料的路用性能进行对比，由此评价2种添加剂对密级配混合料的影响。
1.1 缓释型抗冰剂的性能及作用机理
（1）Mafilon材料
Mafilon（简称MFL）材料为日本生产的抗路面冻结材料，其主要成分为NaCl，含量为55%，材料颜为浅红，呈粉末状，其技术性质如表1所示。
（2）Verglimit材料
Verglimit（简称VGT）为瑞士生产的抗冰冻材料，VGT材料具有较好的温度稳定性，可直接以外掺的方式加入到路面混合料中进行拌和，其技术性质如表2所示。
低温水浴（3）作用机理
缓释型抗冰剂的主要成分为易溶盐化物，由于沥青路面结构中集料与集料之间存在一定的空隙。当外界环境降雨时，水分逐渐进入混合料内部，使得氯化钠易溶盐成分溶解。当大气的环境温度、湿度与路表层和路面层深度发生差异时，路面受到压缩、振动、磨损等各项因素影响，易溶盐溶液从沥青混合料内部浓度较高的狭小空间逐渐向盐分浓度较低的路面表面扩散，从而降低道路表面水的冰点，延迟道路表面积雪结冰，使得与路表直接粘结的一部分冰雪融化，冰层与路表的黏结力大大降低，在车辆轮胎的带动下，路表冰层直接脱离路面，达到了融冰雪效果。同时，轮胎的反复碾压和流动的降雨或降雪加速了易溶盐的浓度扩散，从而加速了有效冻结抑制成分的散失。
1.2 沥青、集料及填料性能
试验所用沥青采用自制的SBS改性沥青，集料采用新疆出产的玄武岩石料，各材料的技术性质如表3、表4所示。
1.3 试验方法
研究采用AC-16混合料作为面层铺装材料，根据2种添加剂的使用要求，首先采用马歇尔法对普通沥青混合料的基础配合比进行设计，确定最佳沥青用量。
分别根据2种抗冰添加剂材料的添加要求，制备缓释型抗冰冻混合料MMAM（MFL Modified Asphalt Mixtures）和VMAM（VGT Modified Asphalt Mixtures）。制备MMAM时采用体积置换法，用MFL替代部分或全部矿粉，并在此基础上增加MFL的用量进行马歇尔试验，分析不同的掺量对密级配混合料体积参数的影响。VMAM混合料的制备采用外掺的添加方式，根据用量要求，直接加入基础混合料中，并对烘料温度进行调整，以提高混合料的混合均匀性。 然后按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）的要求进行试验，对比分析3种沥青混合料的高温性能、低温抗裂性能和水稳定性能等路用性能的差异，评价2种缓释型抗冻结材料的适用性。
2.1 MMAM的配合比设计
MFL是一种多孔结构的材料，主要成分为氯化钠。当氯化钠析出后，多孔材料的体积不变，
从而避免有效成分析出造成的孔洞产生危害，并且MFL粒径与矿粉类似，因此可以替代全部或部分矿粉添加到混合料中。
由于MFL材料的密度比矿粉小，等质量替代矿粉会增加0.075 mm筛孔的通过率，从而增加拌和及摊铺难度，因此试验在基础配合比的基础上，采用体积等效置换法取代全部矿粉。东南大学周健、赵永利［2］关于MFL混合料的研究中，MFL材料掺量为3.4%，本文在3.4%的基础上将MFL掺量提高到5%，制备的抗冰冻密级配混合料MMAM级配设计如表5所示，MMAM最佳沥青用量为4.6%。从级配组成可以看出，采用MFL替代一定的矿粉后，通过率变化不大，级配组成与普通混合料的级配相似。
2.2 VMAM的配合比设计
VGT材料的粒径在0.1~5 mm，质地较软且具有缓释性、吸湿性。根据厂商提供的添加方式，可直接外掺加入到普通密级配混合料中制备缓释型抗冰冻混合料，VMAM的配合比设计在普通沥青混合料基础上进行。
依据Verglimit供应商的工程经验，文中VGT材料掺量采用5.5%，VGT材料具有一定的吸油
性且易粉碎，因此在制备VMAM的过程中，将沥青及矿料的烘料温度提高5~10 ℃，并对VGT的拌和时间和温度进行调整［5-6］。具体级配设计如表5中AC-16所示，采用马歇尔法确定VMAM的最佳沥青用量为4.6%。
3.1 马歇尔试验
试件成型前，先将拌和均匀的沥青混合料置于135 ℃烘箱中2 h，以模拟短期老化过程，试件采用马歇尔击实仪双面各击实75次成型。采用表干法测试计算沥青混合料的空隙率，试验结果如表6所示。
由表6可知，掺加缓释型抗冰剂材料后密级配沥青混合料的体积参数有所变化。以MFL替代AC-16的全部矿粉后，混合料的空隙率略减小，稳定度增加，但随着MFL材料掺量的增加，沥青混合料的空隙率变化不大。外掺VGT材料后，密级配混合料的空隙率明显增加，稳定度变化不大，但流值增加。
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