李风增
(郑州市公路事业发展中心，河南郑州 450000）
道路交通作为交通运输和增强城市或区域之间联系的重要载体，对于经济发展具有重要的意义。沥青路面以行车舒适好、施工周期短和维修养护简单的优点，在道路建设中应用广泛。冬季冰雪天气对于北方城市是常有的，但严重降低了通行能力，有研究表明[1]，每年接近有四成的交通事故是由于路面积雪造成的，因此，为降低雪天出行事故率，需要对道路积雪进行及时有效地清除。目前道路除雪分为被动除雪和主动除雪两种，被动除雪主要是采用融雪剂或机械、人工扫雪，而主动除雪技术是在沥青混合料中加入橡胶颗粒或导电体等材料制成自应力弹性路面或导电路面，但研究表明[2]这种技术尚不完善，且应用效果不好，所以国内主要采用被动除雪方式。
近年来，国内学者在沥青路面除雪方面进行了不少研究，如：魏建国等[3]通过将氯盐融雪剂加入基质沥青中，发现融雪剂可提高沥青的抗高温和抗老化性能，而对低温性能不利；
龙颖辉[4]通过冻融循环试验分析了融雪剂对于沥青混合料抗水损害性能的影响，结果发现融雪剂的加入严重降低了混合料的水稳定性；
李鹏[5]通过将醋酸钾、醋酸钠和氯化钠三种融雪剂按40：20：40的比例进行复配，分析了复合融雪剂对于沥青混合料、乳化沥青涂层性能的影响，结果发现融雪剂加入后降低了沥青混合料的高温性能和抗水损害性能，对于乳化沥青的粘附性基本无影响，但降低了抗滑性能。
目前国内沥青路面采用的改性沥青主要是SBS改性沥青，本文结合国内外已有研究，分析了醋酸钠、氯化钠和氯化钙三种融雪剂的融冰效果及其对SBS改性沥青混合料路用性能的影响，希望对于融雪剂在沥青路面中的应用具有参考价值。
试验采用盘锦某沥青有限公司生产的SBS-I-C改性沥青，其技术指标见表1。融雪剂选用天津某化工厂提供的醋酸钠、氯化钠和氯化钙分析纯试剂，呈白色晶体或粉末状。粗、细集料均采用玄武岩，填料采用石灰岩矿粉，用于检验沥青混合料性能的级配采用AC-13矿料级配，见表2。
表1 SBS-I-C改性沥青技术性能Table 1 Technical performance of SBS-I-C modified asphalt
表2 AC-13级配组成Table 2 AC-13 grading composition
分别将装有50g纯净水的烧杯放入冰箱中5h，以保证纯净水充分结冰，然后将三种融雪剂分别制备成5%、10%、15%和20%等四种不同浓度的盐溶液，然后将配置好的不同浓度的融雪剂液体取25g各自倒入盛有冰块的烧杯中，并放入-5℃、-10℃和-15℃等三种不同温度的恒温环境中30min，以融雪剂能够融化冰块的质量作为评价指标，试验结果如图1所示。
图1 不同温度下融冰质量与融雪剂浓度关系曲线图Fig. 1 Relationship curve between ice melting mass and snow melting agent concentration at different temperature
从图1可知，在三种温度条件下，融冰质量均随着融雪剂浓度的增加而增加，在-5℃时在不同浓度下融冰质量最多的是氯化钠，醋酸钠次之，氯化钙最小。在-10℃和-15℃温度条件下醋酸钠的融冰质量相对高点，但与氯化钠整体上相差不大，氯化钙最小。随着温度的降低，不同融雪剂浓度对应的融冰质量均有不同程度的下降，温度从-5℃降低到-15℃时氯化钠、醋酸钠、氯化钙三种融雪剂在浓度为20%对应的融冰质量分别减少了7.13g、2.16g和8.68g，可以看出，氯化钙最易受到温度影响，其次是氯化钠、醋酸钠。在-10℃、-15℃温度条件下三种融雪剂分别在浓度小于10%和15%时融冰质量出现了负数增长趋势，说明在该浓度和温度下的融雪剂达到了冰点浓度，出现了冻结现象。从图1综合对比看，氯化钠的融冰效果更为显著。
为了进一步分析三种融雪剂浓度对于沥青混合料路用性能的影响，分别将实验室制备的不同尺寸试件放在25℃恒温环境的融雪剂溶液中浸没24h，移出后用塑料薄膜密封并放入-10℃恒温环境中24h，取出后再放入60℃水浴中24h即完成一次冻融循环，试件经过5次冻融循环后即可做相关性能试验[6]。
3.1 最佳油石比确定
按预估油石比5.2%作为油石比中值，并以0.5%的间隔比例向两侧各取2组油石比，即按4.2%、4.7%、5.2%、5.7%和6.2%五种油石比制作试件进行马歇尔试验，得到不同油石比的马歇尔指标和体积参数指标,见表3。
表3 SBS改性沥青混合料马歇尔测试结果Table 3 Marshall test results of SBS modified asphalt mixture
通过各参数值与油石比的对应关系，可得出毛体积密度和马歇尔稳定度最大值对应油石比分别为5.7%、5.2%，目标空隙率和饱和度中值对应油石比5.33%、5.28%，同时以满矿料间隙率不低于14.5%的油石比范围为4.83%~5.45%，OAC1=（5.7%+5.2%+5.33%+5.28%）/4=5.38%，OAC2=(4.83%+5.45%)/2=5.14%，最终确定SBS改性沥青混合料的最佳油石比OAC= (5.38%+5.14%)/2=5.26%。
3.2 高温稳定性
沥青混合料是一种高温条件下容易变软并发生失稳变形的粘弹性材料，随着交通量的不断增长及行车荷载的日益增加，承压一定的沥青路面逐渐开始发生永久变形，整体结构强度开始降低，严重影响了沥青路面的耐久性，因此，有必要对于沥青混合料的高温稳定性进行评价。为了检验冬季雪天采用融雪剂除雪后对于沥青路面高温稳定性的影响，本文室内成型300mm×300mm×50mm车辙板试件，采用车辙试验分析三种融雪剂在不同浓度时对于SBS改性沥青混合料的抗车辙性能影响，试验温度设置为60℃，评价指标为动稳定度，其试验结果如图2所示。
图2 不同融雪剂浓度对动稳定度的影响Fig. 2 Effect of different snowmelting concentrations on dynamic stability
从图2可以看出，随着融雪剂浓度的增加，SBS改性沥青混合料的动稳定度逐渐降低，三种融雪剂在不同浓度时对于混合料动稳定度的影响有所差异。氯化钠、氯化钙和醋酸钠浓度从5%增加到20%，相应的动稳定度减小了27.4%、27.8%和33.7%，可以看出，沥青混合料动稳定度受醋酸钠的影响最大，氯化钙、氯化钠次之，且氯化钠浓度超过15%后动稳定度下降幅度明显增大。说明三种融雪剂对于SBS改性沥青混合料高温稳定性都有很大的降低，可能原因是在盐溶液的侵蚀下集料的力学性能和SBS改性沥青性能发生改变，且沥青与集料界面在水和盐溶液的共同作用下发生破坏，导致粘附性降低，随着盐溶液浓度的增大，这种破坏程度也就越强烈，最终导致抗永久变形能力减弱，高温稳定性下降。
3.3 低温抗裂性
沥青路面在外界温度骤降时由于路面结构内外的温差过大会使沥青混合料产生收缩变形，促使沥青路面产生裂缝，加之雨水渗入结构层内部后在车辆荷载和动水压力的综合作用下逐渐使基层发生破坏，影响了沥青路面结构的整体稳定性。在冬天雪季来临时通常采用融雪剂将路面的冰雪及时除去，但融雪剂使用后对于沥青路面的低温性能是否会产生不利影响，本文采用MTS万能材料试验机分别对经过三种融雪剂处理后的小梁试件进行低温弯曲试验分析，试验温度为-10℃，采用试件破坏时的最大应变作为评价指标，其试验结果如图3所示。
图3 不同融雪剂浓度对破坏应变的影响Fig. 3 Effect of different snowmelting concentration on failure strain
从图3可以看出，经过三种融雪剂处理后，沥青混合料试件破坏时的最大应变均随着融雪剂浓度的增加而不断减小，在融雪剂浓度小于15%时，对于试件破坏最大应变的影响程度中氯化钙最大，醋酸钠、氯化钠次之，且醋酸钠和氯化钠相差不大，但当浓度大于15%后，醋酸钠对于混合料试件的破坏应变影响最大，其次是氯化钙、氯化钠。说明三种融雪剂均会降低SBS改性沥青混合料的低温抗裂性，三种融雪剂中氯化钠对于混合料低温性能的影响程度最小。这是由于融雪剂盐溶液和水分的综合作用降低了沥青与集料界面的粘结性能，减弱了混合料的整体强度，另一方面经过融雪剂盐溶液侵蚀后，SBS改性剂会聚集并改变了SBS的分布状态，在外界荷载应力的作用下可能会产生应力集中现象[7]，导致混合料试件过早开裂，最终降低了混合料的应力松弛能力和抗开裂性能。
3.4 水稳定性
由于沥青混合料中的集料具有一定的亲水性质，而沥青的亲水性较差，集料与沥青界面在水分和外界荷载的长期作用下，粘结性逐渐降低，沥青逐渐从集料表面剥落，最终会形成唧泥、坑槽等水损害破坏形式[8]。为了研究不同的融雪剂对于沥青混合料水稳定性的影响，本文采用冻融劈裂强度试验对不同浓度融雪剂处理后的混合料试件抗水损害性能进行评价，以冻融前后的劈裂强度比作为评价指标，其试验结果如图4所示。
图4 不同融雪剂浓度对劈裂强度比的影响Fig. 4 Effect of different snowmelting concentration on splitting strength ratio
从图4可以看出，随着融雪剂浓度的增加，混合料劈裂强度比逐渐减小，在融雪剂浓度小于15%时氯化钙和醋酸钠对应的劈裂强度比几乎相同，其对于混合料劈裂强度比的影响程度较大，而氯化钠影响较小，当浓度在20%时醋酸钠的影响程度最大，氯化钠和氯化钙次之，且此时三种融雪剂对应的劈裂强度比已不满足JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》的要求。
（1）结合融雪剂融冰效果分析，试验温度和融雪剂浓度对于融冰质量均有很大的影响，在温度较低且浓度较小时，融冰效果较差，而在浓度相对较大时，整体上氯化钠的融冰效果较佳。
（2）随着三种融雪剂浓度的增加，SBS改性沥青混合料的动稳定度、低温破坏应变和冻融劈裂强度比都呈现出逐渐降低趋势，融雪剂的作用对其高温稳定性和低温抗裂性、水稳定性都产生了明显的不利现象，且这种降低幅度随着融雪剂浓度大于10%或15%后具有明显增大趋势，从三种融雪剂影响程度来看，氯化钠的影响程度相对较小。
（3）综合融冰效果和三种融雪剂浓度变化时对于SBS改性沥青混合料路用性能的影响规律，可优先考虑氯化钠融雪剂，且浓度建议为15%。
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