含鹽高濕環(huán)境對瀝青混合料的侵蝕機理研究

前言

沿海地區(qū)海霧頻發(fā)，高濃度的海霧往往成為NaCl、Na2SO4等侵蝕鹽的載體，當(dāng)海霧在瀝青路面上凝結(jié)時，水分及其內(nèi)部含有的Cl－、SO2－4等會滲入到瀝青路面結(jié)構(gòu)中侵蝕瀝青混合料，導(dǎo)致瀝青路面產(chǎn)生松散、麻面等早期病害。國內(nèi)一些學(xué)者對除冰鹽、融雪劑等含鹽類物質(zhì)及西部鹽湖地區(qū)富集的鹽分對瀝青混合料性能的影響進行了一系列的研究，還有一些學(xué)者通過鹽溶液浸泡瀝青及其混合料試件研究了鹽分對瀝青及其混合料性能的影響。叢培良等研究了不同種類的除冰鹽在不同試驗條件下對瀝青混合料性能的影響。結(jié)果表明，經(jīng)除冰鹽溶液作用后，瀝青混合料的間接拉伸強度和圓盤拉伸破壞強度增大，斷裂能減小，混合料的抗開裂性能下降;在除冰鹽溶液中凍融循環(huán)后，瀝青混合料的劈裂強度顯著降低;混合料馬歇爾試件經(jīng)60℃的除冰鹽飽和溶液浸泡處理后，其殘留穩(wěn)定度出現(xiàn)一定程度的下降。肖慶一等研究了除冰鹽溶液對瀝青、瀝青與集料粘附性及瀝青混合料力學(xué)強度的影響。結(jié)果表明，經(jīng)除冰鹽溶液侵蝕作用后，瀝青出現(xiàn)軟化，且溶液濃度越大軟化越明顯;除冰鹽溶液的侵蝕顯著降低瀝青與集料的粘附性等級;瀝青混合料的劈裂抗拉強度也出現(xiàn)了一定程度的下降。馮超研究了不同試驗條件下氯化鈣類、氯化鈉類和醋酸鈉類融雪劑對瀝青、集料等原材料及混合料性能的影響。結(jié)果表明，瀝青、集料及混合料性能經(jīng)三種融雪劑處理后均有不同程度的下降。在無外界荷載作用下，不同融雪劑對混合料性能影響的嚴(yán)重程度排序為氯化鈉類＞氯化鈣類＞醋酸鈉類;而在動水沖刷或動載的試驗條件下，氯化鈉類和醋酸鈉類融雪劑影響較大，氯化鈣類融雪劑影響次之。周金枝等通過低溫彎曲試驗研究了不同濃度的氯化鈉溶液侵蝕作用后瀝青混合料低溫性能的變化，其研究結(jié)果表明:氯鹽溶液的侵蝕作用對混合料的低溫抗開裂性能產(chǎn)生不利影響，混合料的低溫抗裂性能隨著氯鹽溶液濃度的增大呈現(xiàn)出先降低.后趨于緩和的趨勢。綜上可發(fā)現(xiàn)，在以往研究過程中我們會考慮了因氣候差異導(dǎo)致的各地區(qū)對瀝青路面使用性能要求的差別，沒有涉及含鹽高濕環(huán)境瀝青混合料的長期使用性能研究，更沒有完全揭示鹽高濕環(huán)境對瀝青混合料路用性能的影響及侵蝕機理，基于此，本文在研究了含鹽高濕環(huán)境對瀝青混合料高、低溫性能，水穩(wěn)定性及長期使用性能的影響基礎(chǔ)上，進一步采用工業(yè)CT的無損檢測技術(shù)及電鏡掃描(SEM)等從微細(xì)觀角度研究了含鹽高濕環(huán)境對瀝青混合料內(nèi)部細(xì)微觀形態(tài)的影響，研究結(jié)果為 含鹽高濕環(huán)境對瀝青混合料的侵蝕機理提供理論依據(jù)。

原材料技術(shù)性能

瀝青

本文試驗研究過程中采用SBS改性瀝青(I—B類)，其各項檢測結(jié)果均滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTGF40－2004)中的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)要求。

集料

瀝青混合料中所選用的粗集料應(yīng)該干燥、潔凈、無風(fēng)化、不含雜質(zhì)，顆粒形狀近似正方體的碎石，并且應(yīng)該具有堅硬、耐磨、韌性好以及表面粗糙等性質(zhì)。細(xì)集料應(yīng)該 干燥、潔凈、無風(fēng)化、無雜質(zhì)、無泥土，而且應(yīng)該具有適當(dāng)?shù)念w粒級配，與瀝青具有良好的粘附性。本文粗集料采用玄武巖，細(xì)集料采用機制砂，填料采用石灰?guī)r磨制而成的礦粉。

含鹽高濕環(huán)境條件下瀝青混合料路用性能研究

高溫穩(wěn)定性

試驗選用AC—13C中值級配，按照馬歇爾試驗要求確定..油石比為4．6%。在..油石比條件下以南非生產(chǎn)的小型加速加載試驗設(shè)備(MMLS3)為試驗平臺來研究含鹽高濕環(huán)境條件下瀝青混合料的長期路用性能。試驗時首先成型標(biāo)準(zhǔn)大馬歇爾試件，取馬歇爾試件中間5cm部分按照加速加載試模尺寸切割試件，將試件分為四組，..組不做任何處理，第二組、第三組、第四組試件分別置于濃度為5%、10%、15%流動的NaCl溶液中干濕循環(huán)30次(干濕循環(huán)條件設(shè)定為:循環(huán)的鹽溶液中放置16h，然后干燥8h，24h為一個干濕循環(huán))，對經(jīng)不同處理后的試件進行加速加載試驗。參考國內(nèi)申愛琴等人的研究成果，加速加載試驗條件如下:

①試驗荷載:0．7MPa。②加載速率:為了較好模擬重車荷載對路面結(jié)構(gòu)的作用，加載速率采用6000次·h－1，相當(dāng)于實際行車速度7．5km/h。③試驗溫度:60℃。

MMLS3加速加載設(shè)備可測試并記錄不同加載次數(shù)時各現(xiàn)場試件的車轍深度，進而得到各試件車轍深度隨軸載次數(shù)的變化規(guī)律。

由試驗結(jié)果可知:

相同加載次數(shù)下，隨著NaCl溶液濃度的增大，瀝青混合料的車轍深度不斷增加，在NaCl溶液濃度較低時，混合料車轍深度增加幅度較大，而在NaCl溶液濃度較高時，車轍深度增加幅度減小。在氯鹽溶液作用下，瀝青混合料的車轍變形量增加，說明氯鹽溶液會對瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。分析其原因主要是，氯鹽溶液在混合料內(nèi)部蒸發(fā)后析出NaCl晶體，晶體的膨脹在混合料空隙內(nèi)產(chǎn)生結(jié)晶壓力，造成混合料內(nèi)部產(chǎn)生損傷、空隙率變大，損傷的累積破壞瀝青混合料的結(jié)構(gòu)并降低混合料的強度，.終導(dǎo)致瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性下降。

低溫抗裂性

采用低溫彎曲試驗評價含鹽高濕環(huán)境對瀝青混合料低溫性能的影響。成型車轍板，每組切割6根標(biāo)準(zhǔn)小梁，將其中三組試件分