材料學(xué)專業(yè) 超薄鹽化物自融雪瀝青罩面材料研究

超薄鹽化物自融雪瀝青罩面材料研究摘要：設(shè)計(jì)造價(jià)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(duì)實(shí)驗(yàn)用原材料性能的測(cè)試，研究分析了高粘改性瀝青膠漿的動(dòng)態(tài)流變特性，利用動(dòng)態(tài)剪切流變儀（DSR）和布氏粘度計(jì)，在最佳的粉膠比下，分析了鹽化物替代礦粉的比例對(duì)瀝青膠漿特性的影響，最后通過對(duì)瀝青罩面材料融雪性能的研究，驗(yàn)證了混合料的實(shí)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(guó)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(duì)道路具有強(qiáng)烈的腐蝕效果，嚴(yán)重影響著車輛的出行安全[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，鹽化物自融雪路面在持續(xù)性融雪化冰方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)。[3-4]。上世紀(jì)八十年代，張洪偉[5]等研究開發(fā)出了一種融雪透水性優(yōu)良的水泥路面，通過將路面排水技術(shù)與融冰技術(shù)相結(jié)合，使其排水系數(shù)達(dá)到了0.1cm/s，空隙率達(dá)到了20%以上；李娜[6]等對(duì)瀝青混合料融雪性能以及路用性能在IceBane存在下的影響進(jìn)行了詳細(xì)研究，并通過對(duì)SMA-13瀝青路面融雪數(shù)據(jù)的分析，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(jì)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(duì)其高溫流變特性的影響，得到了最佳的粉膠比范圍，并以此為基礎(chǔ)得到了鹽化物的最大替代量，最后通過對(duì)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(shí)施提供數(shù)據(jù)支持。1實(shí)驗(yàn)原料及瀝青膠漿的制備1.1實(shí)驗(yàn)用原材料選用日本大有株氏會(huì)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(biāo)如表1基質(zhì)瀝青及高粘改性瀝青的基本技術(shù)指標(biāo)所示。表1基質(zhì)瀝青及高粘改性瀝青的基本技術(shù)指標(biāo)瀝青種類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目單位實(shí)測(cè)值A(chǔ)S70#基質(zhì)瀝青軟化點(diǎn)℃55閃點(diǎn)℃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%95.6TFOT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(diǎn)℃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(xì)的石灰石粉，粗細(xì)集料均為咸陽(yáng)玄武巖，最大粒徑為5.21mm，如表2石料相關(guān)技術(shù)指標(biāo)所示。表2石料相關(guān)技術(shù)指標(biāo)石料名稱相關(guān)性指標(biāo)單位實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)理論要求集料堅(jiān)固性%13.5≤25壓碎值%0.86≤3吸水性%8≤10吸水率%5≤6軟石含量%7.1≤15針片狀顆粒含量%12.68≤25洛杉磯磨耗損失%0.48≤1礦粉視密度g/cm33.21≥2粒度范圍0.5mmmm120100-150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(shí)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(cè)定其主要技術(shù)指標(biāo)如表3鹽化物主要技術(shù)指標(biāo)所示。表3鹽化物主要技術(shù)指標(biāo)項(xiàng)目名稱單位實(shí)驗(yàn)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(wú)結(jié)團(tuán)含水量%0.5≤1.0PH-8.57-9鹽分含量%58≥701.2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，攪拌均勻。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(dòng)態(tài)剪切流變儀對(duì)高粘瀝青膠漿的粉膠比（瀝青和礦粉的比例）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，選定粉膠比為分別0.5、1.0、1.5以及2.0。對(duì)相位角δ、復(fù)數(shù)模量G*以及車轍因子G*/sinδ等指標(biāo)隨溫度變化的趨勢(shì)進(jìn)行詳細(xì)研究，實(shí)驗(yàn)條件設(shè)計(jì)為：荷載頻率15rad/s，溫度范圍50-100℃。aδ隨溫度變化bG*隨溫度變化cG*/sinδ隨溫度變化圖1溫度響應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖1為溫度響應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，由圖可知，隨著溫度的升高，相位角δ呈先增大后減小的趨勢(shì)，而車轍因子G*/sinδ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(shí)，瀝青軟化，瀝青膠漿由彈性向粘性轉(zhuǎn)變，粘結(jié)能力減弱2.2粉膠比對(duì)粘度的影響對(duì)不同粉膠比的瀝青膠漿進(jìn)行布氏粘度試驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)溫度分別為150℃、160℃以及170℃下，分析比較粉膠比對(duì)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粉膠比/%150℃160℃170℃粘度/Pa·s增長(zhǎng)/Pa·s粘度/Pa·s增長(zhǎng)/Pa·s粘度/Pa·s增長(zhǎng)/Pa·s02.03-0.85-0.35-0.56.583.562.592.011.791.201.09.012.054.380.541.590.051.513.254.803.760.331.590.212.017.6518.035.620.592.350.41由表中數(shù)據(jù)可得，礦粉的加入增大了瀝青膠漿的粘度，且增長(zhǎng)的幅度也有顯著的提升。增大粉膠比，一方面促進(jìn)了瀝青的物理作用，另一方面礦粉顆粒的存在，阻礙了改性劑分子之間的相互作用，使其粘度增大。2.3鹽化物替代量對(duì)針入度和延度的影響 圖2為鹽化物替代量對(duì)針入度及延度的影響，由圖可知，瀝青膠漿的延度與針入度都隨著鹽化物替代量的增大而減小，當(dāng)鹽化物摻雜大于70%時(shí)，增加替代比例會(huì)使得針入度大幅降低。當(dāng)而替代比例超過55%時(shí)，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(duì)針入度及延度的影響3鹽化物自融雪瀝青膠漿融雪特性3.1瀝青膠漿融冰能力測(cè)試 將鹽化物替代物按摻入量多少分為六種情況，每種情況摻入量相差20%，依次為0%、20%、40%、60%、80%以及100%的比例，用玻璃棒將加熱至180℃的膠漿攪拌均勻，隨后取一部分瀝青膠漿澆筑在直徑為10cm的培養(yǎng)皿中，并在其表面灑自來(lái)水，放置到-10℃低溫環(huán)境中冷凍，室溫下用電子天平測(cè)量融冰量，實(shí)驗(yàn)分為兩個(gè)融冰周期。如圖3兩個(gè)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(shí)間的增長(zhǎng)，兩周期的融冰量都逐漸增多，隨著溶析時(shí)間延長(zhǎng)，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(shí)間下，第一個(gè)周期的融冰量大于第二個(gè)周期，第二個(gè)周期各替代量下融冰量的差距明顯縮小。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(yán)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(diǎn)。3.2瀝青膠漿融雪特性的電導(dǎo)率表征 利用玻璃棒將加熱至180℃不同摻入量比例的瀝青膠漿攪拌均勻，隨后取出少量瀝青膠漿澆筑在培養(yǎng)皿中，使其降至室溫后放入1000ml量筒中，并添加500ml自來(lái)水，室溫下測(cè)其電導(dǎo)率，得到如圖4瀝青膠漿電導(dǎo)率實(shí)驗(yàn)結(jié)果所示。圖4瀝青膠漿電導(dǎo)率實(shí)驗(yàn)結(jié)果 由圖可知，添加鹽化物的試件，電導(dǎo)率會(huì)隨著溶析時(shí)間的增長(zhǎng)而變大，當(dāng)溶析時(shí)間為60min，鹽化物替代量為20%以及60%試件的電導(dǎo)率分別為摻入量0%的1.66倍和1.75倍，說明隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，鹽化物替代量越大，電導(dǎo)率越大，水中的有效成分越多，對(duì)冰雪的融化效果越好。4結(jié)論本文根據(jù)相關(guān)理論研究，對(duì)超薄鹽化物自融雪瀝青罩面材料的組成和性能進(jìn)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(shí)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(shí)驗(yàn)溫度相同時(shí)，G*、G*/sinδ以及sinδ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，瀝青混合料的電導(dǎo)率，在一定條件下會(huì)隨著鹽化物摻入量的增大而增大，且第一周期融冰量要遠(yuǎn)大于第二周期，瀝青混合料的電導(dǎo)率越大，融雪性能越好，且會(huì)隨著溫度的變大而增大。參考文獻(xiàn)[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(jī)械技術(shù)與管理,2015,28(05):85-87.[2]徐占強(qiáng).鹽化物瀝青混合料組成設(shè)計(jì)及路面實(shí)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(cè)[J].中外公路,2012,32(05):