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标题 除冰剂对沥青高温性能影响研究
范文 郭平等


0 引言
冰雪天气条件对高速公路有着不可忽视的负面影响。因此，如何保证冰雪天气下交通的畅通、安全，避免或减少交通事故的发生，提高交通运输的能力和运营效益，形成良好的安全管理模式，是交通运输工作者研究的重要课题。其中沥青路面与除冰剂有关的诸多问题并没有得到良好解决，国内学者对除冰剂与沥青混合料性能之间的关系进行了大量研究工作，但仍存在不足。比如，在除冰剂对原材料性能影响方面的研究不足，原材料性能测试的试验方法缺乏有效适用性，除冰剂对沥青混合料力学性能和物理性能的影响并不能被很好地模拟[1-5]。
本文结合国内路面除冰剂的应用和沥青路面结构的实际状况，提出基于不同性能测试的试验方法，对沥青高温性能影响因素进行系统研究，为沥青路面的设计、施工、维护以及延长服务寿命提供技术支持。
1 抗车辙性能影响
沥青作为粘弹性材料，在沥青混合料中起粘结作用。SHRP研究认为沥青对高温车辙的贡献率是29%，故沥青对道面高温性能的影响重大，为此研究除冰剂对沥青高温性能的影响十分必要。SHRP在沥青结合料路用性能规范中提出采用G*/sin δ作为评价指标，本文采用该指标进行相关测试。
1.1 除冰剂类型的影响
本文选用KHF-1A和NW056道面除冰剂，增加水和氯化钠作对比分析，利用DSR进行G*/sin δ测试。由研究结果得出，除冰剂浓度、温度等因素均会对G*/sin δ产生一定的影响，具体分析见图1。
从整体分析来看，经除冰剂处理后沥青的G*/sin δ值均有所提高，相对而言，KHF-1A和水对沥青高温性能的影响较为严重，NW056次之，氯化钠溶液影响程度最小；但不同温度下的变化规律并不统一，可能是试样浇筑不均匀的缘故。
另外，对于两种主要成分（乙酸钾）相同的乙酸盐除冰剂KHF-1A（52.2%）和NW056（58.3%），二者之间存在较大差异性，KHF-1A对沥青高温性能的影响较为严重，这是源于添加剂种类（氮、磷、硫、Pb和Cd）和有效成分不同。同时，假设除去水的影响，通过理论分析，利用数据差值显示单一除冰剂情况下对沥青高温性能的影响程度，从小到大依次为氯化钠、NW056、KHF-1A。
随着温度的增加，除冰剂对沥青影响程度也在逐渐增加，但增加幅度较小，说明除冰剂与沥青之间相互作用具有一定的温度敏感性。温度的升高增强了除冰剂与沥青的反应程度，促使沥青组分转移。
1.2 除冰剂浓度的影响
研究选用KHF-1A和NW056道面除冰剂，采用氯化钠作对比分析，进行G*/sin δ测试，除冰剂浓度与G*/sin δ之间的关系如图2所示。
试验结果表明：浓度对除冰剂与沥青作用程度有影响，但影响规律随除冰剂类型而异，其中氯化钠和KHF-1A浓度增加后，沥青G*/sin δ减小，而NW056对浓度敏感性较低，G*/sin δ有增加的趋势。在除冰剂溶液与一定沥青表面接触范围内，除冰剂、沥青相互之间的反应程度与其含量有关。说明溶液中有效除冰剂的成分对其影响很大，这与除冰剂本身含有化学物质的有效成分分析结果相一致。
根据除冰剂浓度与沥青G*/sin δ之间的关系，利用线性函数进行回归分析，结果见表1。
分析表1可得以下几点结论。
（1）NaCl浓度与沥青G*/sin δ之间相关系数最大，KHF-1A和NW056次之，说明浓度与G*/sin δ之间有较大的联系。温度对其二者之间的关系也存在一定影响，对于NaCl和KHF-1A，随温度升高，浓度与G*/sin δ的相关系数逐渐减小；对于NW056，相关系数随温度的升高而增加。
（2）G*/sin δ随温度的升高而减小，不同浓度除冰剂之间的差距也降低，说明浓度对G*/sin δ的影响具有温度敏感性。
2 高温流变特性影响
本节以除冰剂作用后的沥青为研究对象，探索试验仪器参数对沥青高温流变性能的影响。
2.1 应变的影响
研究选用应变范围为0.1%～20%，角速度为10 rad·s-1，试模直径为25 mm，试验结果如图3所示。
随着应变的增加，原样沥青 G*/sin δ有增大的趋势，但测试温度升高后，该趋势明显减缓。除冰剂作用后，应变对沥青G*/sin δ的影响幅度增大，但没有统一规律。由于应变与道面结构强度相关，假设在沥青道面强度一定的条件下，除冰剂类型对沥青道面影响程度存在一定的差别，沥青道面结构强度分布的均匀性与施工、碾压、离析等因素存在直接联系，那么在整个沥青道面上势必会出现强度较低的区域，而该区域由于除冰剂的使用很有可能提前出现病害。总体来看，NW056对其影响最为严重，氯化钠次之，KHF-1A的影响程度较小。
温度的升高使除冰剂作用下沥青G*/sin δ出现不同的变化趋势，在64 ℃时，原样沥青及水、氯化钠、NW056作用后的沥青均表现出G*/sin δ随应变增加而逐渐减小的趋势；KHF-1A与其相反，G*/sin δ随应变的增加而增加。
2.2 频率的影响
试验选择频率范围为1～10 rad·s-1，应变控制在10%，试模直径选择25 mm，试验结果如图4所示。
频率的大小与车辆的行驶速度有关，根据试验结果可知，频率的增加可提高沥青的高温性能；随着频率值的增加，沥青G*/sin δ的值也逐渐增大，说明车辆速度的提高有助于降低沥青道面出现车辙病害。总体来看，原样沥青受频率影响程度最大，KHF-1A、氯化钠作用后的沥青次之，水和NW056作用后的沥青受频率影响程度最小。
温度的升高使除冰剂对沥青G*/sin δ的影响程度增加，且变化程度与除冰剂类型有关，其中原样沥青受温度影响程度最大，KHF-1A、NW056作用后的沥青受影响程度最小。
3 结语
除冰剂对沥青道面的作用受到外部复杂环境因素影响，而对沥青的性能影响研究尚无统一方法。因此，本文首先通过对室内除冰剂与沥青作用的模拟试验进行研究，然后利用SHRP测试方法对除冰剂作用前后沥青的高温性能进行测试，从测试结果中得到以下结论：经除冰剂处理后，沥青的G*/sin δ值均有所提高，相对而言，KHF-1A和水对沥青高温性能的影响较大，NW056次之，氯化钠溶液影响程度最小；同时随着温度升高，除冰剂对沥青高温性能的影响程度也在逐渐增加，但增加幅度较小，浓度对除冰剂与沥青作用的程度有影响，但影响规律随除冰剂类型而异。
参考文献：
[1] 苏俊杰.我国南方冰冻灾害的危机管理研究[D].长春：东北师范大学，2010.
[2] 杜 裕.气候变化背景下广西冬季寒害与冻害时空分布特征研究[D].南宁：广西大学，2012.
[3] 曲巧娜.中国西南地区覆冰的大气环流背景研究[D]. 南京：南京信息工程大学，2011.
[4] 傅广文.融雪剂对沥青及沥青混合料性能影响研究[D].长沙：长沙理工大学，2010.
[5] 郑建华.氯盐浸蚀下沥青混凝土性能试验研究[D].武汉：湖北工业大学，2011.
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更新时间：2025/2/10 23:31:10