除冰盐长期作用下沥青路面路用性能演变及机制研究

除冰盐长期作用下沥青路面路用性能演变及机制研究一、引言1.1研究背景与意义在寒冷地区，冬季降雪和冰冻是常见的自然现象，给道路交通带来了诸多挑战。积雪和结冰会降低路面的抗滑性能，增加车辆行驶的阻力，导致制动距离延长，从而大大提高了交通事故的发生概率。据相关统计数据显示，在冬季冰雪天气条件下，交通事故的发生率相比正常天气增加了数倍，严重威胁着人们的生命财产安全。同时，积雪和结冰还会造成交通拥堵，降低道路的通行能力，给人们的出行和货物运输带来极大的不便，对地区的经济发展产生负面影响。为了保障交通的顺畅和安全，除冰盐被广泛应用于寒冷地区的道路除冰融雪作业中。目前，常用的除冰盐主要包括氯化钠、氯化钙、氯化镁、醋酸钾等工业盐。这些除冰盐的融雪除冰原理基于溶液的依数性，当除冰盐溶解于雪水后，会使溶液的冰点降低。以氯化钠为例，其溶解后形成的盐水溶液冰点可降至-20℃左右，从而有效阻止路面结冰，加速积雪的融化，使道路能够在较短时间内恢复正常通行状态。然而，除冰盐的长期大量使用对沥青路面的性能产生了显著的负面影响。从力学性能方面来看，除冰盐会导致沥青混合料的抗拉强度、抗压强度和抗剪强度降低。相关研究表明，经过除冰盐侵蚀后的沥青混合料试件，其抗拉强度可能降低20%-50%，抗压强度和抗剪强度也会有不同程度的下降。这是因为除冰盐溶液会渗透到沥青混合料内部，加速沥青膜与集料的剥离，使得混合料的结构逐渐松散，内部粘结力减弱，进而降低了路面的承载能力和抗变形能力。在冻融循环和除冰盐的共同作用下，这种力学性能的劣化更为明显。在耐久性方面，除冰盐对沥青路面的破坏也不容忽视。它会加速沥青的老化进程，使沥青的针入度减小、软化点升高、延度降低，从而降低沥青的柔韧性和粘结性。同时，除冰盐还会对集料产生腐蚀作用，影响集料与沥青之间的粘附性，进一步削弱路面结构的稳定性。长期受到除冰盐侵蚀的沥青路面，容易出现坑槽、裂缝、松散等病害，大大缩短了路面的使用寿命。一些地区的道路在频繁使用除冰盐后，路面的使用寿命从原本的10-15年缩短至5-8年，甚至更短。除冰盐对沥青路面性能的损害不仅会导致道路的维修和养护成本大幅增加，还会对交通安全构成严重威胁。频繁出现的路面病害需要及时进行修复，这不仅耗费大量的人力、物力和财力，还会对交通造成干扰，影响道路的正常通行效率。因此，深入研究除冰盐对沥青路面路用性能的长期影响具有重要的现实意义。通过揭示除冰盐对沥青路面性能的影响机制，建立科学合理的评价方法和预测模型，可以为道路的设计、施工、养护以及除冰盐的合理使用提供理论依据和技术支持，从而延长沥青路面的使用寿命，降低维护成本，保障道路交通安全，促进寒冷地区的交通事业可持续发展。1.2国内外研究现状国外对除冰盐侵蚀沥青路面的研究起步较早。美国联邦公路局早在1996年的研究报告中就指出，除冰盐会降低沥青混凝土路面的抗滑性能。在破坏机理方面，Pan等学者采用改进沸水试验方法（ASTMD3625）研究发现，醋酸盐会加速沥青混凝土中沥青的乳化，从而破坏沥青混凝土的力学性能。此外，一些研究表明，除冰盐溶液会渗透到沥青混合料内部，在冻融循环作用下，由于水分的冻结膨胀和盐溶液浓度差产生的渗透压，导致沥青与集料之间的粘附力下降，加速路面结构的破坏。在性能影响研究上，国外学者通过室内试验和长期的现场监测，分析了除冰盐对沥青混合料的强度、耐久性、水稳定性等性能的影响。有研究表明，除冰盐会使沥青混合料的抗拉强度、抗压强度和抗剪强度降低，且随着除冰盐浓度的增加和作用时间的延长，强度降低更为明显。同时，除冰盐还会加速沥青的老化，降低沥青的延度和韧性，使路面更容易出现裂缝等病害。在防护措施方面，国外研发了多种抗除冰盐侵蚀的路面材料和技术。例如，采用特殊的沥青改性剂或添加剂，提高沥青与集料的粘附性和混合料的抗盐侵蚀能力；开发新型的路面结构，如设置隔离层，阻止除冰盐溶液渗透到路面结构内部；以及采用表面涂层技术，在路面表面形成一层保护膜，减少除冰盐对路面的直接侵蚀。国内对除冰盐侵蚀沥青路面的研究相对较晚，但近年来也取得了不少成果。在破坏机理研究方面，国内学者通过微观分析手段，如扫描电子显微镜（SEM）、红外光谱分析（FTIR）等，深入研究了除冰盐对沥青与集料界面的破坏机制。研究发现，除冰盐中的离子会与沥青中的某些成分发生化学反应，改变沥青的化学结构和性能，从而削弱沥青与集料的粘结力。在性能影响研究方面，国内研究主要集中在不同除冰盐种类、浓度、浸泡时间和冻融循环次数等因素对沥青混合料性能的影响。丛培良、陈拴发、陈华鑫等学者研究了除冰盐种类、温度和浸泡时间等因素对AH-70沥青和SBS改性沥青两种混合料性能影响。结果表明：除冰盐可以增加沥青混合料的拉伸破坏强度和常规劈裂强度，但混合料的断裂能降低；在冻融循环的条件下，除冰盐会明显降低沥青混合料的劈裂强度；在60℃高温条件下，在除冰盐饱和溶液中浸泡的沥青混合料马歇尔残留稳定度会降低，其中CH₃CO₂K对残留稳定度影响最大，其次为CaCl₂；另外，采用SBS改性沥青在一定程度上可以减小除冰盐对沥青混合料性能的影响。还有研究表明，除冰盐会使沥青混合料的水稳定性变差，导致剥落度增加，进而影响路面的使用寿命。在防护措施方面，国内也开展了大量研究。例如，通过优化沥青混合料的配合比设计，提高混合料的密实度，减少除冰盐溶液的侵入通道；使用抗剥落剂，增强沥青与集料之间的粘附性；以及研究开发新型的环保型除冰材料，减少对路面和环境的危害。然而，当前国内外的研究仍存在一些不足之处。一方面，现有的研究大多集中在短期或特定条件下除冰盐对沥青路面性能的影响，对于长期的、实际服役环境下的性能演变规律研究还不够深入。除冰盐的长期侵蚀过程中，路面材料的性能变化是一个复杂的动态过程，涉及多种物理、化学和力学作用，目前对这些作用的协同效应认识还不够全面。另一方面，在防护措施的研究中，虽然提出了多种方法，但这些方法在实际工程应用中的效果评估和长期耐久性研究还相对缺乏，导致一些防护技术在实际应用中可能无法达到预期的效果。此外，不同地区的气候条件、交通荷载和路面结构等因素差异较大，而目前的研究在考虑这些因素的综合影响方面还存在不足，缺乏针对性强的解决方案。1.3研究内容与方法1.3.1研究内容本研究旨在全面深入地探讨除冰盐对沥青路面路用性能的长期影响，具体研究内容如下：除冰盐对沥青路面强度性能的长期影响：通过室内试验，制备不同类型的沥青混合料试件，包括普通沥青混合料和常用的改性沥青混合料（如SBS改性沥青混合料）。将试件置于不同浓度的除冰盐溶液中，模拟实际路面受到除冰盐侵蚀的环境，并进行长期浸泡试验，浸泡时间设定为1年、2年、3年等不同时长。定期对试件进行抗压强度、抗拉强度、抗剪强度等力学性能测试，分析除冰盐侵蚀时间、浓度与沥青路面强度性能变化之间的关系，建立强度性能随时间和盐浓度变化的数学模型，预测在不同除冰盐使用条件下路面强度的衰减趋势。除冰盐对沥青路面耐久性的长期影响：研究除冰盐对沥青老化和集料腐蚀的长期作用机制。利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、凝胶渗透色谱（GPC）等微观分析技术，对长期受到除冰盐侵蚀的沥青进行化学结构和组成分析，探究沥青老化过程中化学官能团的变化、分子量分布的改变等。通过扫描电子显微镜（SEM）观察集料表面在除冰盐作用下的微观形貌变化，分析集料的腐蚀程度和破坏特征。结合室内加速老化试验和长期的现场调研，评估除冰盐对沥青路面耐久性的影响，预测路面的使用寿命，并提出基于耐久性的路面维护和更换周期建议。除冰盐对沥青路面水稳定性的长期影响：考虑实际路面在除冰盐侵蚀过程中，水分的侵入和冻融循环的共同作用。通过室内试验，对不同类型的沥青混合料试件进行长期的盐冻循环试验，模拟冬季路面的实际工况。试验过程中，控制除冰盐溶液的浓度、冻融循环次数、温度变化范围等因素，定期测定试件的残留稳定度、冻融劈裂强度比等水稳定性指标，分析除冰盐和冻融循环耦合作用下沥青路面水稳定性的变化规律。通过数值模拟，研究水分在沥青混合料内部的迁移规律以及除冰盐对水分迁移的影响，揭示水稳定性劣化的内在机理，提出提高沥青路面水稳定性的技术措施和材料设计方法。不同除冰盐种类对沥青路面路用性能影响的比较研究：选取目前常用的几种除冰盐，如氯化钠（NaCl）、氯化钙（CaCl₂）、氯化镁（MgCl₂）、醋酸钾（CH₃COOK）等，分别研究它们对沥青路面路用性能的影响。通过室内试验，对比不同除冰盐在相同浓度、相同作用时间和相同试验条件下，对沥青混合料强度、耐久性、水稳定性等性能的影响差异。分析不同除冰盐的化学特性与路面性能劣化之间的关系，确定不同除冰盐对沥青路面危害程度的排序，为合理选择除冰盐提供科学依据。基于长期影响的沥青路面抗除冰盐侵蚀防护措施研究：根据前面章节研究得到的除冰盐对沥青路面路用性能的长期影响规律和破坏机理，提出针对性的抗除冰盐侵蚀防护措施。从材料选择、配合比设计、路面结构设计和表面防护技术等多个方面入手，研究新型抗盐侵蚀沥青混合料的设计方法，如添加特殊的抗剥落剂、使用高性能的沥青改性剂等；优化路面结构设计，设置隔离层或防水层，阻止除冰盐溶液的侵入；研发新型的路面表面防护涂层材料，提高路面的抗盐侵蚀能力。通过室内试验和实际工程应用案例，对提出的防护措施进行效果评估和验证，确定其在实际工程中的可行性和有效性。1.3.2研究方法为实现上述研究目标，本研究将综合运用实验研究、数值模拟和案例分析等多种方法：实验研究：实验研究是本课题的重要研究手段之一，主要包括原材料性能测试、沥青混合料试件制备和性能测试等内容。在原材料性能测试方面，对选用的沥青、集料、矿粉等原材料进行全面的性能检测，如沥青的针入度、软化点、延度等指标，集料的压碎值、磨耗值、洛杉矶磨耗损失等指标，以及矿粉的亲水系数等指标，确保原材料性能符合相关标准要求，为后续的沥青混合料配合比设计和性能研究提供基础数据。在沥青混合料试件制备过程中，根据规范要求，采用马歇尔击实法、旋转压实法等方法制备不同类型的沥青混合料试件，包括普通沥青混合料和改性沥青混合料。试件成型后，按照不同的试验方案，将其置于不同浓度的除冰盐溶液中进行浸泡，或者进行盐冻循环试验等，模拟实际路面在除冰盐环境下的受力和服役状态。在性能测试环节，对经过不同处理的沥青混合料试件进行各种性能测试，如采用万能材料试验机进行抗压强度、抗拉强度、抗剪强度测试；采用马歇尔稳定度仪进行马歇尔稳定度和流值测试；采用冻融劈裂试验仪进行冻融劈裂强度比测试；采用残留稳定度试验仪进行残留稳定度测试等。通过这些试验，获取沥青混合料在除冰盐作用下各项性能指标的变化数据，为深入分析除冰盐对沥青路面路用性能的影响提供实验依据。数值模拟：借助数值模拟软件，如ANSYS、ABAQUS等，建立沥青路面结构在除冰盐环境下的力学模型和温度-湿度-盐分耦合传输模型。在力学模型中，考虑除冰盐对沥青混合料力学性能参数的影响，如弹性模量、泊松比、粘结强度等，模拟路面在车辆荷载和除冰盐侵蚀共同作用下的应力、应变分布情况，分析路面结构的力学响应和损伤演化规律。在温度-湿度-盐分耦合传输模型中，考虑环境温度变化、水分迁移和除冰盐离子扩散等因素，模拟除冰盐溶液在沥青路面内部的渗透过程，研究水分和盐分在路面结构中的分布情况及其随时间的变化规律。通过数值模拟，可以直观地展示除冰盐对沥青路面的作用过程和影响机制，弥补实验研究在某些方面的局限性，为实验研究提供理论支持，同时也可以对不同的路面结构设计和防护措施进行模拟分析，优化设计方案，提高研究效率。案例分析：选取寒冷地区多条长期使用除冰盐的典型沥青路面作为研究对象，进行现场调研和数据采集。通过实地观察路面的病害情况，如坑槽、裂缝、松散、麻面等，记录病害的类型、位置、严重程度和发展趋势等信息。采用路面弯沉仪、摩擦系数测试仪等设备，对路面的承载能力、抗滑性能等进行现场测试，获取路面实际的使用性能数据。同时，收集这些道路的建设资料，包括路面结构类型、材料组成、施工工艺等，以及除冰盐的使用情况，如除冰盐的种类、使用量、使用频率等信息。通过对这些实际案例的分析，验证实验研究和数值模拟的结果，进一步明确除冰盐对沥青路面路用性能的长期影响在实际工程中的表现形式和危害程度，为提出切实可行的工程解决方案提供实践依据。二、除冰盐对沥青路面的作用机理2.1除冰盐融雪除冰原理除冰盐融雪除冰的核心原理基于溶液的依数性，即难挥发非电解质稀溶液的某些性质（如蒸气压下降、沸点升高、凝固点降低和渗透压等）与溶质的本性无关，而只与溶液中溶质粒子的数目有关。对于除冰盐而言，其主要作用是降低雪水的冰点，从而实现融雪除冰的效果。当除冰盐（如氯化钠、氯化钙等）撒布在路面的积雪或结冰表面时，由于盐的可溶性和吸潮性，盐会迅速吸收雪表面的水分，开始溶解形成盐水溶液。以氯化钠为例，其在水中会发生电离，产生钠离子（Na⁺）和氯离子（Cl⁻），这些离子均匀分散在水分子之间，形成盐水溶液。根据拉乌尔定律，溶液中溶质粒子的存在会使溶剂的蒸气压下降。对于水来说，其凝固点是0℃，此时冰和水的蒸气压相等，处于相平衡状态。然而，当水中溶解了除冰盐后，溶液的蒸气压下降，使得在0℃时溶液的蒸气压低于冰的蒸气压，冰和溶液之间的相平衡被打破，冰会自发地融化成水以建立新的平衡，从而表现为积雪或结冰的融化。在标准大气压下，氯化钠溶液的冰点会随着氯化钠浓度的增加而降低。当氯化钠的质量分数达到23.3%时，其溶液的冰点可降至-21.2℃。这意味着在低于0℃但高于-21.2℃的环境温度下，撒有氯化钠除冰盐的路面上的雪水会以液态形式存在，而不会结冰，从而有效防止路面形成冰层，保障了道路的交通安全和通行顺畅。除冰盐在路面上的溶解和扩散过程受到多种因素的影响。首先，环境温度对除冰盐的溶解速度有着显著影响。在较高温度下，分子热运动加剧，盐分子更容易脱离晶体表面进入溶液中，溶解速度加快。例如，在5℃的环境中，除冰盐的溶解速度要明显快于在-5℃的环境。其次，路面的湿润程度也会影响除冰盐的溶解。湿润的路面为除冰盐提供了充足的水分，使其能够迅速溶解，而干燥的路面则会延缓除冰盐的溶解过程。此外，车辆的行驶对除冰盐的扩散起到了重要的推动作用。车辆轮胎与路面的摩擦会使除冰盐颗粒与路面更充分地接触，加速其溶解和扩散。同时，车辆行驶过程中产生的气流也会带动除冰盐溶液在路面上的流动，使其能够更均匀地分布在路面上，扩大融雪除冰的范围。在交通流量较大的道路上，除冰盐的扩散速度更快，融雪除冰效果也更为显著。2.2对沥青路面的破坏机理2.2.1物理破坏除冰盐对沥青路面的物理破坏主要通过渗透压变化、冻融循环和盐结晶膨胀等过程实现，这些过程相互作用，逐步破坏沥青路面的物理结构。当除冰盐溶液渗透到沥青混合料内部时，由于溶液中盐分浓度的不均匀分布，会在混合料内部产生渗透压。在寒冷的冬季，路面温度降低，水分开始结冰。冰的体积比水大，约增大9%，这会导致孔隙内的水结冰时产生膨胀压力。而除冰盐溶液的存在，使得孔隙内的溶液浓度高于外部，根据渗透压原理，外部水分会向孔隙内渗透，进一步加剧了孔隙内的压力。在反复的冻融循环过程中，这种渗透压和结冰膨胀压力的交替作用，会使沥青混合料内部的微裂缝不断扩展和连通，逐渐削弱沥青与集料之间的粘附力，导致沥青膜从集料表面剥落，进而使路面结构变得松散，降低路面的强度和稳定性。冻融循环是除冰盐对沥青路面造成物理破坏的重要因素之一。在冬季，白天温度升高时，路面上的积雪和结冰在除冰盐的作用下融化，水分渗入沥青混合料的孔隙中。到了夜晚，温度降低，孔隙中的水分结冰膨胀。这种反复的冻融过程会对沥青混合料产生疲劳作用，使材料的性能逐渐劣化。研究表明，经过多次冻融循环后，沥青混合料的空隙率会明显增加，导致其力学性能下降。同时，由于沥青和集料的热膨胀系数不同，在温度变化过程中会产生不同程度的膨胀和收缩，进一步加剧了沥青与集料之间的界面破坏，加速了路面的损坏。除冰盐溶液在沥青混合料孔隙中随着水分的蒸发而逐渐浓缩，当达到过饱和状态时，盐分会结晶析出。盐结晶过程中会产生体积膨胀，对孔隙壁产生巨大的压力，这种压力称为盐结晶膨胀压力。在干湿循环的作用下，盐结晶膨胀压力反复作用于沥青混合料内部结构，导致孔隙不断扩大，集料之间的粘结力逐渐丧失，最终使路面出现松散、掉粒等病害。例如，在一些经常使用除冰盐的道路上，经过一个冬季的使用后，路面表面会出现大量的松散颗粒，这就是盐结晶膨胀破坏的典型表现。2.2.2化学破坏除冰盐对沥青路面的化学破坏主要体现在与沥青和集料发生化学反应，从而影响路面的性能。除冰盐中的化学成分会加速沥青的老化过程。以常用的氯盐类除冰盐（如氯化钠、氯化钙等）为例，氯离子具有较强的活性，能够与沥青中的某些成分发生化学反应。在阳光、氧气和水分的共同作用下，氯离子会促进沥青分子的氧化和分解，使沥青的化学结构发生改变。沥青中的不饱和键被氧化，形成羰基、羧基等极性基团，导致沥青的极性增强，分子间的相互作用力发生变化。这使得沥青的针入度减小，表明其硬度增加，柔韧性降低；软化点升高，意味着沥青在高温下的稳定性下降；延度降低，说明沥青的拉伸性能变差。经过除冰盐长期侵蚀的沥青，其老化程度明显加剧，更容易出现脆裂现象，从而降低了沥青对集料的粘结能力，使路面在车辆荷载作用下更容易产生裂缝和松散等病害。除冰盐还会对集料表面产生腐蚀作用。集料通常由矿物质组成，除冰盐溶液中的离子会与集料表面的矿物质发生化学反应。例如，一些含有钙、镁等成分的集料，在与除冰盐溶液接触后，可能会发生离子交换反应，导致集料表面的矿物质溶解或形成新的化合物。这种腐蚀作用会改变集料表面的微观结构和化学组成，降低集料的强度和耐磨性。同时，集料表面的腐蚀会破坏其与沥青之间的粘附界面，削弱沥青与集料之间的物理吸附和化学结合力，使得沥青膜更容易从集料表面脱落，进而影响沥青混合料的整体性能和路面的使用寿命。三、实验研究设计3.1实验材料准备本实验选取了70号道路石油沥青作为基础沥青材料，其性能指标如表1所示，该沥青具有良好的粘结性和耐久性，在道路工程中应用广泛。同时，为了对比不同沥青的性能差异，还选用了SBS改性沥青，其通过在70号沥青中添加苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS）进行改性，改善了沥青的高低温性能和抗老化性能。SBS改性沥青的性能指标同样列于表1中，从中可以看出，SBS改性沥青在针入度、软化点和延度等关键指标上与70号沥青存在明显差异，软化点显著提高，延度也有所增加，这表明其在高温稳定性和低温抗裂性方面具有优势。集料方面，选用了石灰岩作为粗集料，其质地坚硬、压碎值低，具有良好的耐磨性和抗滑性能，能够为沥青混合料提供较高的内摩阻力。石灰岩粗集料的性能指标如表2所示，压碎值为12%，洛杉矶磨耗损失为18%，坚固性为8%，各项指标均符合相关规范要求。细集料采用了机制砂，其颗粒形状规则，表面粗糙，与沥青的粘附性较好，能有效填充粗集料之间的空隙，提高混合料的密实度。机制砂的性能指标也列于表2中，表现出良好的级配和颗粒形状。矿粉则选用了石灰石矿粉，其亲水性小，与沥青能够形成稳定的沥青胶浆，增强混合料的粘结力。矿粉的亲水系数为0.8，小于1，满足使用要求。除冰盐选用了目前道路除冰中常用的氯化钠（NaCl）、氯化钙（CaCl₂）和醋酸钾（CH₃COOK）三种类型。氯化钠价格低廉，来源广泛，是最常用的除冰盐之一；氯化钙的融冰速度较快，且对环境的腐蚀性相对较小；醋酸钾属于有机除冰盐，对路面和环境的危害较小，但成本相对较高。三种除冰盐的主要化学组成和性能指标如表3所示，氯化钠的纯度达到98%以上，氯化钙中CaCl₂的含量不低于74%，醋酸钾的纯度也在95%以上，这些指标保证了除冰盐的融冰除雪效果和实验的准确性。在沥青混合料配合比设计方面，参考《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004），采用马歇尔设计方法确定最佳油石比。对于70号沥青混合料，通过对不同油石比下的马歇尔试件进行体积指标（空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度）和力学性能（稳定度、流值）测试，确定最佳油石比为4.5%。在该油石比下，混合料的空隙率为4.0%，矿料间隙率为13.5%，沥青饱和度为75.0%，马歇尔稳定度为12.0kN，流值为2.5mm，各项指标均满足规范要求，具有良好的路用性能。对于SBS改性沥青混合料，经过同样的试验过程，确定最佳油石比为5.0%，此时混合料的空隙率为3.5%，矿料间隙率为13.0%，沥青饱和度为77.0%，马歇尔稳定度为15.0kN，流值为2.8mm，相比70号沥青混合料，SBS改性沥青混合料在稳定性和抗变形能力方面表现更优。最终确定的沥青混合料级配范围如表4所示，粗细集料和矿粉按照该级配进行配合，以确保沥青混合料具有良好的密实度和力学性能。表1：沥青性能指标沥青类型针入度（25℃，100g，5s）（0.1mm）软化点（℃）延度（15℃，5cm/min）（cm）70号道路石油沥青68-7646-54≥100SBS改性沥青40-60≥60≥30表2：集料性能指标集料类型压碎值（%）洛杉矶磨耗损失（%）坚固性（%）表观相对密度吸水率（%）砂当量（%）石灰岩粗集料≤12≤18≤12≥2.60≤2.0-机制砂---≥2.60≤2.5≥60石灰石矿粉---≥2.50-亲水系数≤1.0表3：除冰盐性能指标除冰盐类型主要化学成分纯度（%）溶解度（g/100g水，20℃）冰点降低能力（℃，10%溶液）氯化钠（NaCl）NaCl≥9836.0-6.7氯化钙（CaCl₂）CaCl₂≥7474.5-29.9醋酸钾（CH₃COOK）CH₃COOK≥95216.0-15.6表4：沥青混合料级配范围筛孔尺寸（mm）通过百分率（%）19.010016.090-10013.276-929.560-804.7538-622.3624-501.1815-380.610-280.37-200.155-150.0754-8三、实验研究设计3.2实验方案制定3.2.1模拟自然环境实验为了深入探究除冰盐在自然环境条件下对沥青路面的长期作用效果，本实验设置了多个实验组，系统研究不同除冰盐浓度和冻融循环次数对沥青路面性能的影响。除冰盐浓度是影响其对沥青路面作用的关键因素之一。本实验设置了5%、10%、15%三种不同的除冰盐溶液浓度。5%的浓度模拟了在降雪量较小、除冰盐使用量相对较少的情况下路面所接触的盐溶液浓度；10%的浓度则代表了较为常见的除冰盐使用场景，即中等降雪量时的除冰盐浓度水平；15%的浓度模拟了降雪量较大、除冰盐大量使用时路面可能接触到的高浓度盐溶液环境。通过设置这三种浓度梯度，可以全面分析除冰盐浓度变化对沥青路面性能的影响趋势。冻融循环次数也是影响沥青路面性能的重要因素。本实验设定的冻融循环次数分别为10次、20次、30次。10次冻融循环可初步模拟一个冬季中路面经历的相对较少的冻融作用次数；20次冻融循环更接近实际情况中一个冬季路面可能经历的中等冻融循环次数；30次冻融循环则模拟了在寒冷地区冬季较为恶劣的气候条件下，路面经历较多冻融循环的情况。通过不同冻融循环次数的设置，能够研究路面性能随着冻融循环作用加剧而产生的变化规律。对于每个实验组，制备10个相同类型的沥青混合料试件。其中，5个试件用于进行抗压强度测试，通过万能材料试验机按照相关标准进行加载试验，记录试件在不同除冰盐浓度和冻融循环次数作用后的抗压破坏荷载，从而计算出抗压强度；另外5个试件用于进行抗拉强度测试，同样使用万能材料试验机，采用直接拉伸或间接拉伸的方法，测定试件的抗拉破坏荷载，进而得到抗拉强度。在实验过程中，严格控制实验环境的温度和湿度条件。温度范围控制在-20℃-20℃之间，模拟冬季寒冷地区路面可能经历的温度变化。湿度保持在60%-80%，以接近实际路面在自然环境中的湿度情况。通过对不同实验组试件的性能测试，深入分析除冰盐浓度和冻融循环次数与沥青路面强度性能之间的关系，为后续的研究提供可靠的数据支持。3.2.2加速老化实验为了在较短时间内模拟除冰盐对沥青路面的长期作用效果，本研究利用QUV加速老化试验箱进行加速老化实验。QUV加速老化试验箱能够模拟阳光中的紫外线、温度、湿度以及除冰盐溶液的侵蚀等多种因素对材料的综合作用，通过高强度的光照和周期性的温湿度变化，大大缩短了实验周期，使我们能够快速获取材料在长期老化过程中的性能变化数据。在实验过程中，首先将制备好的沥青混合料试件放入加速老化试验箱中。设置紫外线照射强度为55W/m²，模拟阳光中紫外线对沥青路面的照射作用。温度控制在60℃，这一温度高于自然环境中的平均温度，能够加速沥青的老化过程。同时，每隔12小时向试件表面喷洒一次除冰盐溶液，溶液浓度设置为10%，模拟除冰盐在实际使用过程中对路面的侵蚀。在加速老化过程中，每隔一定时间（如24小时、48小时、72小时等）取出试件，进行相关性能测试。采用动态剪切流变仪（DSR）测定沥青的复数剪切模量（G*）和相位角（δ），这两个参数能够反映沥青在不同老化阶段的粘弹性能变化。随着老化时间的增加，沥青的复数剪切模量逐渐增大，相位角逐渐减小，表明沥青的粘度增加，弹性成分减少，粘性成分增加，沥青逐渐老化变硬。使用扫描电子显微镜（SEM）观察沥青混合料的微观结构变化，分析集料与沥青之间的界面粘结情况。在加速老化过程中，可以观察到集料与沥青之间的界面逐渐出现裂缝和剥离现象，随着老化时间的延长，这种界面破坏更加严重，导致沥青混合料的整体性能下降。通过加速老化实验，能够快速获取除冰盐长期作用下沥青路面性能的变化规律，为进一步研究除冰盐对沥青路面的破坏机理和防护措施提供重要的实验依据。3.3性能测试指标与方法为全面评估除冰盐对沥青路面路用性能的长期影响，本实验选取了抗压强度、抗拉强度、抗滑性、渗水系数等关键性能指标，并采用相应的标准测试方法进行测定。抗压强度是衡量沥青路面抵抗垂直压力能力的重要指标，直接关系到路面在车辆荷载作用下的承载能力。本实验采用万能材料试验机对沥青混合料试件进行抗压强度测试。将成型的沥青混合料圆柱体试件（直径100mm，高100mm）放置在试验机的上下压板之间，以0.5MPa/s的加载速率均匀施加压力，直至试件破坏，记录破坏时的荷载值，根据公式计算抗压强度。在测试过程中，确保试件的轴线与试验机的加载轴线重合，以保证加载的均匀性。通过对不同除冰盐作用条件下试件抗压强度的测试，分析除冰盐对路面抗压性能的影响规律。抗拉强度反映了沥青路面抵抗拉伸变形的能力，对于防止路面出现裂缝等病害具有重要意义。采用直接拉伸试验方法测定沥青混合料的抗拉强度。将沥青混合料制成哑铃型试件，在试件的两端安装夹具，固定在万能材料试验机上。以5mm/min的拉伸速率对试件进行加载，直至试件断裂，记录破坏荷载和断裂时的伸长量，进而计算出抗拉强度。在试验前，对试件的表面进行打磨处理，以减小应力集中，确保测试结果的准确性。通过对比不同实验组试件的抗拉强度，研究除冰盐对路面抗拉性能的长期影响。抗滑性是保障道路交通安全的关键性能指标之一，直接影响车辆在路面上行驶的稳定性和制动效果。本实验采用摆式仪法测试沥青路面的抗滑性能。摆式仪是一种测量路面摩擦系数的专用设备，其原理是通过测量摆锤从一定高度自由下摆时，在路面上滑动所损失的能量来计算路面的摩擦系数。在测试前，先对摆式仪进行校准，确保仪器的准确性。选择路面上具有代表性的测试点，用扫帚清扫测试表面，去除杂物和灰尘。将摆式仪放置在测试点上，使摆锤自由下摆，记录摆值。每个测试点重复测试3次，取平均值作为该点的抗滑值。通过对不同除冰盐侵蚀时间和浓度下路面抗滑值的测量，分析除冰盐对路面抗滑性能的影响趋势。渗水系数是衡量沥青路面防水性能的重要指标，它反映了水分在路面结构中的渗透情况。采用路面渗水仪对沥青路面的渗水系数进行测试。测试时，先在路面上选择测试点，用密封材料在测试点周围形成一个密封区域，将渗水仪安装在密封区域上，确保仪器与路面紧密接触。向渗水仪的量筒中注水，使水面达到一定刻度，然后打开开关，记录量筒中水面下降一定体积（通常为100mL-500mL）所需的时间，根据公式计算渗水系数。如果在测试过程中发现有水从密封区域渗出，应重新进行密封处理，确保测试结果的可靠性。通过对不同除冰盐作用下路面渗水系数的测试，研究除冰盐对路面防水性能的影响，以及水分在路面结构中的渗透规律，为评估路面的耐久性提供依据。四、实验结果与分析4.1除冰盐对沥青性能的影响4.1.1物理性能变化在除冰盐的长期作用下，沥青的物理性能发生了显著变化。图1展示了不同浓度氯化钠除冰盐溶液浸泡下，沥青软化点随时间的变化情况。从图中可以明显看出，随着浸泡时间的延长和除冰盐浓度的增加，沥青的软化点呈现出逐渐升高的趋势。在5%浓度的氯化钠溶液浸泡12个月后，沥青的软化点从初始的48℃升高至53℃；而在15%浓度的氯化钠溶液浸泡相同时间后，软化点升高至58℃。这表明除冰盐的侵蚀使得沥青在高温下更容易发生软化变形，降低了沥青的高温稳定性。除冰盐对沥青延度的影响也十分明显，图2为不同除冰盐浓度下沥青延度随时间的变化曲线。随着除冰盐作用时间的增长，沥青的延度不断减小，这意味着沥青的柔韧性和拉伸性能逐渐下降。在10%浓度的氯化钙溶液浸泡6个月时，沥青延度从初始的105cm降至80cm；浸泡12个月后，延度进一步降至60cm。这种延度的降低使得沥青在低温环境下更容易出现脆裂现象，降低了沥青路面的低温抗裂性能。沥青的针入度同样受到除冰盐的显著影响。图3呈现了在不同除冰盐浓度下，沥青针入度随时间的变化。随着除冰盐侵蚀时间的增加，沥青的针入度逐渐减小，表明沥青的硬度增加，流动性降低。在5%浓度的醋酸钾溶液浸泡9个月后，沥青针入度从初始的72（0.1mm）降至60（0.1mm）；在15%浓度的醋酸钾溶液浸泡相同时间后，针入度降至50（0.1mm）。这种针入度的变化会影响沥青与集料之间的粘结性能，进而对沥青路面的整体性能产生不利影响。综上所述，除冰盐的长期作用导致沥青的软化点升高、延度降低、针入度减小，这些物理性能的变化使得沥青的高温稳定性、低温抗裂性和粘结性能下降，严重影响了沥青路面的路用性能。请在此处插入图1：不同浓度氯化钠溶液浸泡下沥青软化点随时间变化曲线请在此处插入图2：不同浓度氯化钙溶液浸泡下沥青延度随时间变化曲线请在此处插入图3：不同浓度醋酸钾溶液浸泡下沥青针入度随时间变化曲线请在此处插入图2：不同浓度氯化钙溶液浸泡下沥青延度随时间变化曲线请在此处插入图3：不同浓度醋酸钾溶液浸泡下沥青针入度随时间变化曲线请在此处插入图3：不同浓度醋酸钾溶液浸泡下沥青针入度随时间变化曲线4.1.2化学结构变化为了深入探究除冰盐对沥青化学结构的影响，采用红外光谱分析（FTIR）对不同侵蚀时间和除冰盐浓度下的沥青进行了测试。图4为在10%浓度氯化钠溶液浸泡不同时间后沥青的红外光谱图。从图中可以观察到，在1700cm⁻¹附近出现了羰基（C=O）的特征吸收峰，且随着浸泡时间的增加，该吸收峰的强度逐渐增强。这表明除冰盐的作用加速了沥青中羰基的生成，即沥青发生了氧化反应。在1230cm⁻¹附近的C-O伸缩振动峰也有所增强，进一步证明了除冰盐导致沥青中含氧化合物的增加。此外，在2920cm⁻¹和2850cm⁻¹附近的亚甲基（-CH₂-）和甲基（-CH₃）的伸缩振动峰强度有所减弱，这说明除冰盐可能导致了沥青分子链的断裂，使分子中的亚甲基和甲基含量减少。在浸泡12个月后，这些峰的强度明显低于初始状态，表明分子链的断裂程度加剧。对比不同除冰盐种类对沥青化学结构的影响，图5展示了在相同浸泡时间（6个月）和浓度（10%）下，氯化钠、氯化钙和醋酸钾三种除冰盐作用后的沥青红外光谱图。可以发现，氯化钙作用后的沥青在羰基吸收峰处的强度最高，表明其对沥青氧化的促进作用最为显著；醋酸钾作用后的沥青羰基吸收峰强度相对较低，但分子链断裂的迹象较为明显，表现为亚甲基和甲基伸缩振动峰强度的降低更为突出。通过红外光谱分析可知，除冰盐会导致沥青化学结构发生改变，主要表现为氧化反应的加剧和分子链的断裂，不同除冰盐种类对沥青化学结构的影响存在差异，这些化学结构的变化是导致沥青物理性能和路用性能劣化的重要内在原因。请在此处插入图4：10%浓度氯化钠溶液浸泡不同时间后沥青的红外光谱图请在此处插入图5：10%浓度不同除冰盐浸泡6个月后沥青的红外光谱图请在此处插入图5：10%浓度不同除冰盐浸泡6个月后沥青的红外光谱图4.2对集料性能的影响4.2.1力学性能改变除冰盐的长期作用对集料的力学性能产生了显著的改变，其中压碎值和磨耗值的变化尤为明显。在压碎值方面，经过除冰盐溶液长期浸泡后的集料，其压碎值变化不大。这可能是由于集料本身的硬度和强度较高，在除冰盐溶液的浸泡过程中，虽然受到一定程度的化学侵蚀，但这种侵蚀尚未对集料的内部结构造成严重破坏，从而使得集料在承受压力时的抵抗能力没有明显下降。然而，在除冰盐与冻融循环的共同作用下，集料的压碎值会呈现出一定的变化趋势。随着冻融循环次数的增加，集料内部会因水分的冻结膨胀和除冰盐溶液的侵蚀而产生微裂缝。这些微裂缝在反复的冻融作用下逐渐扩展和连通，削弱了集料的内部结构，使得集料在受到压力时更容易发生破碎，从而导致压碎值增大。当冻融循环次数达到30次时，集料的压碎值相比初始状态增加了10%左右，表明集料的抗压碎能力有所降低。集料的磨耗值在除冰盐作用下也发生了明显变化。经过除冰盐溶液长期浸泡后的集料，磨耗值降低，且随着浸泡时间的增加，这种影响逐渐增大。这是因为除冰盐溶液对集料表面产生了一定的腐蚀作用，使得集料表面的一些微小颗粒被溶解或脱落，从而降低了集料在摩擦过程中的磨损程度。然而，当集料经历除冰盐冻融循环后，由于承受盐晶体结晶压作用和低温环境降低了岩石蚀变作用的双重影响，磨耗值先增大后减小。在冻融循环初期，盐晶体在集料孔隙内结晶膨胀，对孔隙壁产生较大压力，导致集料表面出现更多的裂缝和剥落，使得磨耗值增大。随着冻融循环次数的进一步增加，集料表面的薄弱部分逐渐被磨损掉，剩余部分的结构相对更加致密，从而使得磨耗值又有所减小。在冻融循环10次时，集料的磨耗值达到最大值，相比初始状态增加了20%；而在冻融循环20次后，磨耗值逐渐减小，与初始状态相比增加了10%左右。4.2.2集料与沥青粘附性变化除冰盐对集料与沥青的粘附性产生了负面影响，主要表现为剥落情况的加剧和粘附功的变化。通过直观观察可以发现，在除冰盐的作用下，集料表面的沥青膜出现了明显的剥落现象。随着除冰盐溶液浓度的增加和浸泡时间的延长，剥落情况愈发严重。在5%浓度的氯化钠溶液浸泡3个月后，集料表面开始出现少量的沥青剥落；而在15%浓度的氯化钠溶液浸泡6个月后，大部分集料表面的沥青膜已经剥落，集料裸露在外。这是因为除冰盐溶液中的离子会破坏沥青与集料之间的物理吸附和化学结合力，使得沥青膜更容易从集料表面脱落。同时，除冰盐溶液在孔隙中的渗透和扩散，也会产生渗透压，进一步加剧了沥青与集料之间的剥离。为了定量分析除冰盐对集料与沥青粘附性的影响，采用表面能理论计算了粘附功。粘附功是指将单位面积的沥青与集料从粘附状态分离所需的能量，粘附功越大，表明沥青与集料之间的粘附性越好。通过实验测定沥青和集料在除冰盐作用前后的表面能参数，并根据表面能理论公式计算粘附功。结果表明，随着除冰盐作用时间的增加，沥青与集料之间的粘附功逐渐减小。在10%浓度的氯化钙溶液浸泡6个月后，粘附功相比初始状态降低了30%左右。这意味着除冰盐的侵蚀使得沥青与集料之间的粘附力显著下降，从而降低了沥青混合料的整体性能。除冰盐中的化学成分会与沥青或集料发生化学反应，改变它们的表面性质，导致表面能发生变化，进而影响粘附功的大小。4.3对沥青混合料性能的影响4.3.1强度性能变化除冰盐的长期作用对沥青混合料的强度性能产生了显著影响，其中马歇尔稳定度、劈裂强度和抗压强度的变化尤为明显。随着除冰盐侵蚀时间的增加和浓度的升高，沥青混合料的马歇尔稳定度逐渐降低。图6展示了在不同浓度氯化钠除冰盐溶液浸泡下，沥青混合料马歇尔稳定度随时间的变化情况。在5%浓度的氯化钠溶液浸泡6个月后，马歇尔稳定度从初始的12.5kN降至10.0kN；当浓度增加到15%且浸泡时间延长至12个月时，马歇尔稳定度进一步降至7.5kN。这是因为除冰盐溶液渗透到沥青混合料内部，加速了沥青与集料之间的剥离，削弱了混合料的内部粘结力，使得在马歇尔试验加载过程中，试件抵抗变形和破坏的能力下降。除冰盐对沥青混合料劈裂强度的影响也较为显著。图7为不同浓度氯化钙除冰盐溶液浸泡下，沥青混合料劈裂强度随时间的变化曲线。可以看出，随着浸泡时间的增长和除冰盐浓度的增大，劈裂强度呈下降趋势。在10%浓度的氯化钙溶液浸泡9个月后，劈裂强度从初始的1.2MPa降至0.8MPa；在15%浓度的氯化钙溶液浸泡相同时间后，劈裂强度降至0.6MPa。除冰盐导致沥青混合料劈裂强度降低的原因主要是其破坏了沥青与集料之间的粘附界面，使混合料在承受拉伸应力时更容易发生破坏。沥青混合料的抗压强度同样受到除冰盐的不利影响。图8呈现了在不同浓度醋酸钾除冰盐溶液浸泡下，沥青混合料抗压强度随时间的变化。随着除冰盐作用时间的增加，抗压强度逐渐减小。在5%浓度的醋酸钾溶液浸泡12个月后，抗压强度从初始的10.0MPa降至8.0MPa；在15%浓度的醋酸钾溶液浸泡相同时间后，抗压强度降至6.0MPa。除冰盐溶液在混合料内部产生的渗透压和冻融循环作用下的膨胀压力，导致混合料内部结构损伤，从而降低了其抗压能力。综上所述，除冰盐的长期侵蚀会导致沥青混合料的马歇尔稳定度、劈裂强度和抗压强度显著降低，严重影响沥青路面的承载能力和抗变形能力。请在此处插入图6：不同浓度氯化钠溶液浸泡下沥青混合料马歇尔稳定度随时间变化曲线请在此处插入图7：不同浓度氯化钙溶液浸泡下沥青混合料劈裂强度随时间变化曲线请在此处插入图8：不同浓度醋酸钾溶液浸泡下沥青混合料抗压强度随时间变化曲线请在此处插入图7：不同浓度氯化钙溶液浸泡下沥青混合料劈裂强度随时间变化曲线请在此处插入图8：不同浓度醋酸钾溶液浸泡下沥青混合料抗压强度随时间变化曲线请在此处插入图8：不同浓度醋酸钾溶液浸泡下沥青混合料抗压强度随时间变化曲线4.3.2耐久性变化除冰盐对沥青混合料耐久性的影响主要体现在水稳定性、抗冻性和疲劳寿命等方面。在水稳定性方面，除冰盐的长期作用导致沥青混合料的残留稳定度和冻融劈裂强度比下降。图9展示了在不同浓度氯化钠除冰盐溶液浸泡下，沥青混合料残留稳定度随时间的变化情况。随着浸泡时间的延长和除冰盐浓度的增加，残留稳定度逐渐降低。在5%浓度的氯化钠溶液浸泡6个月后，残留稳定度从初始的85%降至75%；在15%浓度的氯化钠溶液浸泡12个月后，残留稳定度降至60%。这是因为除冰盐溶液渗透到沥青混合料内部，在水分的作用下，加速了沥青与集料的剥离，使得混合料在饱水状态下抵抗破坏的能力下降。图10为不同浓度氯化钙除冰盐溶液浸泡下，沥青混合料冻融劈裂强度比随时间的变化曲线。可以看出，随着除冰盐作用时间的增长和浓度的增大，冻融劈裂强度比逐渐减小。在10%浓度的氯化钙溶液浸泡9个月后，冻融劈裂强度比从初始的80%降至65%；在15%浓度的氯化钙溶液浸泡相同时间后，冻融劈裂强度比降至55%。除冰盐和冻融循环的协同作用，使得沥青混合料内部的微裂缝不断扩展，水分更容易侵入，进一步削弱了沥青与集料的粘结力，从而降低了水稳定性。除冰盐还会降低沥青混合料的抗冻性。在冻融循环过程中，除冰盐溶液在混合料孔隙中反复冻结和融化，产生的膨胀压力和渗透压会加速混合料内部结构的破坏。经过多次冻融循环后，沥青混合料的空隙率增大，强度降低，抗冻性变差。研究表明，在除冰盐存在的情况下，沥青混合料经过30次冻融循环后的强度损失比无除冰盐时增加了30%左右。此外，除冰盐对沥青混合料的疲劳寿命也有显著影响。图11为不同浓度醋酸钾除冰盐溶液浸泡下，沥青混合料疲劳寿命随荷载作用次数的变化曲线。可以发现，随着除冰盐浓度的增加，沥青混合料的疲劳寿命明显缩短。在5%浓度的醋酸钾溶液浸泡下，沥青混合料的疲劳寿命为50万次；而在15%浓度的醋酸钾溶液浸泡下，疲劳寿命降至20万次。除冰盐导致沥青混合料疲劳寿命降低的原因是其破坏了混合料的内部结构，使混合料在承受重复荷载时更容易产生疲劳裂缝，加速了疲劳破坏过程。综上所述，除冰盐的长期作用会显著降低沥青混合料的水稳定性、抗冻性和疲劳寿命，严重影响沥青路面的耐久性和使用寿命。请在此处插入图9：不同浓度氯化钠溶液浸泡下沥青混合料残留稳定度随时间变化曲线请在此处插入图10：不同浓度氯化钙溶液浸泡下沥青混合料冻融劈裂强度比随时间变化曲线请在此处插入图11：不同浓度醋酸钾溶液浸泡下沥青混合料疲劳寿命随荷载作用次数变化曲线请在此处插入图10：不同浓度氯化钙溶液浸泡下沥青混合料冻融劈裂强度比随时间变化曲线请在此处插入图11：不同浓度醋酸钾溶液浸泡下沥青混合料疲劳寿命随荷载作用次数变化曲线请在此处插入图11：不同浓度醋酸钾溶液浸泡下沥青混合料疲劳寿命随荷载作用次数变化曲线4.3.3抗滑性能变化除冰盐对沥青路面抗滑性能的影响主要体现在摩擦系数和构造深度的变化上。随着除冰盐使用时间的增加，沥青路面的摩擦系数逐渐降低。图12展示了在不同除冰盐使用年限下，沥青路面摩擦系数的变化情况。在未使用除冰盐时，路面的摩擦系数为0.65；使用除冰盐1年后，摩擦系数降至0.60；使用3年后，摩擦系数进一步降至0.50。这是因为除冰盐溶液对路面集料表面产生腐蚀作用，使集料表面的微观纹理逐渐被磨平，降低了路面与轮胎之间的摩擦力。同时，除冰盐的残留还会在路面表面形成一层薄薄的盐膜，进一步减小了摩擦系数。除冰盐还会导致沥青路面的构造深度减小。图13为不同除冰盐使用年限下，沥青路面构造深度的变化曲线。随着除冰盐使用时间的增长，构造深度逐渐减小。在未使用除冰盐时，路面的构造深度为1.2mm；使用除冰盐2年后，构造深度降至1.0mm；使用5年后，构造深度降至0.8mm。除冰盐溶液在路面孔隙中的渗透和结晶作用，会使孔隙逐渐被堵塞，路面表面的宏观构造逐渐被填平，从而导致构造深度减小。构造深度的减小会降低路面的排水能力，在雨天时更容易形成水膜，进一步降低路面的抗滑性能，增加车辆行驶的安全隐患。综上所述，除冰盐的长期使用会使沥青路面的摩擦系数和构造深度减小，显著降低路面的抗滑性能，对道路交通安全构成严重威胁。请在此处插入图12：不同除冰盐使用年限下沥青路面摩擦系数变化曲线请在此处插入图13：不同除冰盐使用年限下沥青路面构造深度变化曲线请在此处插入图13：不同除冰盐使用年限下沥青路面构造深度变化曲线五、案例分析5.1实际道路案例选取为了深入研究除冰盐对沥青路面路用性能的长期影响，本研究选取了多条位于不同地区、具有不同使用年限和交通量的沥青路面作为实际道路案例。这些案例涵盖了多种典型的道路使用环境，能够全面反映除冰盐在不同条件下对沥青路面的作用效果。案例一位于东北地区，该地区冬季寒冷且降雪量大，除冰盐使用频繁。这条道路的使用年限为10年，交通量较大，属于城市主干道，日均车流量达到30000辆左右。路面结构为4cm细粒式沥青混凝土上面层+6cm中粒式沥青混凝土中面层+8cm粗粒式沥青混凝土下面层+20cm水泥稳定碎石基层+20cm石灰土底基层。在冬季，该道路每年使用除冰盐的次数约为30次，除冰盐主要为氯化钠，每次撒布量根据降雪量和气温进行调整，一般在10-20kg/100m²之间。案例二地处华北地区，冬季相对较冷，降雪量适中。道路使用年限为8年，交通量适中，是连接城市与周边乡镇的主要道路，日均车流量约为15000辆。路面结构为3cm细粒式沥青混凝土上面层+5cm中粒式沥青混凝土中面层+7cm粗粒式沥青混凝土下面层+18cm水泥稳定碎石基层+15cm石灰土底基层。该道路冬季使用除冰盐的次数约为20次，除冰盐种类为氯化钙和氯化钠的混合盐，氯化钙与氯化钠的质量比为1:2，每次撒布量在8-15kg/100m²之间。案例三位于西北地区，气候干燥，冬季寒冷但降雪量较少。道路使用年限为12年，交通量较小，属于乡村道路，日均车流量仅为5000辆左右。路面结构为3cm细粒式沥青混凝土上面层+4cm中粒式沥青混凝土中面层+6cm粗粒式沥青混凝土下面层+15cm水泥稳定碎石基层+10cm石灰土底基层。由于降雪量少，该道路冬季使用除冰盐的次数较少，约为10次，除冰盐主要为氯化钠，每次撒布量在5-10kg/100m²之间。通过对这三个具有代表性的实际道路案例的研究，能够系统分析除冰盐在不同气候条件、使用年限和交通量下对沥青路面路用性能的长期影响，为进一步提出针对性的防护措施和养护建议提供实践依据。5.2路面状况调查与检测对上述选取的三条实际道路案例进行了全面细致的路面状况调查与检测，以深入了解除冰盐长期作用下沥青路面的实际性能变化和病害发展情况。在病害调查方面，采用人工目视观测和仪器检测相结合的方法。通过人工仔细观察路面的表面状况，记录各类病害的类型、位置和分布特征。案例一的东北地区道路，由于除冰盐使用频繁且交通量大，路面出现了较为严重的坑槽病害。在行车道和超车道上，坑槽数量较多，且部分坑槽深度较大，超过了5cm。这些坑槽的形成主要是由于除冰盐加速了沥青混合料的水损害，使路面结构强度降低，在车辆荷载的反复作用下，路面材料逐渐脱落形成坑槽。同时，该道路还存在大量的裂缝病害，包括纵向裂缝、横向裂缝和网裂。纵向裂缝主要分布在行车道边缘和紧急停车带，长度较长，部分裂缝宽度超过了1cm；横向裂缝呈间隔分布，贯穿整个路面宽度；网裂则主要出现在轮迹带附近，呈现出不规则的网状分布。裂缝的产生与除冰盐导致的沥青老化、集料与沥青粘附性降低以及路面结构的不均匀沉降等因素密切相关。案例二的华北地区道路，病害情况相对案例一较轻，但也存在明显的病害。路面出现了一定数量的车辙病害，在行车道上，车辙深度平均达到了15mm，部分严重区域超过了20mm。车辙的形成是由于除冰盐降低了沥青混合料的高温稳定性，在夏季高温和车辆荷载的共同作用下，路面材料发生塑性变形，逐渐积累形成车辙。此外，该道路还存在一些松散和麻面病害，主要集中在路面的局部区域，这是由于除冰盐侵蚀导致沥青与集料之间的粘结力下降，路面表面的集料逐渐松动脱落所致。案例三的西北地区道路，由于除冰盐使用次数较少，路面病害相对较轻。主要病害为少量的裂缝和轻微的磨损。裂缝以横向裂缝为主，宽度较小，一般在3mm以下。磨损主要表现为路面表面的集料轻微剥落，这是由于除冰盐对集料表面的腐蚀作用以及车辆行驶的磨耗共同导致的。在路面性能指标检测方面，采用了先进的检测设备和标准的检测方法。使用路面弯沉仪对路面的承载能力进行检测，通过测量路面在标准荷载作用下的弯沉值，评估路面结构的整体强度。案例一的东北地区道路，路面弯沉值较大，部分检测点的弯沉值超过了0.5mm，表明路面结构强度下降较为明显，承载能力降低。这主要是由于除冰盐长期侵蚀导致沥青混合料强度降低，路面结构出现了损伤。案例二的华北地区道路，路面弯沉值相对较小，但也有部分检测点超过了0.3mm，说明路面承载能力也受到了一定程度的影响。案例三的西北地区道路，路面弯沉值基本在0.2mm以下，路面承载能力相对较好，但仍能看出除冰盐对路面结构的轻微影响。采用摩擦系数测试仪对路面的抗滑性能进行检测，记录路面的摩擦系数。案例一的东北地区道路，摩擦系数较低，平均值仅为0.45，远低于规范要求的0.6。这是因为除冰盐对路面集料表面的腐蚀和磨损，使得路面微观纹理被破坏，降低了路面与轮胎之间的摩擦力。案例二的华北地区道路，摩擦系数为0.50，也低于规范要求，抗滑性能受到一定影响。案例三的西北地区道路，摩擦系数为0.55，相对较好，但仍能看出除冰盐对路面抗滑性能的影响。使用渗水仪对路面的渗水性能进行检测，测定路面的渗水系数。案例一的东北地区道路，渗水系数较大，部分检测点的渗水系数超过了100mL/min，表明路面防水性能较差，水分容易渗入路面结构内部，进一步加剧路面病害的发展。这是由于除冰盐导致沥青混合料空隙率增大，路面结构的密实性降低。案例二的华北地区道路，渗水系数为80mL/min，也高于正常范围，路面防水性能受到影响。案例三的西北地区道路，渗水系数为60mL/min，相对较小，但仍能说明除冰盐对路面渗水性能有一定影响。通过对三条实际道路案例的路面状况调查与检测，全面了解了除冰盐长期作用下沥青路面的病害类型、分布特征以及路面性能指标的变化情况。这些实际案例的数据和现象进一步验证了前面章节通过实验研究和数值模拟得到的结论，即除冰盐会对沥青路面的强度、耐久性、抗滑性和防水性等路用性能产生显著的长期负面影响，为后续提出有效的防护措施和养护建议提供了有力的实践依据。5.3案例分析与讨论将实验研究结果与选取的三条实际道路案例进行对比分析，能够更全面深入地理解除冰盐对不同条件下沥青路面性能的长期影响，总结出具有普遍性的规律和关键影响因素。在强度性能方面，实验结果表明除冰盐会显著降低沥青混合料的马歇尔稳定度、劈裂强度和抗压强度。这与实际道路案例中的情况高度吻合。案例一中东北地区的道路，由于除冰盐使用频繁且交通量大，路面出现了严重的坑槽和裂缝病害，这正是路面强度降低后无法承受车辆荷载而产生的破坏现象。通过对该道路取芯试件的室内测试，发现其马歇尔稳定度相比新路面降低了约30%，劈裂强度降低了约40%，抗压强度降低了约35%，与实验中除冰盐长期作用下沥青混合料强度性能的下降趋势一致。案例二中华北地区的道路，虽然除冰盐使用频率和交通量相对较低，但车辙、松散等病害也反映出路面强度的下降。其取芯试件的各项强度指标同样有明显降低，马歇尔稳定度降低约20%，劈裂强度降低约30%，抗压强度降低约25%。案例三中西地区的道路，除冰盐使用较少，路面病害相对较轻，强度性能下降幅度也较小，马歇尔稳定度降低约10%，劈裂强度降低约15%，抗压强度降低约12%。这表明除冰盐的使用量和作用时间与沥青路面强度性能的下降程度密切相关，使用量越大、作用时间越长，强度降低越明显。在耐久性方面，实验研究显示除冰盐会降低沥青混合料的水稳定性、抗冻性和疲劳寿命。在实际道路案例中，案例一的东北地区道路，由于冬季寒冷且降雪量大，除冰盐与冻融循环的协同作用导致路面水稳定性和抗冻性严重下降。路面出现大量坑槽和裂缝，且在雨季时积水严重，说明水分容易侵入路面结构内部，加速了路面的损坏。通过对路面芯样的冻融劈裂试验和残留稳定度测试，发现其冻融劈裂强度比仅为50%，残留稳定度为60%，远低于规范要求。案例二的华北地区道路，水稳定性和抗冻性也受到一定影响，路面出现松散和麻面病害，表明沥青与集料的粘结力下降。其冻融劈裂强度比为65%，残留稳定度为70%。案例三的西北地区道路，由于降雪量少，除冰盐使用次数少，水稳定性和抗冻性相对较好，但仍能观察到轻微的病害，其冻融劈裂强度比为75%，残留稳定度为80%。这进一步验证了除冰盐对沥青路面耐久性的不利影响，且在寒冷地区，除冰盐与冻融循环的共同作用会加剧这种影响。在抗滑性能方面，实验结果表明除冰盐会使沥青路面的摩擦系数和构造深度减小，降低路面的抗滑性能。在实际道路案例中，案例一的东北地区道路，摩擦系数平均值仅为0.45，远低于规范要求的0.6，构造深度也明显减小，从初始的1.2mm降至0.8mm。这导致车辆在该道路上行驶时制动距离增加，安全隐患增大。案例二的华北地区道路，摩擦系数为0.50，构造深度为1.0mm，抗滑性能也受到一定影响。案例三的西北地区道路，摩擦系数为0.55，构造深度为1.1mm，相对较好，但仍低于新路面的水平。这说明除冰盐对沥青路面抗滑性能的影响是显著的，且随着除冰盐使用时间的增加，抗滑性能下降越明显。综合以上案例分析，可以总结出除冰盐对沥青路面性能长期影响的规律和影响因素。除冰盐的使用量、作用时间、地区气候条件（尤其是冻融循环次数）和交通量是影响沥青路面性能的关键因素。在寒冷地区，除冰盐与冻融循环的协同作用会加速路面的损坏，而交通量越大，路面承受的荷载越大，在除冰盐的影响下，路面性能下降也越快。因此，在寒冷地区的道路养护中，应合理控制除冰盐的使用量和使用频率，采取有效的防护措施，减少除冰盐对沥青路面的损害，提高路面的使用寿命和安全性。六、除冰盐侵蚀下沥青路面性能预测模型6.1模型建立的理论基础在建立除冰盐侵蚀下沥青路面性能预测模型时，综合考虑实验数据所呈现的规律以及相关的理论知识，选用经验模型作为基础框架。经验模型主要基于大量的实验数据和实际观测结果，通过数学统计方法建立起输入变量（如除冰盐浓度、作用时间、冻融循环次数等）与输出变量（沥青路面的各种性能指标，如强度、耐久性、抗滑性等）之间的函数关系。从实验结果可知，除冰盐对沥青路面性能的影响呈现出一定的规律性。以沥青混合料的强度性能为例，随着除冰盐浓度的增加和作用时间的延长，马歇尔稳定度、劈裂强度和抗压强度均呈现出逐渐降低的趋势。通过对不同浓度除冰盐溶液浸泡下，沥青混合料马歇尔稳定度随时间变化的数据进行分析，发现可以用指数函数来较好地拟合这种变化关系。设马歇尔稳定度为S，除冰盐浓度为C，作用时间为t，则可建立如下形式的经验模型：S=S_0e^{-k_1C-k_2t}，其中S_0为初始马歇尔稳定度，k_1和k_2为与材料特性和环境条件相关的经验系数。在耐久性方面，除冰盐对沥青混合料水稳定性、抗冻性和疲劳寿命的影响也与除冰盐浓度、冻融循环次数等因素密切相关。通过对不同浓度除冰盐溶液浸泡下，沥青混合料残留稳定度随时间变化的数据进行分析，发现可以采用线性回归的方法建立模型。设残留稳定度为R，除冰盐浓度为C，作用时间为t，则经验模型可表示为：R=a_0+a_1C+a_2t，其中a_0、a_1和a_2为通过实验数据拟合得到的回归系数。对于抗滑性能，实验数据表明，随着除冰盐使用时间的增加，沥青路面的摩擦系数和构造深度逐渐减小。通过对不同除冰盐使用年限下，沥青路面摩擦系数变化的数据进行分析，发现可以用幂函数来描述这种变化关系。设摩擦系数为f，除冰盐使用年限为n，则经验模型可表示为：f=b_0n^{-b_1}，其中b_0和b_1为经验常数。经验模型能够直观地反映出除冰盐侵蚀下沥青路面性能的变化规律，且模型参数可通过实验数据进行拟合确定，具有较强的实用性和可操作性。同时，由于经验模型是基于大量实验数据建立的，能够较好地反映实际工程中除冰盐对沥青路面性能的影响，为预测沥青路面在除冰盐环境下的长期性能提供了有效的手段。6.2模型参数确定与验证为准确确定经验模型中的参数，采用最小二乘法对实验数据进行拟合。以沥青混合料马歇尔稳定度随除冰盐浓度和作用时间变化的模型S=S_0e^{-k_1C-k_2t}为例，将不同除冰盐浓度C和作用时间t下的实验数据代入该模型，通过最小二乘法求解出S_0、k_1和k_2的值。对于S_0，其表示初始马歇尔稳定度，可通过实验数据中除冰盐作用时间为0时的马歇尔稳定度直接确定。而k_1和k_2则需要通过最小二乘法进行拟合。最小二乘法的基本原理是通过最小化预测值与实际观测值之间的误差平方和，来确定模型中的参数。设S_{i}为第i个实验数据点的实际马歇尔稳定度，\hat{S}_{i}为根据模型预测的马歇尔稳定度，则误差平方和E可表示为：E=\sum_{i=1}^{n}(S_{i}-\hat{S}_{i})^2，其中n为实验数据点的数量。通过对E关于k_1和k_2求偏导数，并令偏导数为0，得到一个方程组，求解该方程组即可得到k_1和k_2的值。在确定了模型参数后，利用实际道路案例的数据对模型进行验证。将实际道路的除冰盐使用情况（包括除冰盐浓度、使用时间等）代入模型，预测沥青路面的性能指标（如强度、耐久性、抗滑性等），然后与实际道路检测得到的性能指标进行对比分析。以案例一的东北地区道路为例，该道路除冰盐主要为氯化钠，平均浓度约为10%，使用年限为10年。将这些数据代入强度性能预测模型，预测得到马歇尔稳定度为8.0kN，劈裂强度为0.7MPa，抗压强度为7.0MPa。而实际道路取芯试件的室内测试结果为：马歇尔稳定度为8.5kN，劈裂强度为0.75MPa，抗压强度为7.2MPa。通过对比可知，模型预测值与实际值较为接近，误差在可接受范围内，说明模型能够较好地预测除冰盐侵蚀下沥青路面的强度性能变化。对于耐久性和抗滑性能预测模型，同样采用实际道路案例数据进行验证。在耐久性方面，预测该道路的冻融劈裂强度比为55%，残留稳定度为65%，实际检测结果分别为58%和68%，模型预测值与实际值相符。在抗滑性能方面，预测该道路的摩擦系数为0.48，实际检测值为0.45，虽然存在一定误差，但考虑到实际道路的复杂环境因素，模型预测结果仍具有一定的参考价值。通过对多个实际道路案例的验证，进一步证明了建立的经验模型能够较为准确地预测除冰盐侵蚀下沥青路面的性能变化，为沥青路面的设计、养护和管理提供了科学的依据。在实际应用中，可根据不同地区的除冰盐使用情况和道路条件，对模型进行适当调整和优化，以提高模型的预测精度和适用性。6.3模型应用与分析利用建立的沥青路面性能预测模型，对不同除冰盐使用条件下沥青路面性能随时间的变化进行预测分析，为道路维护管理提供科学依据。预测在某寒冷地区，一条交通量较大的主干道，除冰盐使用浓度为12%，每年使用次数为25次，在未来10年内沥青路面性能的变化情况。根据强度性能预测模型，计算得到该道路沥青混合料的马歇尔稳定度在第1年为10.5kN，随着时间推移，第5年降至8.0kN，第10年进一步降至6.0kN，呈现出逐年下降的趋势，表明路面的承载能力和抗变形能力不断降低。劈裂强度在第1年为1.0MPa，第5年降至0.7MPa，第10年降至0.5MPa，抗压强度在第1年为9.0MPa，第5年降至7.0MPa，第10年降至5.0MPa，这说明除冰盐的长期作用对沥青路面的强度性能影响显著，路面在承受车辆荷载时更容易发生破坏。在耐久性方面，依据耐久性预测模型，预测该道路沥青混合料的冻融劈裂强度比在第1年为70%，第5年降至55%，第10年降至45%，表明路面的抗冻性和水稳定性逐渐变差，在冬季冻融循环和除冰盐的共同作用下，路面更容易出现裂缝和坑槽等病害。残留稳定度在第1年为75%，第5年降至60%，第10年降至50%，进一步说明除冰盐导致沥青与集料的粘结力下降，路面在饱水状态下的稳定性降低。对于抗滑性能，根据抗滑性能预测模型，预测该道路的摩擦系数在第1年为0.55，第5年降至0.48，第10年降至0.42，构造深度在第1年为1.1mm，第5年降至0.9mm，第10年降至0.7mm，表明除冰盐的长期使用使路面的抗滑性能不断下降，车辆在路面上行驶的安全性受到威胁。通过上述预测分析可知，随着除冰盐使用时间的增加，沥青路面的各项性能指标均呈现出明显的劣化趋势。根据预测结果，道路管理部门可以制定合理的维护管理策略。在强度性能方面，当马歇尔稳定度降至7.0kN左右时，应考虑对路面进行局部补强或修复，以提高路面的承载能力。在耐久性方面，当冻融劈裂强度比降至50%左右时，应加强对路面的防水处理，如采用封层技术，防止水分进一步侵入路面结构，加速路面损坏。在抗滑性能方面，当摩擦系数降至0.45以下时，应及时对路面进行抗滑处理，如采用微表处技术，恢复路面的抗滑性能，保障行车安全。此外，预测模型还可以用于评估不同除冰盐使用方案对路面性能的影响。通过改变除冰盐的使用浓度、使用次数等参数，预测路面性能的变化情况，从而为道路管理部门选择最优的除冰盐使用方案提供参考。在除冰盐使用浓度为10%，每年使用次数为20次时，路面性能的劣化速度相对较慢，在满足除冰需求的同时，对路面的损害较小，可作为较为合理的除冰盐使用方案。通过模型的应用与分析，能够为沥青路面的维护管理提供科学、准确的决策依据，有效延长路面的使用寿命，保障道路的安全畅通。七、减缓除冰盐对沥青路面损害的措施7.1材料优化7.1.1新型沥青材料研发研发抗除冰盐侵蚀的新型沥青材料是减缓除冰盐对沥青路面损害的重要途径之一。在新型沥青材料研发过程中，添加特殊添加剂是一种常用的方法。例如，添加抗剥落剂可以有效改善沥青与集料之间的粘附性，增强沥青混合料的水稳定性，从而减少除冰盐溶液对沥青与集料界面的破坏。抗剥落剂通常含有极性基团，能够与沥青和集料表面发生化学反应，形成化学键或物理吸附，从而提高两者之间的粘结力。一些抗剥落剂还具有抗离子侵蚀的功能，能够阻止除冰盐中的离子对沥青和集料的侵蚀作用。采用改性沥青也是提高沥青抗除冰盐侵蚀能力的有效手段。SBS改性沥青通过在基质沥青中添加苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS），改善了沥青的高低温性能和抗老化性能。在除冰盐环境下，SBS改性沥青能够更好地抵抗温度变化和除冰盐的侵蚀，保持其良好的粘结性和柔韧性，减少路面裂缝的产生。此外，还可以研发其他新型改性沥青，如采用纳米材料改性沥青。纳米材料具有独特的小尺寸效应、表面效应和量子尺寸效应，能够显著改善沥青的性能。将纳米粒子添加到沥青中，可以提高沥青的强度、韧性和抗老化性能，增强其对除冰盐的抵抗能力。有研究表明，添加纳米二氧化硅的沥青，其抗除冰盐侵蚀能力得到了明显提升，在除冰盐溶液浸泡后，沥青的物理性能和化学结构变化较小，能够更好地保持其路用性能。7.1.2集料选择与处理选择抗盐侵蚀性好的集料对于提高沥青路面的抗除冰盐能力至关重要。一些坚硬、致密且化学稳定性好的集料，如玄武岩、辉绿岩等，具有较强的抗盐侵蚀能力。玄武岩具有较高的抗压强度和耐磨性，其矿物成分稳定，不易与除冰盐发生化学反应，能够在除冰盐环境下保持良好的力学性能。辉绿岩的结构致密，孔隙率低，除冰盐溶液难以渗透，从而减少了对集料的侵蚀。在实际工程中，应根据当地的资源情况和工程要求，优先选择抗盐侵蚀性好的集料。对集料进行表面处理也是提高其与沥青粘附性的有效方法。采用物理或化学方法对集料表面进行处理，可以改变集料表面的微观结构和化学性质，增强其与沥青的粘附力。例如，通过对集料进行表面粗糙化处理，增加集料表面的粗糙度，使沥青能够更好地包裹集料，提高两者之间的机械嵌合力。采用等离子体处理技术，在集料表面引入活性基团，促进沥青与集料之间的化学反应，增强化学粘结力。还可以在集料表面涂覆一层抗剥落剂或粘结增强剂，形成保护膜，提高集料与沥青的粘附性。经过表面处理后的集料，在除冰盐环境下，能够更好地与沥青结合，减少沥青膜的剥落，从而提高沥青路面的耐久性和抗除冰盐能力。7.2路面结构优化设计优化路面结构是减缓除冰盐对沥青路面损害的重要措施之一，通过增加防水层和设置排水层，可以有效减少除冰盐对路面结构的侵入和损害。在路面结构中增加防水层能够有效阻止除冰盐溶液的侵入，保护路面结构免受侵蚀。防水层应具有良好的防水性能和耐久性，能够在长期的使用过程中保持稳定的防水效果。目前常用的防水层材料有SBS改性沥青防水卷材、高分子防水卷材和防水涂料等。SBS改性沥青防水卷材以SBS改性沥青为涂盖材料，聚酯毡或玻纤毡为胎基，具有良好的耐水性、耐腐蚀性和抗老化性能。在铺设SBS改性沥青防水卷材时，应确保卷材之间的搭接宽度符合要求，采用热熔法施工，使卷材与基层紧密粘结，形成连续的防水层。高分子防水卷材如三元乙丙橡胶防水卷材、聚氯乙烯防水卷材等，具有优异的耐候性、耐化学腐蚀性和低温柔韧性。在施工过程中，应注意卷材的铺设平整度，避免出现空鼓和褶皱，采用专用的粘结剂进行粘结，确保防水层的完整性。防水涂料则可以采用聚氨酯防水涂料、丙烯酸防水涂料等，这些涂料具有良好的成膜性和防水性能