盐储添加剂制备方法对环氧沥青混合料性能的影响

《ACS Omega》：Effect of Preparation Methods for Salt-Storage Additives on the Properties of Epoxy Asphalt Mixture

　　

降低掺入融雪盐添加剂对抗冻沥青混合料性能的不良影响，是抗冻路面技术的关键研究方向之一。本研究采用不同方法合成五种盐储添加剂（Salt-Storage Additive，SSA），并将其掺入环氧沥青混合料。通过扫描电子显微镜（SEM）表征表面形貌，连续浸泡试验评价缓释性能，傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析环氧沥青砂浆固化度，并评估力学性能与所制备SSA改性环氧沥青混合料的路用性能。结果表明，底喷包衣法制备的SSA-E较未处理SSA-A释放时间延长51.1 h；相较于SSA-A环氧沥青砂浆，SSA-E环氧沥青砂浆抗拉强度、剪切强度和黏附强度分别提升43.37%、50.27%和33.85%；SSA-E环氧沥青混合料马歇尔稳定度与动态稳定度较SSA-A分别改善84.48%和60.08%。上述结果说明，融雪盐包覆越完整，对环氧沥青砂浆及混合料性能影响越小。本研究为减轻融雪盐对沥青混合料性能的不利影响提供了有效途径。

研究背景方面，路面冰雪积聚严重威胁行车安全，中国约15%–35%交通事故与冰雪路面相关。传统融雪剂与机械除冰成本高且具时效性，掺入盐储添加剂的抗冻沥青混凝土（AFAC）可经毛细压力与荷载作用缓慢释盐，兼具持续融雪与降黏优势。然而盐溶液作为极性液体易侵入沥青-集料界面，置换沥青分子，削弱界面黏结，导致AFAC水稳定性下降、空隙率增大与早期水损害。现有研究多聚焦常规沥青，盐储添加剂与环氧沥青体系的相互作用尚属空白。环氧沥青由环氧树脂（A组分）与胺类固化剂多组分（B组分）交联形成三维网络，可从根本上提升黏结强度与耐久性，为AFAC性能增强提供新路径。

研究人员制备五种SSA：SSA-A为球磨氯化钙（CaCl₂）；SSA-B为硅藻土浸渍饱和CaCl₂后干燥球磨；SSA-C为CaCl₂与热塑性酚醛树脂熔融混合冷却球磨；SSA-D为载CaCl₂硅藻土与酚醛树脂熔融混合冷却球磨；SSA-E以乙基纤维素为壁材、CaCl₂为芯材经底喷包衣流化床制成微胶囊。均以等体积替代矿粉掺入AC-13级配环氧沥青混合料，油石比5.1%。

关键技术方法包括：SEM观察添加剂表面形貌；连续浸泡-离子色谱法测定CaCl₂累积释放量评价缓释；ATR-FTIR以913 cm^–1环氧基带面积与2935/2870 cm^–1甲基亚甲基带面积之比计算环氧指数（E_i）表征固化度；依据ASTM与JTG 3410–2025测试砂浆拉伸/剪切/黏附强度；混合料经马歇尔稳定度、车辙动稳定度、低温小梁弯曲、浸水马歇尔与冻融劈裂试验评价路用性能。样本为实验室制备的五种SSA及对应环氧沥青砂浆与AC-13混合料，无外部队列。

研究结果如下。3.1.1盐储添加剂表面微形态：SEM显示SSA-E呈球形微胶囊且表面膜连续完整，SSA-C有酚醛树脂膜但细盐粒较多，SSA-B盐粒散附硅藻土，SSA-D类似SSA-C。3.1.2释放性能：连续浸泡曲线表明SSA-A/B/C在0.1 h即达最大释放，无缓释；SSA-D 0.8 h达96%最大释放；SSA-E约25.6 h达最大释放，3.2 h仍保盐超10%，底喷包衣乙基纤维素壁材赋予最优缓释。3.2.1环氧沥青砂浆力学性能：粉胶比1.6时，SSA-A拉伸、剪切、黏附强度仅为SSA-E的69.7%、66.5%、74.7%；空白样强度高于所有SSA改性样，包覆越完整对环氧基体黏附削弱越小，且缓释性越好影响越小。3.2.2 ATR-FTIR固化度：CaCl₂溶出Cl^–与异佛尔酮二胺成胺盐消耗固化剂，降低环氧固化。E_i值SSA-A 0.390、SSA-B 0.101、SSA-C 0.136、SSA-D 0.051、SSA-E 0.017，SSA-E仅SSA-A的4.4%，证明完整包封最大限度减小对固化的干扰。3.3.1混合料力学性能：马歇尔稳定度SSA-A较空白降50.6%，SSA-E仅降8.9%，与E_i顺序一致。3.3.2高温稳定性：动稳定度均超1000次/mm，SSA-A至SSA-E较空白降幅由40.5%降至4.7%，固化度高则交联密、抗高温迁移强。3.3.3低温抗裂性：SSA改性样刚度模量与弯拉强度低于空白、最大弯拉应变高于空白；SSA-A变化最大（刚度降43.12%、强度降30.34%、应变升22.46%），SSA-E变化最小（分别为2.48%、1.86%、0.01%），趋势与高温力学相反。3.3.4水敏感性：残马歇尔稳定度与冻融劈裂强度比均满足规范且优于普通AFAC；SSA-A较空白降11.5%与16.8%，SSA-E仅降3.3%与5.3%，环氧三维网络锚固集料缓解水损。

讨论与结论部分指出，制备方法主导包封质量与缓释性，SSA-E连续均匀包衣实现可控释盐；盐储添加剂均降低环氧固化度，但降幅取决于CaCl₂包封完整度，未包封盐过早与固化剂反应抑制交联，SSA-E完全包封将干扰降至最低；固化度直接决定混合料力学与路用表现，SSA-E因最小固化干扰与优缓释性在高低温水稳各项指标居首；五种环氧沥青混合料残马歇尔与冻融劈裂比均达标，证实环氧沥青可补偿盐添加剂致水稳劣化，优于常规沥青体系。综上，SSA-E所代表的CaCl₂完全包封底喷工艺具明确优越性，推荐用于需长期稳定释盐与高耐久路面场景。该文发表于《ACS Omega》。