田盛鼎，胡松山

(1.貴州高速公路集團有限公司，貴州 貴陽 550004；2.廣西交通科學(xué)研究院有限公司，廣西 南寧 530007；3.廣西道路結(jié)構(gòu)與材料重點實驗室，廣西 南寧 530007)

0 引言

瀝青路面凝冰易導(dǎo)致路表抗滑能力急劇下降，在極端氣候條件下存在嚴(yán)重的運營安全隱患。路面凝冰如不及時采取相應(yīng)措施，也容易對瀝青路面造成直接或間接的破壞，如何防治瀝青路面凝冰現(xiàn)象已成為亟待解決的問題[1]。

抗凝冰技術(shù)是近幾年國內(nèi)外研究的熱點，技術(shù)措施可大致劃分為被動式和主動式，其中被動式抗凝結(jié)技術(shù)主要有安裝發(fā)熱電纜、地?zé)峁?、太陽能發(fā)熱、導(dǎo)電混凝土或相變儲能材料等融雪技術(shù)；主動式抗凝結(jié)技術(shù)有路面涂層、添加抗凝冰材料和主動式智能噴灑防冰除冰系統(tǒng)等技術(shù)方法。

本文以貴州畢節(jié)至都格高速公路為依托工程，重點選取路面涂層、主動式智能噴灑系統(tǒng)和添加抗凝冰改性劑三種抗凝冰技術(shù)和方案，鋪裝試驗段進行實體驗證，從實施過程控制和后期性能檢測等方面對三種抗凝冰技術(shù)的融雪效果進行客觀評價，具有較大的工程實踐和科研價值。

1 抗凝冰涂層技術(shù)

抗凝冰涂層技術(shù)是在瀝青路面表面涂刷或噴灑一層具有高黏結(jié)、高耐磨性的路面功能層，涂層形成致密防水層將路表封閉，起到較好的封閉路面裂縫功能，能防止路面水損害，具有預(yù)防性養(yǎng)護效果。該功能層使路表無法結(jié)冰，達(dá)到融雪除冰的效果。

1.1 自融冰雪涂層試驗段

為檢驗自融冰雪路面涂層實際除冰融雪效果，本文選用國內(nèi)某科研單位自主研發(fā)的抗凝冰涂料于2015-12-05對貴州畢節(jié)至都格高速公路K146+890～K147+659左幅路段進行試驗段施工，采用人工灑布施工，灑布量控制在0.6～1.0 kg/m2。因冬季施工環(huán)境氣溫較低，涂層固化速度稍慢，施工后封閉養(yǎng)生2 h。由抗凝冰涂層涂抹后試驗結(jié)果可知：普通路面積雪明顯，無路面裸露，車輛碾壓后成冰雪狀。試驗段路面積雪消融顯著，說明自融冰雪涂層實際融雪較好，基本達(dá)到“小雪自消融，大雪不結(jié)冰”的效果。

現(xiàn)場對融雪后的路表進行摩擦系數(shù)測試，詳見表1所示。噴灑自融雪涂層后的瀝青路面在一次融雪天氣之后，路面抗滑性能降低，部分檢測數(shù)據(jù)不能滿足規(guī)范要求，從而影響快速行車安全。綜合分析，抗凝冰涂層技術(shù)能夠阻止冰層與路面附著，對路面結(jié)構(gòu)無影響情況下，降低路表抗滑性能，是一種可行的抗凝冰技術(shù)，適用于慢速行車路段。

表1 摩擦系數(shù)試驗檢測表

2 智能路面融冰預(yù)警系統(tǒng)

智能路面融冰預(yù)警系統(tǒng)是一種系統(tǒng)性的新型現(xiàn)代化防冰策略，該系統(tǒng)采用埋置于路面的自動傳感器，其中傳感器包括液固感知材料、液固變相探測器和信號調(diào)理系統(tǒng)，對路表溫度和結(jié)冰點進行高精度量測，基于關(guān)鍵閾值參數(shù)，激活噴淋系統(tǒng)，在結(jié)冰之前依據(jù)環(huán)境溫度變化趨勢，自動噴灑防冰液防止冰的形成和雪的結(jié)塊，從而能夠有針對性地使路政管理人員對擬產(chǎn)生凝冰的路段進行防凝冰預(yù)先處置。

試驗路段在貴州畢節(jié)至都格高速公路K148+250～K150+100右幅，采用國內(nèi)某科研單位研發(fā)的智能路面融冰預(yù)警系統(tǒng)。

智能路面融冰預(yù)警系統(tǒng)的噴灑系統(tǒng)主要利用液固相變發(fā)生器實時探測路面過冷水滴液實際凝冰溫度，根據(jù)實時采集的凝冰探測溫度值、路表溫度傳感器的溫度值、環(huán)境大氣溫度黃安琪的溫度值和環(huán)境濕度傳感器的相對濕度值。安裝后10 d內(nèi)該地區(qū)出現(xiàn)中雪，系統(tǒng)正常運行后除冰效果明顯。

3 抗凝冰瀝青混合料技術(shù)

抗凝冰混合料技術(shù)采用抗凝冰改性劑直接摻入瀝青混合料當(dāng)中，形成具有抑制路表凝冰效果，從而有效提高冰雪天下條件下道路通行能力，保障行車安全。畢度高速公路采用的抗凝冰改性劑成分主要為鹽化物，當(dāng)其作為添加劑摻加到瀝青混合料當(dāng)中時，遇到降雪會溶出鹽化物主要成分，發(fā)生離子交換作用，放出一定熱量，降低冰點。

本文選取國內(nèi)某科研單位自制研發(fā)的抗凝冰改性劑進行室內(nèi)研究并鋪筑試驗段，過程控制通過紅外熱像儀對抗凝冰瀝青瑪蹄脂混合料進行監(jiān)測，有效保證抗凝冰路段的壓實效果。該抗凝冰改性劑主要成分包括鹽化物、緩釋劑、抗腐蝕劑和增強劑，技術(shù)指標(biāo)如表2所示。

表2 抗凝冰改性劑技術(shù)要求表

結(jié)合現(xiàn)行《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40)進行抗凝冰瀝青混合料配合比設(shè)計。試驗中采用SMA-13瀝青混合料，其級配曲線如下頁圖1所示。為確定最佳抗凝冰改性劑摻量，室內(nèi)通過凍融劈裂試驗，以瀝青混合料質(zhì)量的2%、4%、5%、6%、7%五種不同摻量進行凍融劈裂試驗，結(jié)果見圖2。

圖1 SMA-13級配曲線圖

圖2 抗凝冰改性劑最佳用量確定曲線圖

由圖2可見，抗凝冰改性劑在摻量為5.3%情況下，瀝青混合料凍融劈裂強度比達(dá)到最大。室內(nèi)以SMA-13油石比為6.5%，絮狀木質(zhì)素纖維摻量為0.3%，抗凝冰改性劑摻量為5.3%。

圖3 不同溫度氯離子濃度變化對比曲線圖

為進一步評價該抗凝冰材料抗凝冰耐久性，室內(nèi)通過動態(tài)水模擬實驗，將抗凝冰車轍板試件浸泡于溫度分別為-10 ℃、0 ℃、5 ℃、15 ℃、25 ℃、35 ℃的水中，按照試驗段平均降雨量分15次給車轍板噴水，每次測定水中的氯離子含量變化。由圖3可知：隨著每次沖淋次數(shù)的增加，溶液中氯離子含量逐漸增加，說明在路面淋濕狀態(tài)下氯離子含量會相應(yīng)有部分流失，溫度越低流失量越大，從而在冰凍條件下起到抗冰效用。

室內(nèi)驗證添加抗凝冰改性劑和未添加抗凝冰改性劑瀝青混合料性能驗證，結(jié)果見表3?？鼓男詣┑奶砑釉龃蠡旌狭险掣叫阅軓亩邷胤€(wěn)定性提高，而相應(yīng)的水穩(wěn)定性和低溫抗裂性能較普通瑪蹄脂瀝青混合料降低。

表3 性能測試結(jié)果表

為有效控制抗凝冰瑪蹄脂瀝青混合料在攤鋪過程中溫度控制的準(zhǔn)確性，試驗路段采用紅外熱成像技術(shù)對試驗段鋪筑效果進行跟蹤觀測。本文采用的是Fluke紅外熱成像儀，型號為Ti25。

為確保抗凝冰瑪蹄脂瀝青路面的整體質(zhì)量，在試驗段鋪筑過程中嚴(yán)格控制每一施工環(huán)節(jié)溫度，2015-12-09對貴州畢節(jié)至都格高速公路K147+740～K148+740左幅上面層碾壓全過程實施紅外熱成像儀檢測，目的在于監(jiān)測瀝青混合料在碾壓過程中溫度散失的情況，如圖4所示。隨著碾壓工藝逐步推進，路表溫度受天氣影響下降較快，仍能滿足規(guī)范規(guī)定。

圖4 攤鋪與碾壓階段溫度變化示意圖

分別對五個樁號碾壓過程中的溫度實施檢測，并對溫度變異的位置進行標(biāo)記，鉆芯取樣測試其壓實度、滲水系數(shù)、構(gòu)造深度和摩擦系數(shù)監(jiān)測，檢測結(jié)果見表4。

表4 制定樁號監(jiān)測數(shù)據(jù)表

注：壓實度按最大理論密度進行控制

圖5 溫度離析與壓實度變異關(guān)系圖

研究中選取五個典型樁號進行現(xiàn)場碾壓控制，見圖5。結(jié)論得出同一樁號處，溫度離析越嚴(yán)重，壓實度變異越大。根據(jù)紅外熱像儀的溫度圖像，可以大致檢查攤鋪碾壓過程中存在少壓漏壓或者壓實度不足的現(xiàn)象，進一步保證了抗凝冰瀝青混合料工程應(yīng)用效果。

由表4可知：抗凝冰改性劑瀝青瑪蹄脂路面各項指標(biāo)符合規(guī)范要求，抗滑系數(shù)雖有所降低，但仍大于54的規(guī)范要求。因此，抗凝冰混合料保證了路面表面的摩擦性能，使得降雪凝冰期間的行駛安全得到充分保證，融雪效果明顯。

4 結(jié)語

本文選取的三種抗凝冰技術(shù)和方案均能達(dá)到一定的抗凝冰效果，是可行的抗凝冰技術(shù)，并得出以下結(jié)論：

(1)從抗凝冰涂料除雪效果來看，該抗凝冰涂層技術(shù)噴涂施工工藝簡單、成本低廉，是一種經(jīng)濟、低碳、環(huán)保型主動凝冰技術(shù)。

(2)智能路面融冰預(yù)警系統(tǒng)可動態(tài)掌控路面冰雪路況，根據(jù)天氣變化及時達(dá)到融雪除冰效果，實現(xiàn)道路早期凝冰預(yù)警及自動化處置，為路政管理提供便捷式服務(wù)。自動智能防冰除冰系統(tǒng)的噴淋裝置系統(tǒng)可結(jié)合海綿城市建設(shè)，將收集的城市降水進行凈化，輸送至凈化水儲存罐，根據(jù)路面氣溫、濕度等信息，可冬季自動噴灑防冰液，夏季自動噴灑清水，實現(xiàn)夏季高溫高架橋橋面的除塵、降溫，生態(tài)環(huán)保、綜合利用水資源的理念與技術(shù)創(chuàng)新，并作為海綿城市的關(guān)鍵技術(shù)之一。

(3)抗凝冰瀝青混合料技術(shù)施工碾壓工藝要求較高，極端天下施工條件下，熱紅外成像技術(shù)有效可作為有效評價抗凝冰路面現(xiàn)場溫度離析技術(shù)手段。

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