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一項(xiàng)嶄新的綠色抗凝冰路面鋪裝技術(shù)，被應(yīng)用在冬奧會(huì)的必經(jīng)之路延崇高速公路北京段上，于是，撒布融雪劑破壞環(huán)境、人力作業(yè)降低運(yùn)輸效率、機(jī)械作業(yè)除冰不徹底等問(wèn)題迎刃而解。

延崇高速北京段是2022年冬奧會(huì)賽場(chǎng)聯(lián)絡(luò)通道和重要保障工程，路面抗冰雪凝結(jié)成為建設(shè)過(guò)程中的重要課題。

打破傳統(tǒng)的必要性

延崇高速公路為北京市與河北省張家口地區(qū)連通的一條重要道路，也是2022年北京冬奧會(huì)的重要賽場(chǎng)聯(lián)絡(luò)線。該條高速公路的建設(shè)不僅是保障冬奧會(huì)順利召開的重要工程，有利于落實(shí)“堅(jiān)持綠色辦奧、共享辦奧、開放辦奧、廉潔辦奧，確保把2022年冬奧會(huì)辦成一屆精彩、非凡、卓越的奧運(yùn)盛會(huì)”的要求，而且為完善高速公路網(wǎng)、推進(jìn)京津冀協(xié)同發(fā)展和促進(jìn)沿線地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。

延崇高速公路北京段所處地區(qū)氣候寒冷，年平均氣溫8攝氏度至9攝氏度，山頂局部的年平均氣溫在2攝氏度至4攝氏度；極端最高氣溫39.8攝氏度，極端最低氣溫零下27.3攝氏度；無(wú)霜期僅有150天至160天，年平均降水量為493毫米。延崇高速公路北京段山區(qū)路段較多，全線橋隧比高達(dá)87%；山區(qū)高速公路背陰區(qū)段、隧道出入口處、山區(qū)橋梁等特殊區(qū)域極易形成不利行車條件；延崇高速公路北京段途經(jīng)國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)及一級(jí)保護(hù)水源，冬季降雪時(shí)，北京市傳統(tǒng)的除雪作業(yè)方式——撒融雪劑將帶來(lái)嚴(yán)重的生態(tài)影響。

隨著全球氣候變化日益惡劣，北京市冬季極端氣候的頻繁性和不確定性越來(lái)越顯著，道路交通的冬季安全通行保障形勢(shì)嚴(yán)峻。路面的抗滑性能是保證車輛安全行駛的關(guān)鍵因素。冰雪致使車輛輪胎的附著系數(shù)大大降低，相關(guān)資料顯示：干燥瀝青路面的附著系數(shù)約為0.6，而積雪路面的附著系數(shù)為0.2，結(jié)冰道路的附著系數(shù)為0.15，分別為干燥瀝青路面的1/3和1/4。因此，在冰雪路面上汽車容易打滑、跑偏，制動(dòng)距離顯著延長(zhǎng)，嚴(yán)重影響了車輛的操作穩(wěn)定性和安全性，對(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)安全造成巨大損失，同時(shí)也對(duì)車輛、道路交通基礎(chǔ)設(shè)施造成巨大破壞，降低道路的運(yùn)輸效率。

在清除冰雪的過(guò)程中需要通過(guò)大量的人力物力進(jìn)行作業(yè)，而大量采用融雪鹽會(huì)對(duì)路面結(jié)構(gòu)物、自然環(huán)境和人類健康產(chǎn)生持續(xù)性損害；機(jī)械作業(yè)又存在難以徹底除冰、對(duì)路面損害較大等影響。因此，采用主動(dòng)長(zhǎng)效、安全環(huán)保的除冰雪技術(shù)將成為重要的解決方案。為保障冬奧高速冬季暢通，項(xiàng)目組針對(duì)延崇高速的綠色道路建設(shè)需求及冬季切實(shí)存在的路面凝冰問(wèn)題，開發(fā)了有機(jī)型環(huán)保抗凝冰添加劑。

與傳統(tǒng)技術(shù)的較量

目前，傳統(tǒng)的抗凝冰技術(shù)大致分為被動(dòng)抑制路面除冰技術(shù)與主動(dòng)抑制路面除冰技術(shù)。被動(dòng)抑制路面除冰技術(shù)如人工清掃、機(jī)械清掃、撒融雪劑等，存在作業(yè)效率低下、融冰化雪效果不明顯、耗時(shí)費(fèi)工、成本高、污染環(huán)境等缺點(diǎn)；主動(dòng)抑制路面除冰技術(shù)主要有電熱除冰雪技術(shù)、蓄鹽類材料除冰雪技術(shù)等；電熱除冰雪技術(shù)實(shí)施過(guò)程中需要較大功率的外接電源，且在路面中添加導(dǎo)電類材料，存在成本高、維修養(yǎng)護(hù)困難等問(wèn)題。

蓄鹽類材料除冰雪技術(shù)操作方便、容易施工，目前應(yīng)用較多，其技術(shù)路線為采用具有降低冰點(diǎn)的無(wú)機(jī)鹽類為主劑，添加緩釋劑、黏結(jié)劑等復(fù)合造粒，形成顆粒狀、粉狀添加劑產(chǎn)品，添加至瀝青混合料中拌和、碾壓、成型后，隨降雨、交通荷載緩慢釋放，達(dá)到低溫環(huán)境下抑制路面凝冰的應(yīng)用目的。

目前，常見蓄鹽類添加劑產(chǎn)品成分以無(wú)機(jī)氯鹽類為主，氯鹽類物質(zhì)易對(duì)結(jié)構(gòu)物中的金屬（鋼筋）造成腐蝕，主要表現(xiàn)為降低酸堿度破壞鈍化膜及Cl-的去極化作用造成重復(fù)腐蝕。因此，以無(wú)機(jī)氯鹽類物質(zhì)為主劑的抗凝冰添加劑受限于其基礎(chǔ)成分，存在腐蝕道路結(jié)構(gòu)物配筋、損傷道路周邊植被的負(fù)面作用。

延崇高速公路北京段途經(jīng)國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)及一級(jí)保護(hù)水源，路線穿越位置生態(tài)環(huán)境敏感，沿線旅游資源豐富，加之延崇高速公路秉承“綠色發(fā)展”理念打造“綠色工程”的需求，無(wú)法采用常見無(wú)機(jī)蓄鹽類產(chǎn)品鋪設(shè)融雪路面。因此項(xiàng)目組選擇符合美國(guó)SAE-AMS-1431D《航空道路除冰融冰固體化合物》國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的有機(jī)鹽類，并以此有機(jī)鹽類為基礎(chǔ)開展造粒研究，項(xiàng)目組通過(guò)將原材有機(jī)鹽類與成球結(jié)晶劑、黏結(jié)劑、緩釋劑復(fù)合造粒，調(diào)整蓄鹽顆粒的密度、硬度、粒徑分布，并使其耐受溫度、硬度等技術(shù)指標(biāo)適宜于道路工程中瀝青混合料的直投式工藝應(yīng)用，采用憎水劑對(duì)成品顆粒進(jìn)行包覆蓋處理，使有機(jī)蓄鹽顆粒具備適宜的緩釋性能。

組圖：無(wú)機(jī)氯鹽類物質(zhì)對(duì)道路結(jié)構(gòu)物和植被的負(fù)面作用

采用制備樣品后，項(xiàng)目組系統(tǒng)開展了添加有機(jī)蓄鹽顆粒瀝青混合料的綜合性能測(cè)試工作，對(duì)其抗凝冰性能、緩釋性能及混合料高、低溫性能進(jìn)行了綜合測(cè)試。采用AC-13級(jí)配開展相關(guān)性能測(cè)試，級(jí)配設(shè)計(jì)如表1所示?；旌狭显O(shè)計(jì)指標(biāo)、性能指標(biāo)如表2所示。

將摻量5%的有機(jī)鹽顆粒添加至AC-13瀝青混合料中，采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀成型4厘米試件，將試件表面覆水后放置測(cè)試接頭，放入冰箱中恒溫10小時(shí)后，通過(guò)高精度測(cè)力扳手測(cè)定扭轉(zhuǎn)剪切破壞力，采用破壞力值表示覆冰凝結(jié)強(qiáng)度。

組圖：覆冰凝結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)

表1 有機(jī)抗凝冰瀝青混合料評(píng)價(jià)級(jí)配設(shè)計(jì)

表2 有機(jī)抗凝冰瀝青混合料指標(biāo)

表3 不同測(cè)試溫度下的覆冰凝結(jié)強(qiáng)度

表4 有機(jī)抗凝冰瀝青混合料性能

測(cè)試溫度選擇零下8攝氏度、零下13攝氏度、零下18攝氏度、零下20攝氏度、零下22攝氏度、零下25攝氏度、零下28攝氏度共計(jì)7個(gè)溫度點(diǎn)，測(cè)試結(jié)果如表3所示。

不同測(cè)試溫度下的覆冰凝結(jié)強(qiáng)度

由表3可知，有機(jī)蓄鹽顆粒添加至瀝青混合料中制備為蓄鹽瀝青混合料后，當(dāng)凍結(jié)溫度低至零下18攝氏度時(shí)，破壞瀝青混合料試件表層所需扭結(jié)力逐步開始增加，因此判定其有效抗凝冰溫度為零下18攝氏度。

2018年11月22日，延崇高速公路媯水河隧道進(jìn)出口開展了有機(jī)抗凝冰瀝青路面試驗(yàn)路鋪筑試驗(yàn)段，鋪設(shè)位置位于媯水河隧道進(jìn)出口，鋪設(shè)試驗(yàn)路累計(jì)600米，鋪設(shè)瀝青混合料為SBS改性瀝青SMA-13,混合料性能測(cè)試如表4所示，混合料動(dòng)穩(wěn)定度、低溫小梁等技術(shù)指標(biāo)均符合現(xiàn)行規(guī)范技術(shù)要求。

試驗(yàn)路碾壓工藝與常規(guī)SMA-13瀝青混合料相同，采用鋼輪碾壓，碾壓工序?yàn)椋红o壓1遍，振動(dòng)碾壓4遍，收光2遍。碾壓完成后道路表觀與常規(guī)SMA-13瀝青混合料一致，碾壓后混合料表觀細(xì)部可見均勻裹覆瀝青的融雪添加劑球狀顆粒。

實(shí)戰(zhàn)效果顯著

綠色抗凝冰路面鋪裝技術(shù)應(yīng)用效果

2019年2月14日凌晨，北京迎來(lái)今年第三次降雪，此次降雪持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)，西北部山區(qū)達(dá)到中到大雪。媯水河隧道進(jìn)出口應(yīng)用的綠色抗凝冰路面鋪裝技術(shù)，效果顯著。

延崇高速公路進(jìn)京方向路面在施工時(shí)添加了有機(jī)顆粒型主動(dòng)融雪抑冰劑，出京方向?yàn)檎Ｂ访妫璩?時(shí)養(yǎng)護(hù)單位在該路段預(yù)撒常規(guī)融雪劑；右側(cè)未采取任何除雪措施。5時(shí)開始降雪，照片拍攝于降雪后2小時(shí)，氣溫為零下15攝氏度，可以明顯看出添加有機(jī)顆粒型主動(dòng)融雪抑冰劑的路面使用效果。