胡富平 ，申鐵軍，高 鵬，李毓麒

（1.山西路橋集團晉南項目管理有限公司，山西 太原 030006；2.山西路橋建設集團有限公司，山西 太原 030006；3.長治市武理工工程技術研究院，山西 長治 046000；4.東北大學 材料科學與工程學院，遼寧 沈陽 110000）

引言

與抗凝冰超薄罩面、抗凝冰霧封層相比，抗凝冰微表處的優(yōu)點是抗凝冰劑混入5～10 mm厚的微表處中，性價比高，使用壽命相對較長。

1 抗凝冰技術推廣的必要性

（1）路面結冰嚴重影響高效、快捷、安全的運行；傳統(tǒng)路面除冰雪技術效率低、效果差，且對路面和基礎設施帶來損害。（2）路面是被動狀態(tài)，路表空隙引起冰雪與路面黏結緊密，經過工業(yè)CT計算機層析掃描，發(fā)現距表面20 mm內空隙大且連通，抗凍融能力差，冰雪與路表黏結緊密。

2 主動型抗凝冰技術的弊端

2.1 工程造價高

采用固-液相變材料每平方米額外增加材料成本40～50元；采用緩釋鹽化物材料每平方米額外增加材料成本約60～100元。

2.2 應用時機受限

因鹽化物材料與乳化瀝青的相容性較差，只能依托新建工程或罩面類養(yǎng)護工程進行施工，無法與霧封層、微表處等預防性養(yǎng)護技術相結合。

2.3 小規(guī)模施工困難

對于凝冰嚴重的拐彎處、匝道、隧道出入口等特殊路段，因工程量過小，施工組織困難。

綜上所述，現有主動型抗凝冰技術面臨淘汰，難以大規(guī)模推廣應用。

3 主動抗凝冰技術的優(yōu)缺點

3.1 抗凝冰超薄罩面

（1）優(yōu)點：技術應用時間較長，成熟度高。 （2）缺點：工程造價高，應用時機受限，小規(guī)模施工困難，效果達不到預期。

3.2 抗凝冰霧封層

（1）優(yōu)點：抗凝冰劑混入到1～2 mm厚的含砂霧封層中，工程造價低，抗凝冰劑利用率高。 （2）缺點：霧封層耐久性下降，使用壽命短。

4 新型抗冰凝技術主要研究內容

抗凝冰微表處技術將抗凝冰劑混入5～10 mm厚的微表處中，性價比高，使用壽命相對較長。

4.1 微表處專用抗凝冰劑的研制

通過篩選適合于微表處體系（即不影響微表處破乳成型速度）的疏水材料，并嘗試不同的添加量以形成不同厚度的疏水緩釋膜，進而獲得具有不同融冰鹽緩釋速率的抗凝冰劑，并調節(jié)抗凝冰劑的粒徑大小，從中篩選出適用于微表處體系專用抗凝冰劑配方，見圖1、圖2。

圖1 疏水材料抗凝原理

圖2 不同載體的凝冰鹽緩釋特征

4.2 抗凝冰微表處專用乳化劑的研制

在傳統(tǒng)微表處乳化劑基礎上，通過復配其它表面活性劑，保證抗凝冰微表處體系獲得合適的拌和時間和破乳成型速度[1]。在形成適用于抗凝冰微表處體系的專用乳化劑的同時，還可以進一步調節(jié)微表處乳化瀝青體系的pH值和乳化劑摻量，優(yōu)化微表處乳化瀝青的破乳速度[2]。主要由乳化劑、改性劑、瀝青為原料制得，各原料按組份按重量百分比[3]。改性劑3.1%～5.1%；瀝青29%～79%；乳化劑0.2%～0.5%，該組合物含有復合添加劑、基質瀝青、聚合物改性劑、陽離子型乳化劑[4]，乳化劑A、B、C、D種類型見圖3。A型復合添加劑含烷基苯酚、松香酸，C型陽離子型乳化劑含咪唑啉型乳化劑。

圖3 乳化劑類型分子結構

4.2.1 A型按重量份組成

（1）陽離子型乳化劑瀝青重量的0.2%～0.5%；（2）瀝青30～80份；（3）35～82 ℃熱水32～50份；（4）濃鹽酸，調節(jié)pH=1.7～6.0；（5）無機鹽穩(wěn)定劑，微量[5]。

4.2.2 B型按重量份組成

（1）瀝青31～79份；（2）陽離子型乳化劑瀝青重量0.2%～0.5%；（3）無機鹽穩(wěn)定劑,微量；（4）濃鹽，調節(jié)pH＝1.5～7.0；（5）35～82 ℃熱水32～50份[6]。

4.2.3 C型按重量份組成

（1）聚乙丁烯6～8份；（2）瀝青50～60份；（3）助乳化劑9～11份；（4）基礎乳化劑11～13份；（5）水30～40份；（6）穩(wěn)定劑0.2～2份[7]。

4.2.4 D型陽離子型按重量份組成

（1）乳化劑1.5～5份；（2）添加劑0.1～5份；（3）改性劑2～10份。

生產乳化瀝青所用陽離子瀝青乳化劑，通過對其進行聚合物接枝改性，以咪唑啉結構為基體，調節(jié)集料表面和親水基團的吸附作用[8],控制乳化瀝青破乳速率。以有機酸、有機多胺制備咪唑啉為中間體,再把咪唑啉中間體與有機醛、有機酮經曼尼希反應后進行改性，調節(jié)親水端空間位阻、電荷強度，改善乳化性能、慢裂性能，使其制備的乳化瀝青具有優(yōu)越的慢裂快凝效果，滿足微表處快速開放交通的目的[9]。

4.3 抗凝冰微表處的路用性能與抗凝冰功能研究

研究抗凝冰微表處混合料的配合比設計、早期強度、力學性能，并建立一套抗凝冰功能評價方法，重點評價抗凝冰微表處可降低冰點的程度，并尋求方法評價或預測在不同環(huán)境條件下抗凝冰功能的有效作用時間。

5 創(chuàng)新點及技術路線

5.1 創(chuàng)新點

（1）形成一種適用于微表處體系的專用抗凝冰劑，實現抗凝冰劑與微表處材料之間的良好相容性；（2）形成一種適用于抗凝冰微表處體系的專用瀝青乳化劑，實現在摻入抗凝冰劑的條件下仍能保持較快的破乳成型速度；（3）形成一種兼具主動抗凝冰功能和預防性養(yǎng)護功能的抗凝冰微表處技術，不僅可以實現抗凝冰技術的低成本化和快速施工，而且可以獲得相對較長時間（3～4 a）的預期使用壽命。

5.2 技術路線

（1）調研不同抗凝冰劑產品的結構特征和性能特點；（2）調研改進型微表處技術的性能特征和發(fā)展現狀；（3）微表處專用抗凝冰劑的研制； （4）篩選適用于微表處體系的疏水材料，并考察不同添加量對抗凝冰劑的影響規(guī)律；（5）研究不同級配抗凝冰劑對微表處破乳成型速度的影響規(guī)律； （6）研制抗凝冰微表處專用乳化劑；（7）根據抗凝冰劑對微表處乳化瀝青破乳速度的具體影響，復配調整乳化劑配方；（8）研究pH值、乳化劑摻量對微表處乳化瀝青破乳速度的影響；（9）抗凝冰微表處的路用性能與抗凝冰功能評價；（10）研究抗凝冰微表處的配合比設計；（11）評價抗凝冰微表處的早期強度；（12）評價抗凝冰微表處的力學性能；（13）評價抗凝冰微表處的抗凝冰功效；（14）施工工藝研究及技術工程化驗證；（15）研究抗凝冰微表處施工工藝；（16）鋪筑抗凝冰微表處試驗路，實施工程化驗證[10]。

6 結語

在傳統(tǒng)微表處的施工工藝基礎上，根據需要進行適當調整，形成抗凝冰微表處施工工藝，并根據依托工程鋪筑500～1 000 m抗凝冰微表處工程試驗路，充分驗證該技術的工程化實施效果。