董慶宇

（洛界高速公路管理處，河南洛陽471000 ）

道路是城市內(nèi)部和城市之間相互聯(lián)系的重要通道，目前我國各級公路和城市道路普遍采用平整度好、行車噪音小、開放交通快的瀝青路面結構，瀝青路面已在我國道路工程建設中發(fā)揮重要作用。但冬季來臨時，我國北方和南方大部分地區(qū)都會面臨降雪和結冰等凝凍天氣，這給道路的正常通行帶來巨大挑戰(zhàn)。我國一般采取機械設備和撒融雪劑等方式進行道路除冰雪[1-3]。其中機械除冰雪需要人力與機械密切配合，且存在容易造成路面刮擦、緊鄰路表部分的冰雪清除效果差等問題，因此一般而言只有道路積雪較厚時采用機械除冰雪，其它情況下多采用撒融雪劑方式進行處理[4-6]。故研究融雪劑在瀝青路面除冰雪中的應用具有重要意義。

李鵬等研究了氯鹽類融雪劑和復合醋酸鹽類融雪劑的融雪效果，發(fā)現(xiàn)復合醋酸鹽類融雪劑的融雪效果可達到氯鹽類的90%，但其對路面材料和路面周邊植物的影響較小，環(huán)保性能較優(yōu)[7]；魏建國等研究了氯鹽融雪劑對瀝青性能的影響，發(fā)現(xiàn)融雪劑浸泡后基質(zhì)瀝青高溫和抗老化性能提高，低溫性能降低[8]；王如先研究了融雪劑對瀝青混合料低溫性能的影響，發(fā)現(xiàn)瀝青混合料空隙率增加，融雪劑濃度提高和凍融循環(huán)次數(shù)增加時融雪劑對瀝青混合料低溫性能的不利影響程度增大，且NaCl 融雪劑造成的瀝青混合料低溫抗裂性損失較CaCl2融雪劑高[9]；龍穎輝研究了融雪劑對瀝青路面水穩(wěn)性能的影響，發(fā)現(xiàn)隨著融雪劑濃度的提高和凍融循環(huán)次數(shù)的增加，瀝青路面的水穩(wěn)定性逐漸變差[10]。

現(xiàn)有研究主要涉及融雪劑的融雪效果和融雪劑對瀝青路面性能的影響，但融雪效果和對瀝青路面性能的影響程度基本對立，因此有必要將兩者結合分析，以優(yōu)選適宜的瀝青路面除冰雪方法。本文首先研究了氯鹽和醋酸鹽融雪劑的融雪效果，進而分析兩種融雪劑對瀝青混合料路用性能的影響，可對融雪劑在實踐中的應用提供一定參考。

1 試驗概況

1.1 原材料

（1）瀝青

采用目前我國瀝青路面上面層常用的SBS（I-D）改性瀝青進行試驗研究，其各項指標滿足《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》（JTG F40-2004）要求，見表1。

表1 SBS（I-D）改性瀝青主要技術指標Table 1 Main technical indexes of SBS (I-D) modified asphalt

（2）融雪劑

選擇目前常用的工業(yè)鹽NaCl 融雪劑和環(huán)保型醋酸鉀融雪劑進行試驗研究，主要技術指標分別見表2 和表3。

表2 NaCl 融雪劑主要技術指標Table 2 Main technical indexes of NaCl snow melting agent

表3 醋酸鉀融雪劑主要技術指標Table 3 Main technical indexes of potassium acetate snow melting agent

1.2 試驗方法

（1）融冰能力試驗

配置25g 一定濃度融雪劑水溶液置于燒杯1，并取100g 水倒入直徑10cm 燒杯2，將兩個燒杯分別移入t℃冰箱中冷凍2h，取出兩個燒杯，迅速將燒杯1 中的融雪劑溶液倒入燒杯2 中的冰塊表面，將燒杯2 再次移入t℃冰箱中冷凍n分鐘，取出后傾倒燒杯2 將液體部分倒出，根據(jù)公式(1)計算融冰率用于融雪劑融雪效果評價。

式(1) 中：W為融冰率（%）；m1為融化后燒杯2中液體部分質(zhì)量（g）；m2為融雪劑質(zhì)量（g），本試驗中為25g；m為水凍為冰塊后的質(zhì)量（g），本試驗中為100g。

（2）穿透能力試驗

配置一定濃度融雪劑水溶液置于燒杯，并加入紅色墨水進行染色，同時取7mL 水倒入規(guī)格10mL（直徑14mm）量筒，將燒杯和量筒分別移入t℃冰箱中冷凍2h，取出燒杯和量筒，迅速用注射器抽取燒杯1 中的融雪劑溶液注入量筒中直至液體至10mL 刻度線位置，將量筒再次移入t℃冰箱中冷凍n分鐘，取出后讀取紅色融雪劑溶液穿透深度。

2 融雪劑融雪效果研究

2.1 融雪劑濃度對融雪效果影響

采用NaCl 和醋酸鉀分別制備濃度為0%、5%、10%、15% 和20% 的融雪劑水溶液進行融冰能力和穿透能力試驗，試驗溫度t為-5℃，試驗時間n為30min，結果分別如圖1 和圖2 所示。

圖1 融雪劑濃度對融冰能力的影響Fig.1 Effect of deicing agent concentration on ice melting capacity

圖2 融雪劑濃度對穿透能力的影響Fig.2 Effect of deicing agent concentration on penetration ability

由圖1 和圖2 可知：隨著融雪劑濃度升高，其融冰能力和穿透能力呈先不變后逐漸增強，融雪劑濃度由0%增加至5% 時，融冰率和穿透深度不變，而融雪劑濃度由5%增加至20%時，NaCl 和醋酸鉀融雪劑融冰率分別提高68% 和57%，穿透深度分別增加21mm 和16mm，分析原因為融雪劑濃度較低時其冰點較高，在試驗溫度下已凝結為固體，因而不能發(fā)揮融雪化冰作用，而隨著濃度升高，冰點降低，融雪劑逐漸發(fā)揮作用，故融冰率和穿透深度逐漸增強。

NaCl 融雪劑融冰能力和穿透能力優(yōu)于醋酸鉀融雪劑，且隨著融雪劑濃度升高表現(xiàn)更加明顯。融雪劑濃度為10%、15% 和20% 時，NaCl 融雪劑對應融冰率分別較醋酸鉀融雪劑高4%、6% 和9%，穿透深度則分別高2mm、3mm 和5mm。

2.2 試驗溫度對融雪效果影響

采用NaCl 和醋酸鉀分別制備濃度20% 的融雪劑水溶液進行融冰能力和穿透能力試驗，試驗溫度t分別為-5℃、-10℃、-15℃和-20℃，試驗時間n為30min，結果分別如圖3 和圖4 所示。

圖3 試驗溫度對融冰能力的影響Fig.3 Effect of test temperature on ice melting capacity

圖4 試驗溫度對穿透能力的影響Fig.4 Effect of test temperature on penetrability

由圖3 和圖4 可知：隨著試驗溫度降低，其融冰能力和穿透能力逐漸減弱，且減弱速率逐漸下降。試驗溫度由-5℃分別降低至-10℃、-15℃和-20℃時，NaCl 融雪劑融冰率分別降低24%、40% 和43%，穿透深度分別降低11mm、18mm 和21mm，醋酸鉀融雪劑融冰率分別降低17%、30% 和32%，穿透深度分別降低8mm、14mm 和16mm，同 時-5 ℃至-10 ℃、-10 ℃至-15 ℃和-15℃至-20℃三個溫度區(qū)間NaCl 融雪劑對應的融冰率下降速率分別為4.8%/℃、3.2%/℃和0.6%/℃，穿透深度下降速率分別為2.2mm/℃、1.4mm/℃和0.6mm/℃，醋酸鉀融雪劑對應的融冰率下降速率分別為2.2%/℃、1.4%/℃和0.6%/℃，穿透深度下降速率分別為1.6mm/℃、1.2mm/℃和0.4mm/℃，分析原因為試驗溫度下降時融雪劑溶液逐漸接近冰點，分子間運動速率減慢的緣故。

NaCl 融雪劑融冰能力和穿透能力優(yōu)于醋酸鉀融雪劑，但試驗溫度降低時兩者差距逐漸縮小。試驗溫度為-5℃、-10℃、-15℃和-20℃時，NaCl 融雪劑對應融冰率分別較醋酸鉀融雪劑高9%、4%、1% 和0%，穿透深度則分別高5mm、2mm、1mm 和0mm。

2.3 試驗時間對融雪效果影響

采用NaCl 和醋酸鉀分別制備濃度為20% 的融雪劑水溶液進行融冰能力試驗和穿透能力試驗，試驗溫度t為-10℃，試驗時間n分別為30min、60min、90min 和120min，結果分別如圖5 和圖6 所示。

圖5 試驗時間對融冰能力的影響Fig.5 Effect of test time on ice melting capacity

圖6 試驗時間對穿透能力的影響Fig.6 Effect of test time on penetration ability

由圖5 和圖6 可知：隨著試驗時間延長，其融冰能力和穿透能力逐漸增強，但增強速率逐漸減慢，并最終趨近于0。試驗時間由0min 分別延長至30min、60min、90min 和120min 時，NaCl 融雪劑融冰率分別增加至43%、65%、70% 和73%，穿透深度分別增加21mm、28mm、33mm 和35mm，醋酸鉀融雪劑融冰率分別增加32%、50%、60% 和62%，穿透深度分別增加16mm、22mm、26mm 和28mm，同時0min 至30min、30min 至60min、60min 至90min 和90min 至120min四個時間區(qū)間NaCl 融雪劑對應的融冰率上升速率分別為8.6%/min、4.4%/min、1.4%/min 和0.6%/min，穿 透 深度上升速率分別為4.4mm/min、1.2mm/min、1mm/min和0.4mm/min，醋酸鉀融雪劑對應的融冰率上升速率分別為6.4%/min、3.6%/min、2%/min 和0.6%/min，穿透深度上升速率分別為3.2mm/min、1.2mm/min、0.8mm/min 和0.4mm/min，分析原因為試驗時間延長時融化冰樣增加，融雪劑濃度逐漸被稀釋，因而增強速率逐漸減慢，同時隨著融雪劑濃度稀釋其冰點隨之下降，當下降至試驗溫度時融雪作用停止，繼續(xù)延長試驗時間對融雪無效，因而實踐中應根據(jù)氣溫等環(huán)境狀況間歇噴灑融雪劑方可保證融雪效果及行車安全。

各個試驗時間下NaCl 融雪劑融冰能力和穿透能力優(yōu)于醋酸鉀融雪劑。試驗時間為30min、60min、90min和120min 時，NaCl 融雪劑對應融冰率分別較醋酸鉀融雪劑高9%、15%、12% 和12%，穿透深度則分別高5mm、6mm、7mm 和7mm。

3 融雪劑對瀝青混合料性能影響研究

為分析融雪劑對瀝青混合料高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和水穩(wěn)定性的影響，制備瀝青混合料試件置于25℃恒溫融雪劑溶液（濃度分別為0%、5%、10%、15% 和20% 時）中浸泡24h，取出采用保鮮膜密封后移入-10℃冰箱中冷凍24h，再移入60℃水浴中保溫24h，如此完成1 次凍融循環(huán)，進行5 次凍融循環(huán)后進行試驗分析。

3.1 高溫穩(wěn)定性

圖7 融雪劑對瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的影響Fig.7 Influence of snow melting agent on high temperature stability of asphalt mixture

采用輪碾法制備300mm×300mm×50mm 瀝青混合料試件，進行5 次凍融循環(huán)后將試件風干進行車轍試驗，試驗溫度60℃，輪壓0.7MPa，結果如圖7 所示。

由圖7 可知，融雪劑溶液凍融循環(huán)會造成瀝青混合料高溫穩(wěn)定性降低，且濃度越高，降低作用越明顯。融雪劑濃度由0%分別增加至5%、10%、15%和20%時，NaCl 融雪劑處理的瀝青混合料試件動穩(wěn)定度分別下降3.8%、7.7%、10.3% 和13.1%，醋酸鉀融雪劑則分別下降2.6%、5.4%、7.8% 和9.9%。分析原因為融雪劑中鹽分破壞了SBS 在瀝青中形成的三維網(wǎng)狀結構，瀝青整體抗變形性能下降所致。此外，各個濃度下NaCl 融雪劑對瀝青混合料高溫穩(wěn)定性造成的不利影響程度均高于醋酸鉀，其中濃度為5%、10%、15% 和20% 時，NaCl 融雪劑處理的瀝青混合料動穩(wěn)定度分別較醋酸鉀處理的降低1.2%、2.4%、2.7%和3.6%。

3.2 低溫抗裂性

將輪碾法成型的瀝青混合料車轍試件切割為250mm×30mm×35mm 小梁，進行5 次凍融循環(huán)后進行低溫彎曲試驗，溫度-10℃，結果如圖8 所示。

圖8 融雪劑對瀝青混合料低溫抗裂性的影響Fig.8 Effect of snow melting agent on low temperature crack resistance of asphalt mixture

由圖8 可知，融雪劑溶液凍融循環(huán)會造成瀝青混合料低溫抗裂性降低，且濃度越高，降低作用越明顯。融雪劑濃度由0%分別增加至5%、10%、15%和20%時，NaCl 融雪劑處理的瀝青混合料試件最大彎拉破壞應變分別下降2.3%、5.3%、7.1% 和9.8%，醋酸鉀融雪劑則分別下降1.6%、4.5%、6.1% 和7.9%。分析原因為融雪劑中鹽分一方面會破壞SBS 在瀝青中形成的三維網(wǎng)狀結構，另一方面會使瀝青乳化溶于水，粘性下降，因而低溫變形能力變差，容易開裂。此外，各個濃度下NaCl 融雪劑對瀝青混合料低溫抗裂性造成的不利影響程度均高于醋酸鉀，其中濃度為5%、10%、15% 和20% 時，NaCl 融雪劑處理的瀝青混合料最大彎拉破壞應變分別較醋酸鉀處理的降低0.8%、0.8%、1.1% 和2.0%。

3.3 水穩(wěn)定性

制備標準馬歇爾試件進行5 次凍融循環(huán)后進行凍融劈裂試驗，結果如圖9 所示。

圖9 融雪劑對瀝青混合料水穩(wěn)定性的影響Fig.9 Influence of snow melting agent on water stability of asphalt mixture

由圖9 可知，融雪劑溶液凍融循環(huán)會造成瀝青混合料水穩(wěn)定性降低，且濃度越高，降低作用越明顯。融雪劑濃度由0% 分別增加至5%、10%、15% 和20% 時，NaCl 融雪劑處理的瀝青混合料試件凍融劈裂強度比分別下降1%、4%、6%和9%，醋酸鉀融雪劑則分別下降1%、3%、4% 和7%。分析原因為融雪劑中鹽分會侵入瀝青-集料界面，造成集料表面瀝青膜剝離所致。此外，整體上NaCl 融雪劑對瀝青混合料水穩(wěn)定性造成的不利影響程度高于醋酸鉀，其中濃度為5%、10%、15%和20%時，NaCl 融雪劑處理的瀝青混合料凍融劈裂強度比分別較醋酸鉀處理的降低0%、1%、2%和2%。

4 結語

（1）NaCl 融雪劑融雪效果優(yōu)于醋酸鉀，且隨著融雪劑濃度和試驗溫度升高，兩種融雪劑的融雪效果逐漸變好；隨著試驗時間延長，融雪效果呈先增強后不變趨勢。

（2）NaCl 融雪劑和醋酸鉀融雪劑均對瀝青混合料高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和水穩(wěn)定性有不利影響，且Nacl 融雪劑的不利影響程度更高。

（3）各個試驗條件下醋酸鉀的融雪效果為NaCl 融雪劑的66.7%～83.3%，而其對瀝青混合料路用性能造成的降低幅度為NaCl 融雪劑的66.7%～86.1%，因此為盡量保證瀝青混合料路用性能，條件允許時推薦在實踐中優(yōu)先使用醋酸鉀融雪劑。