除冰鹽在防治高速瀝青路面凝冰災害中的優化使用

(福建省高速公路有限責任公司泉州管理分公司，泉州362000)

除冰鹽在防治高速瀝青路面凝冰災害中的優化使用

■魏一科

(福建省高速公路有限責任公司泉州管理分公司，泉州362000)

泉州地區部分高速公路因氣候特點，在冬季和春寒時節極易出現高速瀝青路面多雨結冰的情況，嚴重影響了瀝青路面的抗滑性能。目前福建省在應對凝冰災害時，采用撒播除冰鹽的措施。然而，在凍融循環作用下，除冰鹽易對橋梁結構以及自然環境等造成危害。本文在此對不同撒布量除冰鹽的除冰效果進行室內分階段實驗分析，得到適宜的撒布用量，在達到除冰效果前提下最大限度減少除冰鹽的使用，減輕對混凝土結構和環境的破壞。

高速瀝青路面凝冰災害除冰鹽適宜使用量

1 概述

瀝青混凝土是高速公路建設中最常用的路面鋪筑材料。除了一般情況下要求具有良好的抗滑性能之外，冬季多雨結冰的情況下也要求具有良好的抗滑性能。泉州地區泉三高速公路永春下洋段、莆永高速泉州感德段，因部分路段位于長下坡處，過往不少大貨車放水。液態水接觸到過冷(低于0℃)的瀝青路面容易凝結成一層粘結于路表面的薄冰稱為凝冰[1]。不同于北方冬季形成的厚實冰層，這種物質具有厚度小、粘性強、強度大、生長快、消除難等特點。凝冰的形成影響原路面的抗滑能力，降低道路的通行能力，容易引發交通事故。

為了防治凝冰災害，省內公路養護部門目前較多使用撒布除冰鹽作為應對凝冰災害行之有效的措施[2]，但無法很好配置除冰鹽使用的適宜量。此外，除冰鹽的使用對混凝土橋梁結構、周邊環境等帶來較大的破壞影響[3]。除冰鹽中主要成分NaCl，會使混凝土結構處于氯離子環境中，加速混凝土結構內部鋼筋的腐蝕速率，對混凝土結構的耐久性產生較大的影響[4]。因此，對除冰鹽使用量的優化使用進行探究具有深遠的意義。

2 室內試驗方案制定

2.1 凝冰路面的模擬

根據規范[5]選取瀝青面層材料制作的若干試塊，將試塊放入40FDW/200復疊式低溫箱中。根據凝冰形成的條件，將溫度設置成可以使水泥試塊保持在-3℃～-7℃之內。待試塊溫度達到目標溫度時，采用噴霧器模擬水汽，進而模擬高速瀝青路面在低溫狀態下凝冰形成的情況。在-5℃的低溫箱內，噴霧后10min，測得各試塊的摩擦系數見表1。在-5℃的低溫箱里形成的凝冰符合模擬瀝青路面的凝冰形成的情況。

表1 瀝青試塊形成凝冰的相關參數

2.2 除冰鹽的選擇

實驗選用近些年福建省泉州高速公路養護部門所采購的冬季除凝冰所使用的除冰鹽，主要成分為NaCl≥95.50%。

2.3 實驗原理及技術路線

實驗原理：通過在模擬凝冰的瀝青路面上撒布不同量的除冰鹽，根據摩阻儀測量的表面擺值來評定除冰效果，最終通過數據分析得到單位面積適宜除冰鹽用量，實驗技術路線如圖1所示。

3 室內試驗結果分析

選取試塊一，按照實驗技術路線和計劃，分次在凝冰表面撒布不同量的除冰鹽，觀察除冰鹽的作用效果，分別記錄觀察到凝冰層開始形成開裂時所記錄的時間、當形成開裂的區域占撒布實驗區域的50%時所記錄的時間、當形成開裂的區域布滿撒布實驗區域時所記錄時間等，并對實驗后車輪模擬碾壓之后擺式摩阻儀測得的路面擺值進行測試，進行除冰鹽最優使用量探究實驗，實驗數據見表2。

圖1 實驗技術路線圖

表2 不同撒布量除冰鹽作用下的瀝青路面除冰實驗數據

3.1 實驗中測得試件不同形態所需時間數據對比

圖2中，三條曲線表征不同除冰鹽使用量，分別作用在瀝青混凝土試件路面上，達到三種不同形態所需時間的時間曲線。

橫向曲線比較，是不同除冰鹽使用量作用在同一路面結構上的達到不同形態結果的速率的對比。我們可以看出，撒布面積為10cm×10cm的情況下，隨著除冰鹽的使用量增加，除冰鹽開始反應，凝冰層開始形成開裂時所記錄的時間、形成開裂的區域占撒布實驗區域的50%時的時間、形成開裂的區域布滿撒布實驗區域時的時間均呈現一定的縮短，除冰鹽的作用速率增大。但是，隨著使用量不斷增大，到3.5g至4g的使用量之間，變化的速率均逐漸變小，并且瀝青混凝土路面上的呈現三種形態所需要的時間基本保持不變。

豎向比較可以由圖看出，隨著除冰鹽用量的增加，凝冰試件表面達到不同形態所需時間差逐漸縮短，除冰鹽用量達到4.0g之后時間差值趨于常值。

綜上可以分析得出，此時的除冰鹽單位面積使用量350g/m2～400g/m2是探究的最理想的使用量。

3.2 除冰鹽撒布后試塊的路面擺值分析

撒布面積為10cm×10cm的情況下，5min過后的路面除冰效果可以根據實測路面試塊的摩擦系數值(BPN值)來衡量，實測結果如圖3所示。

圖3中瀝青F=37.8曲線、瀝青F’=17曲線分別表示為凝冰形成前后的BPN值，兩條直線作為評判凝冰消除效果的參考線。瀝青FB20為撒布除冰鹽后5min之后的BPN值，它與形成凝冰后的瀝青F’=17曲線表示除冰鹽的作用效果，并且最終與試件的瀝青F=37.8曲線作對比。

圖2 不同量除冰鹽作用下試塊不同形態所需時間曲線圖

圖3 不同量除冰鹽作用下試塊的BPN曲線比較

由圖3曲線可以看出，隨著除冰鹽的用量的增加，撒布除冰鹽之前和撒布除冰鹽之后的試件BPN差值逐漸增大，而撒布除冰鹽之后的BPN值與試件原始BPN值之間的差值逐漸減小。在鹽的使用量從1.0g至3.0g之間，撒布除冰鹽后BPN的變化值，按一定比例增加。當鹽的使用量達到3.0g之后，撒布除冰鹽后BPN的變化值變小，增加的幅度減緩，4.0g之后BPN值幾乎回復到了凝冰形成前的值。由此可以看出，在瀝青混凝土路面撒布面積為10cm×10cm的情況下，使用4.0g的除冰鹽就可以達到很好的除冰效果，繼續增加鹽的使用量，非但除冰效果增加不大，反而造成除冰鹽的浪費，對周邊環境帶來的損害增加，此時除冰鹽單位面積使用量為400g/m2。

3.3 形成開裂區域面積為撒布面積的倍數分析

圖4中，曲線表征不同除冰鹽使用量作用在瀝青混凝土路面上，最終除冰鹽影響面積為撒布面積的倍數曲線，用于比較不同用量除冰鹽的作用范圍。

由圖4曲線可以看出，撒布面積為10cm×10cm的情況下，隨著除冰鹽的使用量增加，除冰鹽作用于路面表面凝冰形成裂縫面積占撒布面積的倍數在增加，到3.5g至4.0g的使用量之間，曲線變化的速率逐漸變小。由此可以分析得出，此時的除冰鹽單位面積使用量為350g/m2～400g/m2為我們所探究的最理想的使用量。

圖4 不同除冰鹽的作用下最終影響面積的比較

3.4 試件是否會發生重結凝冰現象分析

由表2實驗數據可看出，在10cm×10cm瀝青路面上使用3.5g～4.0g的除冰鹽不會發生凝冰消融后重凝冰的現象，達到公路冬季消除凝冰災害要求。具體一次撒布的除冰鹽能夠持續多長的除冰效果，還有待進一步研究。

4 結論

(1)通過室內實驗，對不同除冰鹽使用量作用下達到試件不同形態所需時間數據、除冰鹽撒布后試塊的路面擺值、形成開裂區域面積為撒布面積的倍數、試件是否會發生重結凝冰現象等進行分析，獲得了消除單位面積瀝青混凝土路面除冰鹽的優化使用量為350g/m2～400g/m2。

(2)探究除冰鹽適宜使用量，不僅能夠加快凝冰現場消融的效率，同時能夠減少高速公路維護成本，降低地方公路養護部門的財政壓力。

(3)相關養護部門應加強播撒除冰鹽過后的道路養護措施，制定播撒指標，限量使用除冰鹽，不得多撒、亂撒，強化管理，同時在播撒后及時采取疏導收集鹽水，防止滲入地下或污染地表水，避免腐蝕混凝土結構[1]。

(4)該項目的研究能夠在一定程度上可減少除冰劑的使用，降低化學物質對環境的污染，體現了“以人為本、以路為本”的發展理念，保障人們的出行安全，對促進發展和諧交通、和諧社會具有重要的社會和經濟效益[3]。

[1]游德泉.凝冰路面適宜除冰鹽用量室內實驗研究.福建交通科技，2012(6).

[2]董賀梅,朱美鋒,李凌云.淺析高速養護施工中融雪劑應用.公路與管理,2009(23).

[3]張慧娟.使用融雪劑除雪給環境帶來的危害分析.改革與開放，2008(3).

[4]張愷,包琦瑋,劉能文.除冰鹽對橋耐久性的影響.中國土木工程學會年會,2000.

[5]中華人民共和國行業標準.JTG D50-2009,公路瀝青路面設計規范[S].北京：人民交通出版社,2006.