抗凝冰瀝青路面在G215 國道中的應(yīng)用評價

唐士潤 張興軍 馬偉中 汪首元

（1 甘肅公路發(fā)展集團(tuán)有限公司 甘肅省高等級公路養(yǎng)護(hù)工程研究中心，甘肅 蘭州 730070；2 甘肅省公路路網(wǎng)監(jiān)測重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730070）

0 引言

我國四分之三的領(lǐng)土屬于冬季降雪冰凍區(qū)，冬季道路積雪結(jié)冰降低了車輛輪胎對路面的附著系數(shù)，積雪結(jié)冰路面附著力的大大降低使得車輛行駛的穩(wěn)定性和制動性變差，尤其在瀝青路面上形成“黑冰”現(xiàn)象時，駕駛?cè)藛T很難及時發(fā)現(xiàn)，嚴(yán)重影響了駕駛?cè)藛T行駛的安全性，從而導(dǎo)致了大量的交通事故[1，2]。預(yù)防冬季道路積雪結(jié)冰，快速清除路面冰雪，降低道路交通事故的發(fā)生率，提高冰雪天氣道路的通行能力和安全性成為了冬季道路養(yǎng)護(hù)部門的首要工作。其中抗凝冰瀝青路面作為一種新型的道路工程材料，在瀝青混合料中加入具有融雪和抑制結(jié)冰功能的材料，可以有效緩解道路在冰雪天氣的結(jié)冰，保證行車安全[3，4]。

瑞士研制出了一種比較成功的抗凝冰材料—VERGLIMIT 防凍劑，VERGLIMIT 是一種氯化鈣化學(xué)復(fù)合物，加入瀝青路面中能夠有效的抑制路面結(jié)冰[5]。日本從上世紀(jì)70年代后期開始從歐洲國家引進(jìn)抗凝冰瀝青路面技術(shù)，截至目前在日本應(yīng)用比較成熟的抗凝冰材料主要有：水泥固化型鹽化物、粉末型鹽化物和表面裹油型鹽化物[6]。其中由德國的鋼鐵制造公司Mannesmann Handel AG 和日本株式會社MITec 進(jìn)行技術(shù)合作研發(fā)的Mafilon（MFL）融雪劑主要利用多孔結(jié)構(gòu)的火成巖將鹽化物包裹起來，經(jīng)研磨制成粉末狀顆粒狀物質(zhì)，在實(shí)際應(yīng)用過程中通常以替換礦粉的形式加入瀝青混合料中。鋪筑完成的路面主要依靠瀝青混合料中空隙的滲透壓和毛細(xì)管作用以及車輛輪胎的摩擦作用[7，8]，使得MFL 中的鹽化物不斷析出到路表面，從而防止路面積雪結(jié)冰，發(fā)揮融雪化冰的效果。雖然國內(nèi)外關(guān)于抗凝冰路面的研究已經(jīng)初步展開，但是在我國冰雪災(zāi)害較為頻繁的西北寒旱卻鮮有報道。為此，本文基于MFL 融雪劑，設(shè)計制備了抗凝冰瀝青混合料，并鋪筑試驗(yàn)路進(jìn)行了路面性能評價。

1 原材料及配合比設(shè)計

1.1 原材料

1）瀝青

本文采用90#基質(zhì)瀝青，按照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）的要求對其進(jìn)行基本指標(biāo)的檢測，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，其主要技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 SK#90 基質(zhì)瀝青技術(shù)指標(biāo)

2）集料

根據(jù)集料粒徑大小把集料分為四檔：1#集料（10～15mm）、2# 集 料（5～10mm）、3# 集 料（3～5mm）、4#集料（0～3mm）。按照《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》（JTGE42-2005）的要求對集料的基本指標(biāo)進(jìn)行檢測，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，其主要技術(shù)指標(biāo)如表2～表3所示。

表2 集料毛體積密度

表3 集料物理力學(xué)性能檢測表

3）礦粉

礦粉由石灰?guī)r磨制而成，按照《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》（JTGE42-2005）的要求對礦粉的基本指標(biāo)進(jìn)行檢測，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，其主要技術(shù)指標(biāo)如表4所示。

表4 礦粉物理力學(xué)性能表

4）MFL

目前國內(nèi)外應(yīng)用于抗凝冰瀝青路面的融雪劑產(chǎn)品主要為MFL。MFL 是利用一定的生產(chǎn)工藝將NaCl 填充到多孔的火成巖中制備而得的一種粉末狀抗凝冰材料，物理特性指標(biāo)見表5，其與礦粉具有相似的級配，通常情況下MFL產(chǎn)品通過內(nèi)摻法部分或全部替換瀝青混合料中的礦粉。

表5 MFL 物理特性指標(biāo)

1.2 配合比設(shè)計

抗凝冰瀝青配合比設(shè)計在普通瀝青混合料（AC-13）的基礎(chǔ)上進(jìn)行了調(diào)整，參考已有大量的應(yīng)用案例，配合比調(diào)整時采用填料體積等效置換法將礦粉全部替換為MFL抗凝冰鹽，調(diào)整前后的生產(chǎn)配合比如表6～表7所示。

表6 普通瀝青混合料生產(chǎn)配合比

表7 抗凝冰瀝青混合料生產(chǎn)配合比

表8 馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果對比

按上述調(diào)整前后的生產(chǎn)配合比拌制瀝青混合料，并分別對普通瀝青混合料和抗凝冰瀝青混合料進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果如表8所示。

2 試驗(yàn)路方案

G215 線柳園至敦煌公路維修改造工程，路線起點(diǎn)位于柳園火車站門口，終點(diǎn)位于敦煌市，路線全長128.047公里。抗凝冰瀝青路面試驗(yàn)段位于K67+000 至K67+700之間的港灣式停車帶，長約500m，該路段設(shè)計結(jié)構(gòu)形式為：4cm 細(xì)粒式瀝青混凝土（AC-13）+1cm 橡膠瀝青應(yīng)力吸收層+5cm 中粒式瀝青碎石（AM-16）+20cm 水泥穩(wěn)定碎石（水泥劑量5%）+20cm 水泥穩(wěn)定碎石（水泥劑量3.5%）。試驗(yàn)段主要將上面層4cm 細(xì)粒式瀝青混凝土（AC-13）替換為含抗凝冰材料的瀝青混合料，其他結(jié)構(gòu)層均未改變。

3 抗凝冰瀝青路面性能評價

抗凝冰瀝青混合料從拌制到碾壓階段都必須進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制，以確保混合料的性能滿足施工要求。在試驗(yàn)段鋪筑過程中，從拌合機(jī)直接取成品的抗凝冰瀝青混合料，在試驗(yàn)室進(jìn)行馬歇爾指標(biāo)檢測以及成型車轍板進(jìn)行動穩(wěn)定度的檢測；對鋪筑完成的抗凝冰瀝青路面按照《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG F80/1-2004）進(jìn)行平整度、壓實(shí)厚度、滲水系數(shù)、摩擦系數(shù)和壓實(shí)度等指標(biāo)的檢測，其檢測結(jié)果如表9～表13所示。

從混合料性能檢測結(jié)果和試驗(yàn)路路面檢測結(jié)果可以看出，設(shè)計制備的抗凝冰瀝青混合料性能及所鋪筑的試驗(yàn)路均滿足現(xiàn)有規(guī)范要求，同時也滿足了路面抗滑性能的要求，提高了冰雪天氣下車輛與路面的附著力。

4 結(jié)語

本文將抗凝冰瀝青路面技術(shù)運(yùn)用于西北寒旱地區(qū)，通過在瀝青混合料中添加MFL 融雪劑按填料體積等效置換法將混合料中的礦粉全部替換為MFL，制備抗凝冰瀝青混合料，并進(jìn)行合理的級配設(shè)計，使抗凝冰瀝青混合料具有和普通瀝青混合料相當(dāng)?shù)牧W(xué)性能。試驗(yàn)段的各項(xiàng)指標(biāo)表明，MFL 在冬季能能夠主動抑制結(jié)冰，保證行車安全，提高了冰雪天氣下車輛與路面的附著力，同時也滿足現(xiàn)有規(guī)范對路面性能的要求。

表9 抗凝冰瀝青混合料檢測結(jié)果

表10 抗凝冰瀝青路面芯樣檢測結(jié)果

表11 抗凝冰瀝青路面滲水系數(shù)檢測結(jié)果

表12 抗凝冰瀝青路面平整度檢測結(jié)果

表13 抗凝冰瀝青路面摩擦系數(shù)檢測結(jié)果