主動除冰雪技術在桂北高寒山區公路的應用

作者簡介：陳 峰（1972—），高級工程師，主要從事普通公路養護與管理工作。

摘要：文章依托廣西S202省道資源楓木至牛塘界段公路工程，對主動除冰雪瀝青混合料試鋪段的除冰雪效果進行分析。研究表明：主動除冰雪瀝青混合料的施工工藝與普通瀝青混合料相似，不需要特殊處理；摻加低冰點填料后瀝青混合料實體鋪筑效果較好，除冰效率是非除冰路面的5倍以上。

關鍵詞：低冰點填料；主動除冰雪；瀝青混合料

中圖分類號：U418.5+6A270902

0 引言

廣西部分地區冬季道路會出現結冰現象，路面摩擦系數降低，駕駛難度增加，造成交通堵塞，甚至發生交通事故，帶來財產損失^［1］。常見除冰雪方法包括撒除冰鹽或者機械除冰。由于除冰鹽一般都含有氯離子，雖然可除去冰雪，但會破壞路面，同時污染環境^［2］；而機械除冰具有效率低、需封閉交通等缺點。因此，以低冰點填料為代表的主動除冰雪技術被廣泛關注。低冰點瀝青混合料技術是指將低冰點填料以取代礦粉的形式加入到瀝青混合料中，在服役過程中借助外力析出，以降低路面冰點，減小冰-路界面的粘結力，從而實現“小雪可融，大雪易除”，具有主動、長效、成本低廉等特點^［3-4］。本文在廣西S202省道資源楓木至牛塘界段公路對低冰點瀝青混合料進行試鋪，以研究其性能。

1 桂北地區結冰機制及融冰機理

廣西桂北地區為冬季冷暖空氣交匯點，南方暖空氣與北方冷空氣相遇后被抬升，遇冷導致水汽凝結液化形成凍雨，過冷的雨水降落至路表后填充其表面構造，由于地表溫度lt;0 ℃，即產生結冰現象，而物理鑿除的方式難以清除構造內部的冰塊，導致路面抗滑性能大幅降低，嚴重影響了沿線群眾的出行安全。

低冰點瀝青混合料技術是通過將低冰點填料以取代礦粉的形式充分分散于瀝青混合料體系中，其在服役過程中，在濃度差及車輛荷載的作用下可析出至路面，路面接近結冰時環境濕度較大，水汽附著于路面溶解路表的除冰材料，在路表與冰層之間形成一層鹽溶液隔離層，且隨著除冰材料不斷析出，除冰效果更加明顯，減小冰-路界面的粘結力，在車輛通過或人工清掃時即可快速將路表冰層清除。具體如圖1所示^［5］。

2 原材料

2.1 瀝青

瀝青采用70^#基質瀝青，其技術指標如表1所示。

2.2 集料

本文所用集料為石灰巖，其技術指標如表2、表3所示。

2.3 低冰點填料

依據《公路瀝青混合料用融冰雪材料第2部分：鹽化物材料》（JTT 1210.2-2018），對BYHIT低冰點填料性能進行了測試，結果如表4所示。

采用掃描電子顯微鏡（SEM）對BYHIT低冰點填料表面進行不同放大倍數的觀測，如圖2所示。

由圖2可知，鹽分物質吸附于多孔介質中形成較好的覆蓋，保障BYHIT低冰點填料在服役過程中能提供較長效的除冰雪壽命。

主動除冰雪技術在桂北高寒山區公路的應用/陳 峰，陳江財，張少雄，陳建明，陳大地

2.4 級配

本研究采用AC-13級配，具體通過率如表5所示。不同檔集料及低冰點填料的比例為10～15 mm∶5～10 mm∶3～5 mm∶0～3 mm：低冰點填料=16∶30∶21∶28∶5。低冰點填料以替代傳統填料的方式加入到瀝青混合料中，瀝青用量為4.5%。

3 試驗路鋪筑及性能評價

將按前述級配制備的低冰點瀝青混合料應用于廣西普通國省干線公路路面大中修工程S202資源楓木至牛塘界段公路（K6+500～K7+500）進行鋪筑，項目位于廣西桂林資源縣。

3.1 施工工藝

3.1.1 攤鋪

現場環境溫度為10 ℃～12 ℃，攤鋪溫度為130 ℃～140 ℃，以3 m/min的速度進行攤鋪。

3.1.2 碾壓

碾壓采用鋼筒式靜態壓路機與振動式壓路機相結合的方式，具體包括初壓、復壓、終壓三個階段，碾壓速度一般為3～5 km/h，如表6所示。

3.2 芯樣分析

試驗路鋪筑完成后，在現場采用連續取樣的方式對主動除冰雪瀝青混合料配合比進行測試，結果如表7所示。由表7可知，施工后低冰點瀝青混合料各檔篩孔通過率與室內結果完全一致。說明施工工藝良好，并沒有改變原有級配類型。

3.3 除冰效果分析

3.3.1 室內試驗結果

制備20 g直徑為10 cm的冰塊，置于恒溫5 ℃的馬歇爾試件表面，測定不同時間冰塊質量損失，評價主動除冰雪路面芯樣及非除冰雪芯樣的融冰效果^［6］，結果如圖3所示。

由圖3試驗結果可知，主動除冰雪芯樣的除冰效果顯著，60 min內除冰效率可達非除冰路面的5倍以上。

3.3.2 實際觀測效果

2023-01-18，項目所在地下雪，試驗段路面已發生部分融雪現象，尤其是輪跡帶處效果更顯著。其原因為在車輛作用下，低冰點填料的析出更加顯著，同時路表的浮雪與鹽溶液充分結合，故除冰效果較非輪跡帶更顯著。

4 結語

（1）BYHIT低冰點填料中鹽分物質吸附于多孔介質中形成較好的覆蓋，保障其在服役過程中能提供較長效的除冰雪壽命。

（2）新鋪主動除冰雪瀝青混合料密實、均勻，實體鋪筑效果較好。

（3）主動除冰雪瀝青混合料施工工藝良好，并沒有改變原有級配類型。

（4）主動除冰雪路面除冰效率是非除冰路面的5倍以上，項目除冰效果顯著。

參考文獻

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［3］劉狀壯，沙愛民，蔣 瑋.蓄鹽瀝青路面研究進展：鹽化物材料、混合料及其性能與評價［J］.中國公路學報，2019，32（4）：18-31，72.

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［6］邵明玉.除冰雪蓄鹽瀝青混合料的制備與性能研究［D］.西安：長安大學，2015.