鄒曉明，陳君煒

(廣西交通投資集團(tuán)柳州高速公路運(yùn)營有限公司，廣西 柳州 545000)

0 引言

隨著廣西經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和高速公路的不斷延伸，距離“縣縣通高速”的目標(biāo)越來越近，桂北地區(qū)的人民群眾也享受到了高速公路帶來的快捷舒適。但地處桂北高寒地區(qū)的高速公路，冬季低溫容易出現(xiàn)道路結(jié)冰的情況，極易造成局部道路癱瘓甚至引發(fā)交通事故，具有較大的安全隱患。關(guān)于路面冰雪處治的相關(guān)研究成果眾多[1-6]，但多是針對冰雪較多地區(qū)，而對于桂北地區(qū)路面結(jié)冰處治的研究相對較少，直接應(yīng)用其他地區(qū)研究成果則缺乏針對性。針對桂北地區(qū)路面結(jié)冰的特征，尋求更經(jīng)濟(jì)有效的處治方式是需要深度研究的內(nèi)容。為此，本文以三江至柳州高速公路(以下簡稱三柳高速公路)自2017年通車以來出現(xiàn)的道路結(jié)冰情況為切入點(diǎn)，總結(jié)了抗冰保暢的一些做法與經(jīng)驗(yàn)，并研究使用了主動(dòng)型抗凝冰技術(shù)，為桂北地區(qū)高速公路抗冰保暢方案提供新思路。

1 易結(jié)冰地點(diǎn)及其成因分析

與北方的干冷、大雪不同，桂北地區(qū)冬季具有溫度低、濕度大、降雪量小等特點(diǎn)，時(shí)常伴隨著凍雨出現(xiàn)。較容易發(fā)生路面結(jié)冰的地點(diǎn)如下。

1.1 橋面及涵面

與路基段相比，橋涵結(jié)構(gòu)物下部處于架空狀態(tài)，沒有地?zé)岬闹危w處于低溫之中。橋面表層的空氣水分容易凝結(jié)，特別是跨江橋、臨水橋涵，彌漫的水汽加大了結(jié)冰的可能。

1.2 互通匝道、服務(wù)區(qū)進(jìn)出口

互通匝道及服務(wù)區(qū)出入口等區(qū)域，具有車流量小、車行速度緩慢等特點(diǎn)，初期凝結(jié)的冰面未得到車輪的連續(xù)碾壓，容易集結(jié)加厚。

1.3 跨線橋下路段

跨線橋下的路段處于橋底的陰影之中，日照較少，溫度相對較低，加之橋上的冰水滴落在路面表層，更容易形成結(jié)冰。

2 常規(guī)抗冰保暢措施

2.1 融雪劑(鹽)

根據(jù)融雪成分和原理不同，融雪劑分為有機(jī)融雪劑和無機(jī)融雪劑。前者主要成分為醋酸鉀，其融雪效果顯著，比較環(huán)保，但是經(jīng)濟(jì)成本高；后者主要成分為氯鹽，通過降低冰點(diǎn)實(shí)現(xiàn)融雪效果，其融雪效果相對前者稍差，且容易對路面和周邊植物造成不良影響，但是成本較低，應(yīng)用更為廣泛。

2.2 機(jī)械

通過工程機(jī)械物理除冰雪。對于結(jié)冰和雪層較厚的情況，一般采用機(jī)械鏟除；對于雪層較薄，且未凍凝的情況，可以采用機(jī)械吹雪處治。

2.3 人工

利用人工和小型工具鏟除冰雪。人工作業(yè)雖然靈活和徹底，但是效率低下、安全風(fēng)險(xiǎn)大、成本也高，一般只適合局部、小范圍區(qū)域除雪。

2.4 不同除冰雪方式的優(yōu)劣分析

以上三種常規(guī)方式在最佳的實(shí)施時(shí)機(jī)、用量控制、工作順序等方面，有著各自的不同要求，大多情況需要交警、路政等部門的聯(lián)動(dòng)配合，且均需在冰雪路面形成之后才能實(shí)施，屬于被動(dòng)型措施，見下頁表1。

表1 不同除冰雪方式的優(yōu)劣分析表

3 新型主動(dòng)抗冰凝路面的試應(yīng)用

本項(xiàng)目采用的是不同于上述方式的一種新型材料和技術(shù)——新型抗凝冰路面，即在瀝青路面上面層施工時(shí)，于混合料中添加一種抗凝冰材料，當(dāng)冬季氣溫降低時(shí)，在路表面與冰雪之間起到隔離作用，可以抑制路面積雪結(jié)冰或在結(jié)冰時(shí)易于鏟除，可實(shí)現(xiàn)“小雪融化，大雪易除”的效果，是一種主動(dòng)型的措施。本項(xiàng)目在三柳高速公路選取一段長為200 m的橋面進(jìn)行試驗(yàn)。

3.1 抗凝冰材料的構(gòu)型及作用機(jī)理

抗凝冰材料主要由憎水性材料和抗凝冰成分(無機(jī)鹵化物或有機(jī)多元醇基化物)組成，微觀上具有核-殼膠囊結(jié)構(gòu)，發(fā)揮抗凝冰作用的成分被外部結(jié)構(gòu)所包裹，以降低其釋放速度，提高使用的時(shí)間。其中，抗凝冰成分能夠降低冰點(diǎn)；憎水材料主要發(fā)揮界面隔離作用，能夠在路面表層形成一個(gè)隔離性界面，阻擋水分浸入，同時(shí)降低冰與路的粘結(jié)性。在這種情況下，路面將很難結(jié)冰，且可以融化表層雪，由于抗凝冰路面抗凝冰與憎水的特性，水不會(huì)在路表二次結(jié)冰，路面上的冰雪極易被清除。見圖1。

圖1 抗凝冰材料的作用原理簡圖

3.2 抗凝冰材料使用方法

3.2.1 配合比設(shè)計(jì)

在瀝青路面的上面層混合料如常見的AC類、SMA類中，礦粉可直接全部或者部分由抗凝冰材料替代，無須另外進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)。

由于抗凝冰材料的顆粒級配與礦粉近似，所以添加時(shí)以置換礦粉的形式添加。熱拌AC類和SMA類抗凝冰瀝青混合料中抗凝冰材料用量不宜小于礦料總質(zhì)量的4%。為兼顧抗凝冰瀝青混合料路用性能與使用壽命，推薦添加用量為礦料總質(zhì)量的4%～6%。例如，AC類瀝青混合料可置換100%的礦粉，其用量約占總礦料質(zhì)量的5%；SMA類瀝青混合料則可置換50%的礦粉，其用量也約占總礦料質(zhì)量的5%?？鼓牧系氖褂脭?shù)量，要根據(jù)生產(chǎn)配合比和材料情況進(jìn)行現(xiàn)場驗(yàn)證。

為研究添加抗凝冰材料后的瀝青混合料是否滿足規(guī)范的各項(xiàng)要求，采用馬歇爾試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果如表2所示。

表2 抗凝冰路面混合料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果表

從表2可知，添加了抗凝冰材料后，對原瀝青混合料設(shè)計(jì)配合比參數(shù)的影響可以忽略不計(jì)，且都處于規(guī)范的技術(shù)要求區(qū)間。

對抗凝冰試件融雪性能進(jìn)行模擬試驗(yàn)，將原路面混合料試件和抗凝冰混合料試件同時(shí)放置到-10 ℃的環(huán)境中，表面分別撒上碎冰粉末，經(jīng)過3 h的觀測，發(fā)現(xiàn)抗凝冰試件表面的碎冰粉末在逐漸融化，而原路面混合料試件的碎冰無任何變化。見圖2。

圖2 融雪性能模擬試驗(yàn)結(jié)果示例圖(左側(cè)為原路面試件，右側(cè)為抗凝冰試件)

3.2.2 抗凝冰路面的施工技術(shù)要點(diǎn)

拌和時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照驗(yàn)證后的配合比添加材料，并應(yīng)配備獨(dú)立的添加倉，以實(shí)現(xiàn)抗凝冰劑的準(zhǔn)確計(jì)量，保證材料的質(zhì)量穩(wěn)定。抗凝冰AC類混合料，拌和時(shí)間較傳統(tǒng)瀝青混合料的拌和時(shí)間適當(dāng)延長3～5 s，每盤生產(chǎn)周期≥45 s。拌和要均勻一致，具體要求與常規(guī)混合料拌和要求基本一致。

運(yùn)輸、攤鋪、碾壓等方面，無特別要求，參照原施工方案執(zhí)行。鋪筑好的路面在正式開放交通前，應(yīng)嚴(yán)格控制相關(guān)鋪筑路段的交通流量，做好保護(hù)，保持整潔，不得造成污染。

3.3 施工后的各項(xiàng)檢測指標(biāo)(表3～5)

表3 抗凝冰路面試驗(yàn)段平整度檢測結(jié)果表

表4 抗凝冰路面試驗(yàn)段路面性能指標(biāo)表

表5 抗凝冰路面的路面性能指標(biāo)表

經(jīng)檢測，試驗(yàn)段的各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范及原設(shè)計(jì)要求。添加抗凝冰材料后的瀝青混合料能保證原路面結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)指標(biāo)保持不變，對路面的路用性能無明顯影響。

3.4 經(jīng)濟(jì)性分析

以三柳高速公路厚度為1.8 cm的瀝青抗凝冰路面為例，需要在原有瀝青路面造價(jià)的基礎(chǔ)上，增加約40元/m2。單從經(jīng)濟(jì)效益而言，其造價(jià)并沒有優(yōu)勢，但是從社會(huì)效益分析，在“生命至上，安全第一”的大環(huán)境下，能實(shí)現(xiàn)“小雪融化，大雪易除”的效果，就能更大程度地保證司乘人員的行車安全，也是對人民群眾美好出行需求的積極響應(yīng)。同時(shí)，在降低運(yùn)營管理風(fēng)險(xiǎn)、保障作業(yè)人員人身安全及減輕對橋涵路面的損壞方面，都有著不可估量的價(jià)值。此外，該材料在前期一次性投入后，其持續(xù)抗凝冰期在7年以上，綜合成本并不高。

4 結(jié)語

使用主動(dòng)型抗凝冰材料的路面對比未使用的路面，其主動(dòng)融雪效果明顯，且主動(dòng)型抗凝冰材料的添加未對瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)及路面性能產(chǎn)生明顯影響。該技術(shù)的應(yīng)用為廣西在高速公路抗冰保暢措施方面提供了的新思路、新方法，也累積了一些經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，具體的抗凝冰效果有待時(shí)間的檢驗(yàn)及進(jìn)一步的跟蹤觀測。在瀝青路面大修或者新建高速公路時(shí)，易結(jié)冰路段的橋面可以考慮采用抗凝冰路面的方案。