冰雪地區(qū)瀝青路面抑制凍結鋪裝技術

張洪光,孫 巍

（1.望奎縣公路管理站；2.黑龍江省交通科學研究所）

1 概述

隨著道路交通的高速發(fā)展,對路表面的服務功能要求越來越高,而在冰雪條件下,路面的表面服務功能迅速下降,對交通安全的影響尤為嚴峻。

路面積雪在溫度變化和車輛荷載的作用下,路面表面極易形成薄冰,影響道路交通安全。據(jù)分析,冰雪使路面附著系數(shù)大大降低,有數(shù)據(jù)顯示,干燥的瀝青路面的附著系數(shù)為0.6,積雪路面的附著系數(shù)約為0.2,結冰路面的附著系數(shù)為0.15。附著力顯著減小后,車輛的制動穩(wěn)定性、轉向操作穩(wěn)定性都將變差,這些常常會使汽車剎車失靈、方向失控,車輛容易打滑、跑偏,制動距離顯著延長。

由于目前高等級公路的大幅度增加,僅靠人力和機械除冰以及撒融雪劑的辦法已遠不能解決冰凍結路面的嚴重程度,迫切需要尋求科學有效的路面抑制冰雪技術乃是現(xiàn)在道路建設的當務之急,也是研究的重點。

冰雪地區(qū)路面行車安全問題一直是困擾交通部門的難題,為解決冰雪路面的問題有關部門常需動用大量的人力、物力來緩解凍害的程度。有時還需撒融雪劑,但大量融雪劑的使用也給環(huán)境帶來了新的污染。如何有效地解決冰雪路面的交通安全,避免交通事故或少出交通事故,提高道路通行能力和運營效益,形成良好的安全管理模式,已成為困擾冰雪地區(qū)交通管理部門的重要問題之一,科學有效的路面除冰雪技術的開發(fā)研究具有非常重要的社會經(jīng)濟價值。

抑制凍結鋪裝,就是以確保寒冷時期的道路交通安全為目的,使路面自身具有抑制凍結功能的一種鋪裝方式。輪胎和路面附著對車輛行車的安全很重要,路面上的雪和雨水一旦結冰,就會降低附著性,車輛的行駛穩(wěn)定性變差。因此,在道路鋪裝時就賦予路面抑制凍結功能,是提升道路車輛冬季行車安全性的重要手段。

2 凍結抑制鋪裝的分類及作用機理

抑制凍結鋪裝技術,主要是將防凍結材料混入到瀝青混凝土中,使其形成的路面具有一定程度的融化降雪、防止路面水膜結冰的作用。防凍結瀝青混凝土能提高冬季寒冷地區(qū)道路路面的摩擦系數(shù)和道路交通的安全性能。有別于冬季的路面加溫拋撒融雪劑,或機械除雪等能融化或去除積雪等被動式措施,是一種具路面自身抑制功能的方式。它對于保證車輛在下雪結冰時的安全行駛具有良好效果,并對降低冬季道路的治理成本具有良好的經(jīng)濟性。抑制凍結鋪裝,從大的方面分為化學法抑制凍結鋪裝和物理法抑制凍結鋪裝二類。

（1）化學法抑制凍結鋪裝機理。

在路面鋪裝材料中摻加抗凍消融化學材料,通過毛細作用化學材料緩釋溶出,達到路面冰點下降和凍結體破壞的目的。從而在一定程度上降低路面水的結冰率。由于融雪化學材料混入的是整個鋪裝體,即使表面層被不斷消耗,體內的化學材料也會不斷出現(xiàn),能保持凍結抑制效果的持續(xù)性。良好的材料能達到6年以上的抑制凍滑期。

（2）物理法抑制凍結鋪裝機理。

主要是通過在路面鋪裝材料內添加一定量的彈性材料,改變路面與輪胎的接觸狀態(tài)和路面的變形特性。利用添加的彈性材料變化能力較強的特性,通過路面在外荷載作用下產(chǎn)生的自應力,使路面冰雪破碎融化,從而有效抑制路面積雪的結冰,這種方法主要是通過面層變形達到防凍結目的。

3 適用場所

在降雪量較小或路面凍結開始階段,這一路面與普通路面相比具有明顯的凍結抑制效果。但當短時間內降雪量較大或者溫度變化特別顯著時。卻不能夠達到如熱力學融雪、機械除雪、撒布融雪劑等除雪方法帶來的路面裸露效果。因此,在冬季冰雪道路的路面管理中,為了保證道路的交通暢通。確保車輛行駛安全,需要將其與機械除雪、噴灑融雪劑等其他除雪方式并用,適用于如下場所。

（1）車輛需要減速或急轉彎處,如陡坡路段、城市道路的交叉口、公鐵交叉口等。

（2）路面狀況變化顯著的地方,如隧道出入口,隧道內溫度較高,在隧道的出入口處內外溫差變化較大。在風力及車輛輪胎的作用下會有部分冰雪進入隧道口,路面容易凍結,與正常路面相比?？够阅芟陆碉@著,是交通事故高發(fā)區(qū)。

（3）特別容易凍結的地方,如山澗背陰處、橋面上等。橋面上的路面厚度很薄,路面溫度受氣溫影響較大。道路冰雪容易凍結。影響道路的行駛安全。

（4）需要盡可能減少噴灑融雪劑的地方。如與農(nóng)耕地相臨近的地方或住戶密集區(qū)等。盡可能減少融雪劑的噴灑量,減少氯鹽對農(nóng)作物及土壤的破壞。

（5）在缺少除雪車或者除雪車無法作業(yè)的地方以及噴灑融雪劑困難的地方。

4 化學類凍結抑制材料的主要類型

自20世紀60年代以來,瑞士、德國等一些歐洲國家開始研發(fā)此種路面形式,20世紀70年代末期日本開始引進海外技術,并于20世紀90年代初期成功地進行了創(chuàng)新性研究。近10多年,隨著化學類凍結抑制材料研究的逐漸深入,化學類凍結抑制路面在日本得到了成功推廣。

在日本成功應用的抗凍路面分為化學類、物理類與物理化學綜合類兩種,其中化學類應用的最為廣泛?；瘜W類抗凍路面起源于20世紀世紀60年代的歐洲,在瑞士、德國等國家應用較多。日本從20世紀70年代末期開始引進該種路面形式,并于20世紀90年代初期成功地進行了創(chuàng)新性研究。最近十幾年伴隨著化學類抗凍路面研究逐漸深入,在日本的大部分地區(qū)都進行了成功推廣。主要包括以下幾種類型。

（1）鹽分以水泥固化成粒狀、圓球狀物體,置換混合料中的粗、細集料,添加量約8％；鋪筑后混合物中的鹽分慢慢溶出,發(fā)揮融冰化雪的作用。

（2）鹽化物以顆粒形式、表面裹油后置換混合料中的細集料,添加量約5％,代表產(chǎn)品：V-260。

（3）鹽化物以粉體形式置換混合料中的礦粉,添加量約6％～8％,代表產(chǎn)品：：M afilon（簡稱M FL）。

5 物理類凍結抑制材料的主要類型

變形型路面是增加路面面層（或罩面層）材料的柔性,使柔度大幅度提高,從而增加了路面受力時的彈性變形量。路面結冰后,行車輾壓時使路面冰層直接承受不均勻的垂直和水平力作用而自動破碎。用除雪機清除碎冰,具體方法是以下幾種。

（1）采用橡膠顆粒填充混合料。采用廢舊的汽車輪胎,按一定規(guī)格粉碎后加入瀝青混合料中,以增加面層的柔性。

（2）形成橡膠圓洞。在鋪筑的瀝青混凝土表面按一定間距開一直徑50mm,深25mm小圓洞,然后壓入同樣尺寸的橡膠小圓柱體,并同時用纖維填隙料填充。在結冰后只要行車一碾壓,由于橡膠的彈性,冰層立刻就按一定形狀自動破碎。

（3）使用聚氨基甲酸乙醋。在開級配瀝青混合料中,用聚氨基甲酸乙醋浸透后鋪筑或在薄面層鋪筑后,以薄臘或刻槽形式壓入聚氨基甲酸乙酸彈性層。通過其彈性和光滑避免了冰雪的附著,從而提高了抗冰凍的能力。

6 凍結抑制路面主要特點

與普通瀝青路面相比這種路面具有如下特點。

（1）可以延遲路面的凍結時間,縮短凍結期。

（2）減少除雪作用次數(shù),提高除雪作用效率。

（3）減少冬季道路的養(yǎng)護成本。