除冰鹽在防治高速瀝青路面凝冰災(zāi)害中的優(yōu)化使用

(福建省高速公路有限責(zé)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(zāi)害中的優(yōu)化使用

■魏一科

(福建省高速公路有限責(zé)任公司泉州管理分公司，泉州362000)

泉州地區(qū)部分高速公路因氣候特點，在冬季和春寒時節(jié)極易出現(xiàn)高速瀝青路面多雨結(jié)冰的情況，嚴(yán)重影響了瀝青路面的抗滑性能。目前福建省在應(yīng)對凝冰災(zāi)害時，采用撒播除冰鹽的措施。然而，在凍融循環(huán)作用下，除冰鹽易對橋梁結(jié)構(gòu)以及自然環(huán)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(nèi)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(jié)構(gòu)和環(huán)境的破壞。

高速瀝青路面凝冰災(zāi)害除冰鹽適宜使用量

1 概述

瀝青混凝土是高速公路建設(shè)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(jié)冰的情況下也要求具有良好的抗滑性能。泉州地區(qū)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(tài)水接觸到過冷(低于0℃)的瀝青路面容易凝結(jié)成一層粘結(jié)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(zhì)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(fā)交通事故。

為了防治凝冰災(zāi)害，省內(nèi)公路養(yǎng)護部門目前較多使用撒布除冰鹽作為應(yīng)對凝冰災(zāi)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(jié)構(gòu)、周邊環(huán)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(jié)構(gòu)處于氯離子環(huán)境中，加速混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部鋼筋的腐蝕速率，對混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性產(chǎn)生較大的影響[4]。因此，對除冰鹽使用量的優(yōu)化使用進行探究具有深遠的意義。

2 室內(nèi)試驗方案制定

2.1 凝冰路面的模擬

根據(jù)規(guī)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(fù)疊式低溫箱中。根據(jù)凝冰形成的條件，將溫度設(shè)置成可以使水泥試塊保持在-3℃～-7℃之內(nèi)。待試塊溫度達到目標(biāo)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(tài)下凝冰形成的情況。在-5℃的低溫箱內(nèi)，噴霧后10min，測得各試塊的摩擦系數(shù)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(guān)參數(shù)

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(yǎng)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(shù)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(jù)摩阻儀測量的表面擺值來評定除冰效果，最終通過數(shù)據(jù)分析得到單位面積適宜除冰鹽用量，實驗技術(shù)路線如圖1所示。

3 室內(nèi)試驗結(jié)果分析

選取試塊一，按照實驗技術(shù)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(dāng)形成開裂的區(qū)域占撒布實驗區(qū)域的50%時所記錄的時間、當(dāng)形成開裂的區(qū)域布滿撒布實驗區(qū)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(yōu)使用量探究實驗，實驗數(shù)據(jù)見表2。

圖1 實驗技術(shù)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(shù)據(jù)

3.1 實驗中測得試件不同形態(tài)所需時間數(shù)據(jù)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(tài)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(jié)構(gòu)上的達到不同形態(tài)結(jié)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(yīng)，凝冰層開始形成開裂時所記錄的時間、形成開裂的區(qū)域占撒布實驗區(qū)域的50%時的時間、形成開裂的區(qū)域布滿撒布實驗區(qū)域時的時間均呈現(xiàn)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(xiàn)三種形態(tài)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(tài)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(jù)實測路面試塊的摩擦系數(shù)值(BPN值)來衡量，實測結(jié)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(tài)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(dāng)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(fù)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(xù)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(huán)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(qū)域面積為撒布面積的倍數(shù)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(shù)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(shù)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(fā)生重結(jié)凝冰現(xiàn)象分析

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

4 結(jié)論

(1)通過室內(nèi)實驗，對不同除冰鹽使用量作用下達到試件不同形態(tài)所需時間數(shù)據(jù)、除冰鹽撒布后試塊的路面擺值、形成開裂區(qū)域面積為撒布面積的倍數(shù)、試件是否會發(fā)生重結(jié)凝冰現(xiàn)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(yōu)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(xiàn)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(yǎng)護部門的財政壓力。

(3)相關(guān)養(yǎng)護部門應(yīng)加強播撒除冰鹽過后的道路養(yǎng)護措施，制定播撒指標(biāo)，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(dǎo)收集鹽水，防止?jié)B入地下或污染地表水，避免腐蝕混凝土結(jié)構(gòu)[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(xué)物質(zhì)對環(huán)境的污染，體現(xiàn)了“以人為本、以路為本”的發(fā)展理念，保障人們的出行安全，對促進發(fā)展和諧交通、和諧社會具有重要的社會和經(jīng)濟效益[3]。

[1]游德泉.凝冰路面適宜除冰鹽用量室內(nèi)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(yǎng)護施工中融雪劑應(yīng)用.公路與管理,2009(23).

[3]張慧娟.使用融雪劑除雪給環(huán)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(xué)會年會,2000.

[5]中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).JTG D50-2009,公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范[S].北京：人民交通出版社,2006.