抗暗冰填料應(yīng)用性能研究

洪 丹 ，張 文 ，馬志君 ，陳仕周

（1.重慶中交科技股份有限公司，重慶 401121；2.重慶鵬方路面工程技術(shù)研究院，重慶 400000）

1 概述

冬季交通安全是各交通主管部門很棘手的難題。進(jìn)入冬季后，交通事故發(fā)生率大大上升，經(jīng)分析，冬季交通事故的發(fā)生有幾個方面的原因：（1）初冬季節(jié)，由一些小雨雪或是大霧天氣引起路面濕滑，特別是夜間還會形成暗冰，讓初冬的交通安全更是雪上加霜。所謂暗冰，是指降雨或降雪融化后滲入路面構(gòu)造中，并在寒冷氣候環(huán)境里結(jié)冰從而使路面抗滑性顯著下降，由此給行車帶來嚴(yán)重安全隱患的一種冬季現(xiàn)象。暗冰由于很薄，很光滑且透明，因此不易被發(fā)現(xiàn)，非常具有欺騙性。暗冰形成后，對第二天的交通帶來更大隱患，交通事故發(fā)生率大大提高。（2）深冬季節(jié)，北方地區(qū)厚厚的積雪，加上路表面的冰層，使道路幾乎喪失抗滑能力，這時應(yīng)盡量關(guān)閉交通，以減少交通事故發(fā)生。部分南方地區(qū)不會出現(xiàn)大雪天氣，更應(yīng)該注意暗冰的防治。（3）殘冬季節(jié)，天氣轉(zhuǎn)晴，積雪融化，但晝夜溫差大，夜間潮濕的路面仍會凍結(jié)，形成不易發(fā)現(xiàn)的薄冰層，也就是暗冰再次影響到交通安全。

暗冰對交通安全的危害很大，但冰層很薄，可以通過路面的鋪裝得到抑制。近年來，國外出現(xiàn)了一種化學(xué)類抑制凍結(jié)鋪裝路面。抑制凍結(jié)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(jié)功能的一種鋪裝方式。輪胎和路面的附著對車輛行車的安全很重要,路面上的雪和雨水一旦結(jié)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(jié)功能,是提升道路車輛冬季行車安全性的重要手段。我國也在國外研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行了化學(xué)類抑制凍結(jié)材料的研發(fā)，筆者通過理論結(jié)合試驗(yàn)研究的方式對重慶中交公司自主研發(fā)的抗暗冰填料的應(yīng)用性能進(jìn)行闡述。

2 抗暗冰填料的工作機(jī)理

抗暗冰填料的作用機(jī)理是在加入該材料的瀝青混合料中存在一定的微孔隙，在微孔壁表面粘附有一層具有表面活性的功能物質(zhì)，使得聚集態(tài)的水不能進(jìn)入，但不阻止氣態(tài)的水分子進(jìn)入。氣態(tài)水進(jìn)入微孔后溶解其中的抗暗冰劑，形成抗暗冰劑溶液，儲存在微孔中。由于微孔的疏水作用，微孔隙中的抗暗冰劑溶液只有當(dāng)微孔接近完全被溶液充滿時才能自由排除，非充滿狀態(tài)的抗暗冰劑溶液在車輛行駛時，由存在于車輪與路面之間的局部負(fù)壓也可逐漸將之提出。當(dāng)表層的抗暗冰劑濃度降低后，由于表層與下層之間的抗暗冰劑存在濃度梯度，使得下層的抗暗冰劑逐漸向表層擴(kuò)散。因此，抗暗冰填料加入瀝青混合料中后其中的抗暗冰劑大部分可緩慢遷移至路表面，作用時間長，可避免在路面的工作壽命期間年復(fù)一年撒鹽的除冰方式。

抗暗冰劑為一種可溶解在水中能降低冰點(diǎn)的復(fù)合化合物，在冰雪天氣，抗暗冰劑釋放，形成冰點(diǎn)較低的溶液，在路表和冰層之間形成不結(jié)冰或冰水混合的滑動層，可降低冰與路面的粘附力使表面冰層在行車碾壓下易破碎，不形成光滑的鏡面，在降雨量或降雪量較小的情況下，甚至能使路面不結(jié)冰。

3 抗暗冰瀝青混合料配合比設(shè)計

3.1 抗暗冰填料的添加方式

抗暗冰填料的應(yīng)用方法是在瀝青混合料拌合過程中，以類似礦粉加入的方式投入瀝青混合料，拌合后碾壓形成具有抗暗冰效果的瀝青混凝土。具體加入量以瀝青混合料設(shè)計配比為準(zhǔn)，推薦用量不低于混合料總質(zhì)量的4%，推薦用量5%～8%。

3.2 抗暗冰瀝青混合料配合比設(shè)計方法

配合比設(shè)計的步驟基本上與常規(guī)的瀝青混合料相同，但抗暗冰填料的比重是2.1～2.3，比起礦粉的比重2.7要小，需進(jìn)行體積替代法來換算，否則，可能由于體積比的原因會使礦粉用量加大，導(dǎo)致施工不便，施工后的耐流動性和耐磨耗性能下降，空隙率偏低而影響抗凝冰的效果等。以下為舉例說明。

3.2.1 確定只用礦粉時的礦料的配合比

與一般的瀝青混合料相同，表1是只用礦粉時的石料配合比。

表1 只用礦粉時的石料配合比一覽表

3.2.2 確定摻抗暗冰填料礦料配合比

采用容積代換法進(jìn)行配合比的確定。如果抗暗冰填料的使用量與礦料的質(zhì)量比是7%的時，具體算法如下：

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（1）礦粉的容積：9÷2.7(礦粉的比重)≈3.3(礦粉的容積)

（2）抗暗冰填料的容積：7÷2.3(碎冰1號的比重)≈3.0

（3）需要的礦粉容積：3.3－3.0=0.3

（4）需要的礦粉重量：2.7×0.3≈0.8

所以，用7%的抗暗冰填料加上0.8%的礦粉來代替9%的礦粉。

4 抗暗冰瀝青混合料性能研究

4.1 抗暗冰瀝青混合料路用性能研究

對添加了抗暗冰填料的瀝青混合料的性能進(jìn)行檢測，判斷是否滿足規(guī)范要求。結(jié)合料采用韓國SK牌SBS改性瀝青，集料采用規(guī)格為0～3mm機(jī)制砂及3～5mm、5～10mm、10～15 mm的玄武巖碎石，填料采用四川瀘沽宏業(yè)商貿(mào)公司生產(chǎn)的石灰石礦粉和重慶中交公司生產(chǎn)的抗暗冰填料。

4.1.1 設(shè)計級配（見表2）

表2 設(shè)計級配一覽表

4.1.2 混合料配合比（見表3）

表3 混合料配合比一覽表

4.1.3 混合料性能檢驗(yàn)

對摻加了抗暗冰填料的瀝青混合料進(jìn)行穩(wěn)定度和高低溫性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果和試驗(yàn)方法如表4所列。

表4 摻抗暗冰填料瀝青混合料性能檢測結(jié)果一覽表

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，摻抗暗冰填料的瀝青混合料性能指標(biāo)均能滿足規(guī)范要求。

4.2 抗暗冰瀝青混合料抗暗冰性能研究

4.2.1 抗暗冰成分釋放測試

試驗(yàn)方法：將抗暗冰試件表面噴灑4 mm的水層，放置30 min后，用玻璃棒將該溶液攪拌均勻，并取其中少量試樣用特種離子儀檢驗(yàn)釋放的抗凝冰成分，檢驗(yàn)完畢后，將試件表層的水倒去，然后同樣注入4 mm的水層，繼續(xù)放置30 min后用特種離子儀進(jìn)行檢驗(yàn)。如此循環(huán)5次，以此來檢驗(yàn)試件表面抗凝冰成分的釋放程度和釋放持續(xù)性（見表 5）。

表5 抗暗冰成分釋放測試結(jié)果一覽表

結(jié)論：采用抗暗冰填料的瀝青混凝土隨著噴灑水次數(shù)的增多，其表層單位面積釋放的抗暗冰成分逐漸減少，尤其第二次噴水后。但是，從析出抗暗冰成分占總質(zhì)量的比例可以看出，試件中的抗暗冰成分釋放完全則需要較長的時間，這體現(xiàn)了抗暗冰瀝青混凝土具有較長的使用效果。

4.2.2 抗暗冰效果觀察（見圖1～圖6）

試驗(yàn)結(jié)果表明，未添加抗暗冰填料的對比樣沒有抵抗冰凍的能力，在設(shè)定溫度條件下，試件表面的水容易結(jié)冰，而且冰層結(jié)實(shí)；與之相比，添加了抗暗冰填料的試件具有良好的抗冰凍效果；同時抗暗冰填料能夠緩慢釋放，并在試驗(yàn)段應(yīng)用中可以看出添加了抗暗冰填料的路段有良好的抗暗冰效果。

圖1 -4℃對比樣冰凍90 m in照片

圖2 -4℃抗暗冰樣冰凍90 m in照片

圖3 -4℃對比樣冰凍150 m in照片

圖4 -4℃抗凝冰樣冰凍150 m in照片

圖5 抗暗冰填料釋放效果實(shí)景

圖6 試驗(yàn)段應(yīng)用效果實(shí)景

5 結(jié)語

抗暗冰技術(shù)是一種新興的主動性抑制凍結(jié)的抗暗冰鋪裝技術(shù)，為冬季交通安全帶來了福音，技術(shù)意義重大。筆者通過對擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的抗暗冰填料進(jìn)行了一系列的試驗(yàn)研究和分析發(fā)現(xiàn)，抗暗冰填料在保證了普通瀝青混合料路用性能的同時，具有顯著的抗暗冰效果，這一材料的成功研發(fā)，填補(bǔ)了國內(nèi)抗暗冰技術(shù)領(lǐng)域的空白，而且大大降低了材料成本，為我國抗暗冰技術(shù)的發(fā)展有很大的促進(jìn)作用。