三種不同抗凝冰技術(shù)試驗段鋪筑效果對比分析

田盛鼎，胡松山

(1.貴州高速公路集團有限公司，貴州 貴陽 550004；2.廣西交通科學研究院有限公司，廣西 南寧 530007；3.廣西道路結(jié)構(gòu)與材料重點實驗室，廣西 南寧 530007)

0 引言

瀝青路面凝冰易導致路表抗滑能力急劇下降，在極端氣候條件下存在嚴重的運營安全隱患。路面凝冰如不及時采取相應措施，也容易對瀝青路面造成直接或間接的破壞，如何防治瀝青路面凝冰現(xiàn)象已成為亟待解決的問題[1]。

抗凝冰技術(shù)是近幾年國內(nèi)外研究的熱點，技術(shù)措施可大致劃分為被動式和主動式，其中被動式抗凝結(jié)技術(shù)主要有安裝發(fā)熱電纜、地熱管、太陽能發(fā)熱、導電混凝土或相變儲能材料等融雪技術(shù)；主動式抗凝結(jié)技術(shù)有路面涂層、添加抗凝冰材料和主動式智能噴灑防冰除冰系統(tǒng)等技術(shù)方法。

本文以貴州畢節(jié)至都格高速公路為依托工程，重點選取路面涂層、主動式智能噴灑系統(tǒng)和添加抗凝冰改性劑三種抗凝冰技術(shù)和方案，鋪裝試驗段進行實體驗證，從實施過程控制和后期性能檢測等方面對三種抗凝冰技術(shù)的融雪效果進行客觀評價，具有較大的工程實踐和科研價值。

1 抗凝冰涂層技術(shù)

抗凝冰涂層技術(shù)是在瀝青路面表面涂刷或噴灑一層具有高黏結(jié)、高耐磨性的路面功能層，涂層形成致密防水層將路表封閉，起到較好的封閉路面裂縫功能，能防止路面水損害，具有預防性養(yǎng)護效果。該功能層使路表無法結(jié)冰，達到融雪除冰的效果。

1.1 自融冰雪涂層試驗段

為檢驗自融冰雪路面涂層實際除冰融雪效果，本文選用國內(nèi)某科研單位自主研發(fā)的抗凝冰涂料于2015-12-05對貴州畢節(jié)至都格高速公路K146+890～K147+659左幅路段進行試驗段施工，采用人工灑布施工，灑布量控制在0.6～1.0 kg/m2。因冬季施工環(huán)境氣溫較低，涂層固化速度稍慢，施工后封閉養(yǎng)生2 h。由抗凝冰涂層涂抹后試驗結(jié)果可知：普通路面積雪明顯，無路面裸露，車輛碾壓后成冰雪狀。試驗段路面積雪消融顯著，說明自融冰雪涂層實際融雪較好，基本達到“小雪自消融，大雪不結(jié)冰”的效果。

現(xiàn)場對融雪后的路表進行摩擦系數(shù)測試，詳見表1所示。噴灑自融雪涂層后的瀝青路面在一次融雪天氣之后，路面抗滑性能降低，部分檢測數(shù)據(jù)不能滿足規(guī)范要求，從而影響快速行車安全。綜合分析，抗凝冰涂層技術(shù)能夠阻止冰層與路面附著，對路面結(jié)構(gòu)無影響情況下，降低路表抗滑性能，是一種可行的抗凝冰技術(shù)，適用于慢速行車路段。

表1 摩擦系數(shù)試驗檢測表

2 智能路面融冰預警系統(tǒng)

智能路面融冰預警系統(tǒng)是一種系統(tǒng)性的新型現(xiàn)代化防冰策略，該系統(tǒng)采用埋置于路面的自動傳感器，其中傳感器包括液固感知材料、液固變相探測器和信號調(diào)理系統(tǒng)，對路表溫度和結(jié)冰點進行高精度量測，基于關(guān)鍵閾值參數(shù)，激活噴淋系統(tǒng)，在結(jié)冰之前依據(jù)環(huán)境溫度變化趨勢，自動噴灑防冰液防止冰的形成和雪的結(jié)塊，從而能夠有針對性地使路政管理人員對擬產(chǎn)生凝冰的路段進行防凝冰預先處置。

試驗路段在貴州畢節(jié)至都格高速公路K148+250～K150+100右幅，采用國內(nèi)某科研單位研發(fā)的智能路面融冰預警系統(tǒng)。

智能路面融冰預警系統(tǒng)的噴灑系統(tǒng)主要利用液固相變發(fā)生器實時探測路面過冷水滴液實際凝冰溫度，根據(jù)實時采集的凝冰探測溫度值、路表溫度傳感器的溫度值、環(huán)境大氣溫度黃安琪的溫度值和環(huán)境濕度傳感器的相對濕度值。安裝后10 d內(nèi)該地區(qū)出現(xiàn)中雪，系統(tǒng)正常運行后除冰效果明顯。

3 抗凝冰瀝青混合料技術(shù)

抗凝冰混合料技術(shù)采用抗凝冰改性劑直接摻入瀝青混合料當中，形成具有抑制路表凝冰效果，從而有效提高冰雪天下條件下道路通行能力，保障行車安全。畢度高速公路采用的抗凝冰改性劑成分主要為鹽化物，當其作為添加劑摻加到瀝青混合料當中時，遇到降雪會溶出鹽化物主要成分，發(fā)生離子交換作用，放出一定熱量，降低冰點。

本文選取國內(nèi)某科研單位自制研發(fā)的抗凝冰改性劑進行室內(nèi)研究并鋪筑試驗段，過程控制通過紅外熱像儀對抗凝冰瀝青瑪蹄脂混合料進行監(jiān)測，有效保證抗凝冰路段的壓實效果。該抗凝冰改性劑主要成分包括鹽化物、緩釋劑、抗腐蝕劑和增強劑，技術(shù)指標如表2所示。

表2 抗凝冰改性劑技術(shù)要求表

結(jié)合現(xiàn)行《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40)進行抗凝冰瀝青混合料配合比設(shè)計。試驗中采用SMA-13瀝青混合料，其級配曲線如下頁圖1所示。為確定最佳抗凝冰改性劑摻量，室內(nèi)通過凍融劈裂試驗，以瀝青混合料質(zhì)量的2%、4%、5%、6%、7%五種不同摻量進行凍融劈裂試驗，結(jié)果見圖2。

圖1 SMA-13級配曲線圖

圖2 抗凝冰改性劑最佳用量確定曲線圖

由圖2可見，抗凝冰改性劑在摻量為5.3%情況下，瀝青混合料凍融劈裂強度比達到最大。室內(nèi)以SMA-13油石比為6.5%，絮狀木質(zhì)素纖維摻量為0.3%，抗凝冰改性劑摻量為5.3%。

圖3 不同溫度氯離子濃度變化對比曲線圖

為進一步評價該抗凝冰材料抗凝冰耐久性，室內(nèi)通過動態(tài)水模擬實驗，將抗凝冰車轍板試件浸泡于溫度分別為-10 ℃、0 ℃、5 ℃、15 ℃、25 ℃、35 ℃的水中，按照試驗段平均降雨量分15次給車轍板噴水，每次測定水中的氯離子含量變化。由圖3可知：隨著每次沖淋次數(shù)的增加，溶液中氯離子含量逐漸增加，說明在路面淋濕狀態(tài)下氯離子含量會相應有部分流失，溫度越低流失量越大，從而在冰凍條件下起到抗冰效用。

室內(nèi)驗證添加抗凝冰改性劑和未添加抗凝冰改性劑瀝青混合料性能驗證，結(jié)果見表3?？鼓男詣┑奶砑釉龃蠡旌狭险掣叫阅軓亩邷胤€(wěn)定性提高，而相應的水穩(wěn)定性和低溫抗裂性能較普通瑪蹄脂瀝青混合料降低。

表3 性能測試結(jié)果表

為有效控制抗凝冰瑪蹄脂瀝青混合料在攤鋪過程中溫度控制的準確性，試驗路段采用紅外熱成像技術(shù)對試驗段鋪筑效果進行跟蹤觀測。本文采用的是Fluke紅外熱成像儀，型號為Ti25。

為確?？鼓斕阒瑸r青路面的整體質(zhì)量，在試驗段鋪筑過程中嚴格控制每一施工環(huán)節(jié)溫度，2015-12-09對貴州畢節(jié)至都格高速公路K147+740～K148+740左幅上面層碾壓全過程實施紅外熱成像儀檢測，目的在于監(jiān)測瀝青混合料在碾壓過程中溫度散失的情況，如圖4所示。隨著碾壓工藝逐步推進，路表溫度受天氣影響下降較快，仍能滿足規(guī)范規(guī)定。

圖4 攤鋪與碾壓階段溫度變化示意圖

分別對五個樁號碾壓過程中的溫度實施檢測，并對溫度變異的位置進行標記，鉆芯取樣測試其壓實度、滲水系數(shù)、構(gòu)造深度和摩擦系數(shù)監(jiān)測，檢測結(jié)果見表4。

表4 制定樁號監(jiān)測數(shù)據(jù)表

注：壓實度按最大理論密度進行控制

圖5 溫度離析與壓實度變異關(guān)系圖

研究中選取五個典型樁號進行現(xiàn)場碾壓控制，見圖5。結(jié)論得出同一樁號處，溫度離析越嚴重，壓實度變異越大。根據(jù)紅外熱像儀的溫度圖像，可以大致檢查攤鋪碾壓過程中存在少壓漏壓或者壓實度不足的現(xiàn)象，進一步保證了抗凝冰瀝青混合料工程應用效果。

由表4可知：抗凝冰改性劑瀝青瑪蹄脂路面各項指標符合規(guī)范要求，抗滑系數(shù)雖有所降低，但仍大于54的規(guī)范要求。因此，抗凝冰混合料保證了路面表面的摩擦性能，使得降雪凝冰期間的行駛安全得到充分保證，融雪效果明顯。

4 結(jié)語

本文選取的三種抗凝冰技術(shù)和方案均能達到一定的抗凝冰效果，是可行的抗凝冰技術(shù)，并得出以下結(jié)論：

(1)從抗凝冰涂料除雪效果來看，該抗凝冰涂層技術(shù)噴涂施工工藝簡單、成本低廉，是一種經(jīng)濟、低碳、環(huán)保型主動凝冰技術(shù)。

(2)智能路面融冰預警系統(tǒng)可動態(tài)掌控路面冰雪路況，根據(jù)天氣變化及時達到融雪除冰效果，實現(xiàn)道路早期凝冰預警及自動化處置，為路政管理提供便捷式服務。自動智能防冰除冰系統(tǒng)的噴淋裝置系統(tǒng)可結(jié)合海綿城市建設(shè)，將收集的城市降水進行凈化，輸送至凈化水儲存罐，根據(jù)路面氣溫、濕度等信息，可冬季自動噴灑防冰液，夏季自動噴灑清水，實現(xiàn)夏季高溫高架橋橋面的除塵、降溫，生態(tài)環(huán)保、綜合利用水資源的理念與技術(shù)創(chuàng)新，并作為海綿城市的關(guān)鍵技術(shù)之一。

(3)抗凝冰瀝青混合料技術(shù)施工碾壓工藝要求較高，極端天下施工條件下，熱紅外成像技術(shù)有效可作為有效評價抗凝冰路面現(xiàn)場溫度離析技術(shù)手段。

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