冬季道路養(yǎng)護(hù)手段的效率與方法分析

王士超

近年來，為保證風(fēng)雪冰凍天氣道路的安全暢通，道路路面浮冰處理采用高速公路冬季養(yǎng)護(hù)拋灑融雪劑消冰的辦法，收效頗佳。但受自然環(huán)境、人力、物力、機(jī)械化程度的局限，人工拋撒灑融雪劑費(fèi)工、費(fèi)時(shí)、費(fèi)材料、效率低，事倍功半并存在諸多安全隱患。同時(shí)部分結(jié)冰路段地形特殊，浮冰不集中，又氣候惡劣，因此路面浮冰的及時(shí)有效處理已成為冬季保通工作的難題之一。有效利用現(xiàn)有抗滑融雪材料的特點(diǎn)，改進(jìn)現(xiàn)有抗滑融雪材料的加工工藝和撒布方法，對節(jié)約冬季道路養(yǎng)護(hù)費(fèi)用、及時(shí)有效達(dá)到養(yǎng)護(hù)標(biāo)注、保障道路安全暢通是非常必要的。

一、冬季氣候影響下的冰雪道路特征

積雪狀態(tài)受到氣溫、風(fēng)力、降雪量、降雪形態(tài)、地理環(huán)境等影響，根據(jù)寒冷的氣候特點(diǎn)及道路特征，通過對冬季路面積雪的實(shí)際情況觀測，分析出各種降雪出現(xiàn)光滑冰雪路面類型。

1.1冰膜

當(dāng)氣溫在一5℃一10 0C，降雪量小于Scm或雨或雨夾雪降至嚴(yán)寒路面，白天路面積雪狀態(tài)為雪水混合物，可以正常行車，晚間溫度下降后，路面形成小于1～厚的冰膜，較光滑，這種冰很難消除，行車易肇事。

1.2冰雪混合狀

氣溫一5℃一10℃，降雪量大于5cm，無風(fēng)或風(fēng)力小于3級，白天路面積雪狀態(tài)為雪水混合物，不光滑，可正常行車，晚間路面呈冰雪交融狀態(tài)，有冰棱出現(xiàn)，路面較滑。

1.3冰板

氣溫在一10℃以下，降雪量大于5cm，白天降雪降到路面形成雪水，晚間溫度降低凍結(jié)成厚度大于1～以上的冰，這種凍板硬度較大，很難消除。

而我國的溫帶地區(qū)如東南、西南、華南等地冬季氣候相對溫暖和潮濕，初雪較晚，終雪較早，主要的降雪過程多半集中在隆冬時(shí)節(jié)，11月末至3月初，一次寒潮侵入后，先是雨，再下雪（中間一般還有“雨夾雪”），路面基本黑冰或薄冰路面，對交通運(yùn)輸?shù)奈：ψ顬閲?yán)重，也是目前最難于清除的。2008年至今，受極端惡劣氣候的影響，我國南方大部分地區(qū)、西北地區(qū)東部及吉林省南部地區(qū)均出現(xiàn)了罕見的持續(xù)數(shù)十日的雨雪、冰凍及大（暴）雪等極端災(zāi)害性天氣，因降雨時(shí)的雨滴溫度很低，其氣溫處于臨界冰點(diǎn)溫度，地面形成一層光滑的薄冰，稱其為冰雨，導(dǎo)致路面形成厚厚的黑冰，造成直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)125億元。基于上述分析得出，積雪形成的冰或者冰雪混合狀等較堅(jiān)硬的雪質(zhì)是目前抗滑融雪的難題，也是我們今后研究的重點(diǎn)。

二、現(xiàn)有冬季道路養(yǎng)護(hù)抗滑融雪材料撒布方式對比分析

目前抗滑融雪材料的撒布方式主要有直接撒布、預(yù)濕撒布、與氯鹽溶液混合撒布、與固體氯鹽混合撒布等。

固態(tài)融雪劑的直接撒布使用已露出其弊端，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是干撒固態(tài)防滑料、融雪劑撒布作業(yè)時(shí)，路面較滑，彈出路面、濺入路肩和排水系統(tǒng)造成的浪費(fèi)極大，加上風(fēng)的影響，浪費(fèi)比例高達(dá)30%；二是干燥融雪劑撒布在雪地上時(shí)，需要吸收熱量和濕氣，形成鹽水溶液，降低冰點(diǎn)，起到融雪化冰的作用，干燥的鹽顆粒在沒有吸收足夠的熱量和濕氣之前，是不起化學(xué)反應(yīng)，不能融化冰雪的；三是固態(tài)融雪劑通常不能象液態(tài)融雪劑一樣實(shí)施預(yù)熱，融化冰雪所需時(shí)間較長，特別在氣溫較低的氣候條件下。四是融雪時(shí)產(chǎn)生的熱沖擊對路面有損害，鹽溶于水為吸熱反應(yīng)，每千克鹽溶與水需吸熱73.9kJ，施撒固體鹽，則鹽溶解過程所需熱量主要來自由車輪碾壓的路面，鹽溶解吸熱導(dǎo)致路面溫度急劇下降而開裂，從而嚴(yán)重影響路面的壽命。

三、冬季道路養(yǎng)護(hù)防滑材料撒布效率方法的分析

冬季道路融雪劑預(yù)濕技術(shù)原理：融雪劑需有足夠的熱量和濕度才能起化學(xué)反應(yīng)，達(dá)到融冰、化雪的效果。當(dāng)干燥融雪劑剛被撒布在雪地上時(shí)，需吸收雪、冰地上熱量和濕氣，形成鹽水融液，降低冰點(diǎn)，起到融雪化冰的作用。干燥的顆粒鹽和片狀鹽在沒有吸收足夠的熱量和濕氣之前，是不起化學(xué)反應(yīng)的，也就是說，是不能融冰、化雪的。當(dāng)融雪劑剛剛?cè)霾荚谘┑厣蠒r(shí)，公路上的濕氣還不足以馬上使鹽融化。隨著濕氣的吸收，鹽與雪開始融化，鹽融雪水不斷增多。隨著水的比例增加，鹽融水的冰點(diǎn)也開始變化。

研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)融雪劑中水的比例達(dá)到8.6%時(shí)，冰點(diǎn)開始明顯降低。當(dāng)鹽中水的比例達(dá)到23%時(shí)，鹽融水的冰點(diǎn)為一20 0C。表2表明融雪劑預(yù)濕濃度與融雪劑使用效率關(guān)系。因此，在撒布作業(yè)時(shí)，將水按一定比例與鹽預(yù)先混合后撒布，或?qū)⒁簯B(tài)融雪液（巖鹽加入一定比例的水一鹽加和固態(tài)防滑材料混合撒布，可以大大降低融雪的冰點(diǎn)，提高作業(yè)效率，減低交通事故。

預(yù)濕融雪劑撒布作業(yè)，可以免除吸收熱量和濕氣的過程，直接產(chǎn)生融冰、化雪效果。通常融雪劑預(yù)濕量為20%-30%。當(dāng)然，鹽水中水的比例要嚴(yán)格控制。

利用融雪劑預(yù)濕的原理，為了避免鹽害，對防滑材料進(jìn)行水加熱混合處理后撒布試驗(yàn)研究，研究開發(fā)一種防滑材料熱預(yù)濕技術(shù)，其防滑的機(jī)理為熱水與碎石混合撒布在結(jié)冰路面上，熱水可迅速地融化部分冰雪，使積冰路面出現(xiàn)坑洞，外部裹附有熱水的碎石可直接嵌擠在坑洞里，既不易被車輛和大風(fēng)刮走和飛濺而流失，而且存在于積冰路面上增加其路面的摩擦系數(shù)。防滑材料熱預(yù)濕技術(shù)的操作工藝，通常作為防滑材料使用碎石直徑2.5-5.0～時(shí)，混入不同溫度的熱水，將其混合達(dá)到一定的粘結(jié)性，在一定的交通流量下，針對不同的結(jié)冰厚度路面測定其抗滑摩擦系數(shù)來證明其具有抗滑的作用。

當(dāng)水的加熱溫度為4050℃時(shí)，碎石與熱水混合的防滑材料的粘性達(dá)到80 %- 90%，將該防滑材料撒布在冰膜路面上，撒布劑量5080留mz，結(jié)冰路面的摩擦系數(shù)基本可維持在0.3-0.35，起到了防滑作用。針對較厚的結(jié)冰路面，將碎石與溫度為50-60℃的熱水進(jìn)行混合，使防滑材料的粘性達(dá)到90%以上，結(jié)冰路面的摩擦系數(shù)基本可維持在0.3-0.35，隨著車輛的行車防滑系數(shù)雖然沒有上升，路面防滑系數(shù)仍可維持較高的水平，具有較好的防滑撒布效果的持續(xù)性。

通過利用抗滑融雪材料熱預(yù)濕技術(shù)的撒布方式和效率方法的研究，可以得出以下研究結(jié)論：

1、經(jīng)過熱預(yù)濕技術(shù)得到的抗滑融雪材料其加工工藝操作簡單，原材料廉，豐富易得，成本低廉，大大地節(jié)約了冬季道路的養(yǎng)護(hù)成本。

2、經(jīng)過熱預(yù)濕技術(shù)得到的抗滑融雪材料其防滑效果明顯。熱水與碎石混合撒布在結(jié)冰路面上，熱水直接可融化部分冰雪，使積冰路面出現(xiàn)坑洞，外部裹附有熱水的碎石可直接嵌擠在坑洞里，既不易被車輛和大風(fēng)刮走，又不易飛濺而流失，而且存在于積冰路面上增加其粗糙度。