鹽化物自融雪路面現(xiàn)狀與發(fā)展方向研究

李欣

（西安市公路工程管理處，陜西 西安 710065）

0 引言

通過對冬季交通事故的發(fā)生原因進行分析，很多事故與路面積雪和結(jié)冰有一定關(guān)聯(lián)。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，道路積雪結(jié)冰時，交通事故率由0.12（百萬車/公里）增加到0.53（百萬車/公里）。

因此，在冬季降雪后需立即對路面進行清掃，并撒布工業(yè)鹽水、融雪劑等，以盡快達(dá)到除雪化冰的效果，避免對道路運行安全造成影響。但是，在除雪化冰中，人為清掃所需時間較長，而撒布工業(yè)鹽水或者融雪劑，對瀝青路面有一定程度的破壞。因此相關(guān)部門應(yīng)對路面冰雪問題進行深入探究，并不斷推廣應(yīng)用鹽化物自融雪路面施工技術(shù)。

1 鹽化物自融雪瀝青路面的優(yōu)點

在氯化物融雪劑的實際應(yīng)用中，會對生態(tài)環(huán)境造成影響，不僅會剝蝕路面，腐蝕管道、鋼筋，同時還會破壞土壤環(huán)境、臭氧層以及水環(huán)境等。通過對美國交通研究協(xié)會研究成果進行分析，從1970年開始，美國高速公路管理部門在冬季路面融雪中應(yīng)用1000t 鹽，對路橋工程均造成嚴(yán)重破壞，并且耗費大量資金進行修復(fù)。在我國路面融雪中，融雪劑的用量也比較大，對周邊水源安全造成嚴(yán)重影響。

在路面施工中應(yīng)用鹽化物自融雪瀝青路面施工技術(shù)，能夠有效減少對生態(tài)環(huán)境的影響。與直接撒布融雪劑相比，通過將融雪劑應(yīng)用于路面施工中，能夠減少融雪劑用量。根據(jù)實踐研究，在鹽化物自融雪路面施工中，當(dāng)大氣溫度分別為-5～0oC、-10～-5oC 以及-15～-10oC 時，在路面融雪中，一次預(yù)防融雪劑撒布量分別為30g/m2、50g/m2、80g/m2，一次融雪撒布分別為50g/m2、80g/m2、120g/m2。在鹽化物自融雪路面施工中，假設(shè)路面面層厚度為5cm，鹽化物加入量為7%，對于混凝土毛體積，可根據(jù)2.5g/cm3進行計算，在1m2路面施工中，鹽化物用量為8750g 左右，而鹽分含量4813g 左右，是融雪時融雪劑撒布量80g/m2的60 倍。

另外，通過對鹽化物自融雪路面的施工效果進行分析，鹽化物自融雪路面的使用年限在5年以上，由此可見，鹽化物自融雪路面的環(huán)保效益比較高。

2 鹽化物自融雪路面融雪機理分析

2.1 稀溶液冰點下降理論

在建筑工程施工中，通過在原材料中加入鹽分，可顯著降低冰點。在冬季施工中，可將定量鹽加入水泥混凝土中，即可提升混凝土結(jié)構(gòu)抗凍性。根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，將不揮發(fā)性物質(zhì)和非電解質(zhì)進行有效融合，進而形成的稀溶液，其蒸氣壓與純?nèi)軇┫啾容^低，而這一現(xiàn)象即為稀溶液蒸氣壓降低。通過將液體表面分子進入氣相的速率和氣相的溶劑分子回到液相中的速率進行對比，如果二者相同，則對于氣相中溶劑蒸氣的壓力，可稱為飽和蒸氣壓。揮發(fā)性溶質(zhì)類型比較多，包括糖、尿素等，將其溶解于水后，不揮發(fā)性溶質(zhì)分子即可占據(jù)溶液表面的一部分，單位面積溶液表面中溶劑的分子數(shù)減少，這樣從溶液表面進入氣象的溶劑分子相對減少。因此當(dāng)平衡建立后的飽和蒸氣壓就要比純?nèi)軇┑牡汀?/p>

當(dāng)稀溶液蒸氣壓下降時，稀溶液的冰點也會隨之降低。冰點指的是液相和固相并存的溫度條件，在0oC 時，稀溶液蒸氣壓顯著低于水的蒸氣壓，因此，當(dāng)溫度在0oC 以下時，冰的蒸氣壓和水的蒸氣壓相同，此時稀溶液冰點顯著降低。

2.2 鹽化物自融雪作用原理

鹽化物自融雪路面是在路面施工中，加入鹽化物材料，替代部分礦粉，在保證路面性能的基礎(chǔ)上降低路面冰點，延緩路面凍結(jié)時間。

2.2.1 MFL 融雪過程

MFL 為多孔結(jié)構(gòu)材料，在經(jīng)過特殊的加工處理后，即可將氯化鈉包裹在多孔火成巖中，在瀝青混合料制備過程中，利用部分MFL 替代礦粉，進而降低瀝青混合料冰點，MFL 在混合料中的存在形式較穩(wěn)定，并且不會對路面質(zhì)量造成不良影響。MFL 的融雪機理如下：多孔結(jié)構(gòu)中存有氯化鈉，在路面施工過程中，氯化鈉通過孔隙緩慢析出，首先進入混合料孔洞，其次再擴散至路面中，對路面冰雪發(fā)生相互作用，進而降低冰點，使冰雪首先轉(zhuǎn)化為液態(tài)水，最后再排出路面。在氯化鈉析出過程中，多孔結(jié)構(gòu)材料的體積保持不變，因此不會對路面造成不良影響。

2.2.2 V-260 融雪過程

V-260 鹽化物為顆粒狀，其表面包裹一層油，在混合料拌和中，利用V-260 代替部分細(xì)集料，V-260 的加入量需控制在5%左右。冬季環(huán)境溫度比較低，而V-260 可被迅速激活，在滲透壓以及毛細(xì)管效應(yīng)影響下，當(dāng)車輛與路面相互摩擦?xí)r，V-260 即可析出，進而降低路面冰點。在路面壓縮、磨損以及振動等因素的影響下，V-260 可在路面的不同深度緩慢遷移至面層，然后與路面冰雪相互結(jié)合，進而降低冰點，促進冰雪融化。在路面潮濕、有水、有積雪情況下，路面層深度約5～10mm 處，V-260 是作為溶液存在于混合料的孔隙間和毛細(xì)管里當(dāng)環(huán)境溫度不斷降低時，V-260 可通過空隙逐漸滲透至路面。如果路面干燥，則V-260中水分不斷蒸發(fā)，V-260 體積減小，進而退回至混合料孔隙之間以及毛細(xì)管中。

2.2.3 水泥固化鹽化物顆粒

與上述MFL 以及V-260 相比，水泥固化鹽化物顆粒的粒徑比較大，同時，在水泥包裹的影響下，水泥固化鹽化物顆粒強度較大，在混合料中容易受到路面所受壓力的影響，在壓力循環(huán)作用下，由壓力的不斷循環(huán)作用而慢慢破壞顆粒，使鹽化物漸漸暴露在混合料空隙中和路表面。在降雪季節(jié)，鹽化物逐漸溶出，有效促進冰雪融化[1]。

通過上述分析可見，MFL 以及V-260 和水泥固化鹽化物三種材料的融雪原理大致相同，但是融雪過程有一定差異。在MFL 以及V-260 和水泥固化鹽化物的實際應(yīng)用中，均需先吸水，使不同材料中的有效成分逐漸溶出，溶液濃度增加。由于鹽化物中的有效成分是強電解質(zhì)，所以溶液中的離子濃度也隨之增大。液體表面蒸汽壓下降，降低路面水的冰點，使冰雪不斷融化，達(dá)到融冰雪和延緩凍結(jié)的效果。

3 鹽化物自融雪路面施工工藝研究

3.1 混合料拌和

其一，在混合料拌和中需應(yīng)用多種原材料，在原材料進場前，對各類原材料進行抽樣檢測，檢測合格后方可投入使用。對集料粒徑進行分析，并據(jù)此分別堆放在空地上，對于細(xì)集料，需增加棚蓋存儲避免雜物混入，對混合料拌和質(zhì)量造成不良影響。

其二，在混合料拌和中，需選擇適宜的振動篩篩孔，及時排出超粒徑原材料，同時還應(yīng)對拌和機進行檢查，避免在拌和過程中出現(xiàn)漏粉問題，同時對傳感器進行準(zhǔn)確標(biāo)定，保證拌和樓稱量結(jié)果準(zhǔn)確性。

其三，在瀝青混合料拌和中，可應(yīng)用間歇式拌和機，并控制拌和溫度。在改性瀝青混合料拌和中，需根據(jù)廠家建議控制拌和溫度，同時及時對溫度進行檢測，判斷其與設(shè)定值之間的差異。

其四，通過拌和操作，即可將鹽化物加入礦粉倉中，通過應(yīng)用礦粉添加裝置，對原材料投放過程進行自動化控制。另外，也可采用人工投入方式，根據(jù)鹽化物投入量對拌和原材料用量進行控制。在將鹽化物加入拌和樓時，可能會造成其他原材料飛濺，因此，混合料拌和操作人員應(yīng)佩戴防塵口罩、保護器具等[2]。對于大規(guī)模生產(chǎn)多采用礦粉添加裝置自動投放，生產(chǎn)效率較高。

其五，在瀝青原材料拌和中，需應(yīng)用導(dǎo)熱油進行加熱處理，控制瀝青、礦料加熱溫度，確保在混合料拌和完成后能夠符合出廠溫度要求。

其六，在將鹽化物投入拌和樓后，需將濕拌時間控制在40s 以上。對混合料進行仔細(xì)觀察，為保證充分拌和，可適當(dāng)延長拌和時間。另外，在拌和過程中，還需對混合料均勻性進行檢查，判斷是否有離析、冒煙等問題。

3.2 混合料運輸

其一，根據(jù)運輸距離確定自卸車輛數(shù)量，為保證卸料便捷性，在運輸車輛中，需安裝底板以及側(cè)板，在涂抹隔離劑后擦除剩余積液。在混合料中加入自融雪材料后，混合料的溫度會降低，因此在運輸過程中，應(yīng)注意保溫措施，比如使用保溫防護材料，避免混合料溫度降低。

其二，在將拌和機中的混合料放入運輸車時，每堆放一定混合料后，需對運輸車位置進行適當(dāng)調(diào)整，首先將混合料放置在車廂前部，然后再緩慢移動運料車，其次將混合料放在車廂后部，最后將混合料放入車廂中部，保證車廂中混合料堆放均勻，避免混合料出現(xiàn)離析現(xiàn)象。

3.3 混合料攤鋪

在混合料攤鋪施工過程中，應(yīng)保證單幅一次性攤鋪成型。在選擇攤鋪機時，其應(yīng)具備自動調(diào)節(jié)攤鋪厚度功能、自動找平功能、較大容量受料斗，同時還應(yīng)具備振動熨平板以及振動夯實機械設(shè)備。在混合料攤鋪過程中，要求對標(biāo)高、溫度、速度等進行控制。在鹽化物混凝土面層攤鋪完成后，在面層高程以及厚度控制中，可應(yīng)用浮動基準(zhǔn)梁進行調(diào)控，同時保證勻速攤鋪[3]。

3.4 碾壓控制

在混合料攤鋪完成后，要用鋼輪壓路機進行初壓和復(fù)壓，用膠輪壓路機進行終壓。施工時，壓實度管理標(biāo)準(zhǔn)要比通常的混合料高出2%。

在初壓階段需要注意，初壓溫度不低于160oC，鹽化物自融雪混合料散熱速度比較快，因此需適當(dāng)縮短碾壓時間，為提升混合料壓實密度，應(yīng)對攤鋪速度以及碾壓溫度進行有效控制。在路面攤鋪完成后，立即使用鋼壓路機靜壓2 遍，提升混合料穩(wěn)定性。為了避免混合料溫度快速降低和控制鹽化物溶解速度，盡量不要在鋼輪碾壓輪和膠輪壓路機的輪胎上灑水，可使用少量的輕油替代。碾壓順序可從路面兩側(cè)向中間碾壓，從低處向高處碾壓，輪跡和路基中線之間應(yīng)保持平行，同時相鄰碾壓帶應(yīng)重疊輪寬的1/3～1/2。

在復(fù)壓施工階段，要求能夠達(dá)到工程方案所規(guī)定的壓實度標(biāo)準(zhǔn)，在初壓完成后立即進行復(fù)壓施工。

終壓可有效消除各類缺陷，同時提升面層平整度。在復(fù)壓完成后即可進行終壓操作。對于壓路機無法碾壓的區(qū)域，可采用手動熱夯、機動夯等方式進行碾壓處理，保證路面密實度。

3.5 接縫處理

在路面壓實完成后，如果接縫位置混合料溫度比較低，無法達(dá)到碾壓溫度要求，則可利用加熱器進行加熱處理，確保能夠達(dá)到碾壓溫度[4]。

4 自融雪路面發(fā)展方向及技術(shù)建議

我國在自融雪路面方面的研究起步較晚，自融雪路面形式比較少，一般采用熱拌瀝青混合方式?，F(xiàn)階段，在自融雪路面研究中，依然沒有形成完善的評價體系，僅可依據(jù)現(xiàn)有規(guī)范進行評估，對此，在自融雪路面未來發(fā)展中，可關(guān)注以下幾點：

其一，在自融雪路面施工中，增加融雪劑的應(yīng)用方式，比如在再生瀝青混合料中應(yīng)用融雪劑，在霧封層中應(yīng)用融雪劑。

其二，與傳統(tǒng)路面施工方式相比，自融雪路面施工成本投入比較低，因此，為降低施工成本，還應(yīng)加快研究自融雪路面產(chǎn)品，降低融雪劑使用成本。

其三，在自融雪路面施工中，為了能夠?qū)β访嫒谘┠途眯赃M行準(zhǔn)確評價，同時還應(yīng)綜合考慮融雪劑應(yīng)用效果。

其四，在橋梁工程施工中應(yīng)用自融雪路面施工技術(shù)，需對鹽化物對于水泥混凝土結(jié)構(gòu)以及鋼筋材料的影響進行評估分析。

其五，在道路工程施工中，上表層厚度一般為4cm左右，如果瀝青混合料內(nèi)部含有融雪劑，則融雪劑有效成分很難析出，無法達(dá)到理想的融雪效果，因此，還應(yīng)針對這一問題進行深入研究。

其六，在自融雪路面施工完成后，內(nèi)部融雪劑不斷析出，與此同時，孔隙率顯著降低，可能會對瀝青混合料性能造成不良影響，因此，需對自融雪路面混合料進行優(yōu)化設(shè)計。

5 結(jié)語

綜上所述，主要對鹽化物自融雪路面現(xiàn)狀與發(fā)展方向進行了詳細(xì)探究。冬季降雪季節(jié)，路面積雪凍結(jié)問題嚴(yán)重，不僅會影響行人行車安全，同時還會對路面質(zhì)量造成不良影響。傳統(tǒng)除雪化冰技術(shù)不僅應(yīng)用成本較高，還對生態(tài)環(huán)境以及路面質(zhì)量造成不良影響，對此，可應(yīng)用自融雪路面施工技術(shù)。而在自融雪路面的實際應(yīng)用中，應(yīng)用形式單一，相關(guān)研究比較少，因此，為推廣利用自融雪路面技術(shù)，還應(yīng)對自融雪路面進行深入研究，豐富融雪劑在自融雪路面中的應(yīng)用形式，加強對低廉融雪劑產(chǎn)品的研發(fā)，促進自融雪路面不斷發(fā)展。