自融雪沥青混合料融雪化冰性能试验研究

张 营，刘建飞

(1.河南省交通科学技术研究院有限公司，郑州 450006；2.道桥新材料与结构耐久性河南省工程实验室，郑州 450006)

在我国北方地区的冬季，降雪过程时有发生，给人民生产生活和交通运输带来了很大影响。据统计，冰雪路面使交通事故发生率大大增加，每年因此造成的经济损失巨大[1]。市政道路的除冰雪问题已经越来越引起关注和重视。为处理路面积雪结冰的问题，多年来，市政道路管理部门做了大量的研究工作，探索出了多种清除道路积雪结冰的方法[2]。而化学类融雪抑冰沥青混合料作为一种新型路面材料，即通过在沥青混合料中掺加具有降低冰点作用的材料[3]，通过独特的作用机理，实现沥青混凝土路面融雪抑冰的功能，研究表明，盐化物融雪路面在冬季可以起到融冰雪的作用，在路面遭遇大雪时，还可以有效防止路面积雪与结冰，降低机械除雪的难度，提高除雪效率[4]。

郑州市农业路快速通道在郑州市“井字+环形”快速路系统中是重要“一横”，对缓解郑州城区交通拥堵状况起着突出作用。由于全程高架，遇到降雪天气时就会出现路面积雪和结冰，使路面湿滑坚硬，大大增加了道路交通堵塞和发生交通事故的概率。为防止路面结冰，解决破冰融雪难题，提高路面抗滑能力，保证行车安全，在该项目的部分匝道处采用了主动型防冰沥青路面，为主动型防冰沥青混合料在工程中的应用提供技术参考。

1 融雪抑冰材料及其作用机理

融雪抑冰材料是采用原位聚合法对氯化物进行改性，通过一定的工艺在氯化物的表层包裹一层具有疏水性、耐高温特性的包覆材料，使融雪抑冰材料缓慢释放析出到沥青路面表层，作为融雪抑冰沥青混合料的重要组成部分。铺筑有融雪抑冰材料的沥青路面，在冬季降雪发生温度降低和湿度增大后，车辆行驶在路面表层造成沥青路面表层压缩而产生微变形，此时沥青路面内外压力不同使得均匀分散于路面中的融雪抑冰材料由下而上极缓慢地抽吸到遭受压力的沥青路面表层[5]，溶解于表层积雪坚冰中，并随着表层积雪坚冰中氯化物的分解，使得积雪坚冰中盐化物离子浓度升高，降低了水的液化蒸汽压，使路面表层的积雪坚冰处于冰水混合的状态，抑制沥青路面表层结冰[6]。

2 试验方法

2.1 马歇尔试件表面结冰试验

根据冬季气温，将试验低温环境设定为-15 ℃。按照JTG E20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》，制作AC-13马歇尔试件。分别在马歇尔试件表面均匀喷洒30 g水，使试件表面形成一层水膜，将试件全部放入冰箱内，于-15 ℃环境下冷冻2 h。观察各组试件表面结冰情况。

2.2 融雪抑冰盐化物冰点试验

将20 g水，20 g盐化物，20 g氯化纳，三种物质分别放入溶解液为蒸馏水的1号、2号、3号烧杯中，再将烧杯放入零下10 ℃冰柜中，并观察试验过程中溶液状态变化情况。通过一定体积水和盐化物溶液在低温环境下的结冰情况来评价融雪抑冰材料的抑冰效果。

2.3 融雪抑冰盐化物混合料融冰试验

1)盐化物混合料的短期活性。分别用沥青混合料制作了二个车辙板，一个掺入盐化物防冰剂，另一个不掺盐化物防冰剂。车辙模成型后在其上数次撒水，放入冰柜冰冻，冰冻厚约2 mm，放置在室外，立刻在冰层表面刻划以及做融冰试验。

2)盐化物吸水特性及存在持续性。将成型的马歇尔试件放置于水泥标准养护箱内，静置24 h，观测试件表层现象；将马歇尔试件浸泡在20 ℃的自来水中，放置72 h后，将试件劈裂，观察内部表层状态。

3 试验结果分析

3.1 马歇尔试件表面结冰试验

由图1可知：冷冻2 h后，未掺盐化物的马歇尔试件表层凝结一层白霜，上部面层结冰层较厚；而掺盐化物试件表面有少许裸露且冰层较薄，凝冰量相对较小，这一结果说明沥青混合料中掺加融雪抑冰材料可以有效地抑制冰层的形成，可以起到良好的抑冰效果。

3.2 融雪抑冰盐化物冰点试验

通过3种溶液在低温环境下随时间变化的现象可以看出(表1)，短时间内盐化物能显著抑制冰晶的形成，宏观上表现出可以有效缓解甚至防止大体量冰层形成的特性。烧杯中溶液结冰现象可以发现，水结冰体坚硬致密，而掺融雪抑冰盐化物的溶液结冰松散，呈现冰渣状，见图2。

表1 3种溶液冰点试验现象

3.3 融雪抑冰盐化物混合料融冰试验

1)盐化物混合料的短期活性

(1)划擦试验是用钝刀具在冰冻的试件表面划擦，通过划擦试验可以发现，掺盐化物防冰剂车辙板表面可划出冰渣，说明掺加盐化物的沥青混合料冻冰表面较为松软，而未加盐化物的沥青混合料表面仅有几条白印痕，表面较为坚硬。

(2)室外融化时间。当天气温为15～20 ℃，自然融冰约1 h，记录显示掺盐化物防冰剂的融冰时间比不掺盐化物的融冰时间快约30 min。在沥青混合料中掺加盐化物，自然溶冰时间短于不掺盐化物的时间，即融冰时间要快。沥青混合料掺盐化物后，铺筑的路面较不掺盐化物的路面铲雪化冰要省力。

2)融雪抑冰盐化物中化学成分的吸水特性

融雪抑冰盐化物是以氯化钙为主，少量氯化纳及苛性碱为辅，主辅成分与斥水性油脂混合反应，经化学工艺处理而得到固体的复合型路面防结冰材料。由于它含有氯离子，因而具有溶水及吸水特性，在做沥青混合料马歇尔试模的第二天发现试模表面结露有大量的水珠，证实了其吸水性，如图3所示。

3)盐化物在沥青混合料中存在的持续性

在冬季，气温较低的条件下，盐化物具有迅速被激活的特性，通过浸透压和毛细管现象及行驶车辆的摩擦效果使盐化物防冰剂逐渐析出，降低路面的冰点来有效地阻止路面结冰。在夏季，气温较高，沥青变软，会封住沥青混凝土路面的空隙，阻止了盐化物的释放，更深层次的盐化物以固体形式悬浮着，不会向下移动，因此，盐化物会长期存在于沥青混合料中。将做过浸水试验的马歇尔试模劈开，仍可看到白色固体盐化物的存在，如图4所示。

4 主动型防冰沥青路面使用效果观察

2016年11月22日郑州市迎来了自入冬以来的第一场降雪，雪厚度达到15～20 cm，大气温度的降低，大雪的覆盖使道路处于结冰状态，具备了主动型防冰沥青路面雪后观测条件。因农业路高架桥还没有正式通车，路面未做任何除雪措施。

2016年11月23日早上11点，天气阴，气温是-6～4 ℃。对主动型防冰沥青路面进行了观测，现场情况如图5、图6所示。从图可以看出，经过1 d的大雪，上下匝道离地面第一个伸缩缝的距离主动型防冰沥青路面无明显积雪，路面潮湿，雪与路面未发生任何粘结。

从图7可以看出未使用盐化物防冰剂的普通路面上仍有很多积雪且已经结冰，借助工具也较难铲除冰雪，说明冰与路面结合紧密。

通过雪后路面状况可以得到，普通路面积雪明显，无路面裸露，因气温较低，积雪很容易经过车辆碾压后形成压实雪。试验段路面无积雪、无结冰，有水浸痕迹，无积水，行车条件类似雨天环境。两次降雪融雪观察结果无明显差别，说明防冰路面实际融雪效果较好。

5 结 论

a.盐化物防冰剂可以降低沥青混合料的冰点，具有显著的融冰防结冰特点。

b.在沥青混合料中添加盐化物防冰剂作为一种主动融雪防冰技术，对抑制沥青路面结冰具有较为显著的效果，适用于城市道路路面。

[1] 吴书琴，邵东伟，姜东华，等.城市道路除雪现状及未来发展方向[J].佳木斯大学学报(自然科学版)，2006,24(4)：556-557.

[2] 姜绍升，孙青松.化学类冻结抑制沥青路面融雪效果评价[J].中外公路，2012,32(1)：243-247.

[3] 王 峰，韩 森，张丽娟，等．融冰雪沥青混合料盐分溶析试验[J]．长安大学学报：自然科学版，2010,30(6):16-19.

[4] 陈拴发，刘壮壮，邢明亮，等．融雪抑冰材料性能影响因素研究[J]．建筑材料学报，2013，16(6)：1054-1057.

[5] 孙玉齐.盐化物自融雪沥青路面性能研究[D].西安：长安大学，2011.

[6] 夏慧芸，李芳芳，宋莉芳，等.自融雪材料制备及其融雪效果评价[J].公路，2015(7)：269-273.