冰雪地区沥青路面抑制冻结铺装技术

张洪光,孙 巍

（1.望奎县公路管理站；2.黑龙江省交通科学研究所）

1 概述

随着道路交通的高速发展,对路表面的服务功能要求越来越高,而在冰雪条件下,路面的表面服务功能迅速下降,对交通安全的影响尤为严峻。

路面积雪在温度变化和车辆荷载的作用下,路面表面极易形成薄冰,影响道路交通安全。据分析,冰雪使路面附着系数大大降低,有数据显示,干燥的沥青路面的附着系数为0.6,积雪路面的附着系数约为0.2,结冰路面的附着系数为0.15。附着力显著减小后,车辆的制动稳定性、转向操作稳定性都将变差,这些常常会使汽车刹车失灵、方向失控,车辆容易打滑、跑偏,制动距离显著延长。

由于目前高等级公路的大幅度增加,仅靠人力和机械除冰以及撒融雪剂的办法已远不能解决冰冻结路面的严重程度,迫切需要寻求科学有效的路面抑制冰雪技术乃是现在道路建设的当务之急,也是研究的重点。

冰雪地区路面行车安全问题一直是困扰交通部门的难题,为解决冰雪路面的问题有关部门常需动用大量的人力、物力来缓解冻害的程度。有时还需撒融雪剂,但大量融雪剂的使用也给环境带来了新的污染。如何有效地解决冰雪路面的交通安全,避免交通事故或少出交通事故,提高道路通行能力和运营效益,形成良好的安全管理模式,已成为困扰冰雪地区交通管理部门的重要问题之一,科学有效的路面除冰雪技术的开发研究具有非常重要的社会经济价值。

抑制冻结铺装,就是以确保寒冷时期的道路交通安全为目的,使路面自身具有抑制冻结功能的一种铺装方式。轮胎和路面附着对车辆行车的安全很重要,路面上的雪和雨水一旦结冰,就会降低附着性,车辆的行驶稳定性变差。因此,在道路铺装时就赋予路面抑制冻结功能,是提升道路车辆冬季行车安全性的重要手段。

2 冻结抑制铺装的分类及作用机理

抑制冻结铺装技术,主要是将防冻结材料混入到沥青混凝土中,使其形成的路面具有一定程度的融化降雪、防止路面水膜结冰的作用。防冻结沥青混凝土能提高冬季寒冷地区道路路面的摩擦系数和道路交通的安全性能。有别于冬季的路面加温抛撒融雪剂,或机械除雪等能融化或去除积雪等被动式措施,是一种具路面自身抑制功能的方式。它对于保证车辆在下雪结冰时的安全行驶具有良好效果,并对降低冬季道路的治理成本具有良好的经济性。抑制冻结铺装,从大的方面分为化学法抑制冻结铺装和物理法抑制冻结铺装二类。

（1）化学法抑制冻结铺装机理。

在路面铺装材料中掺加抗冻消融化学材料,通过毛细作用化学材料缓释溶出,达到路面冰点下降和冻结体破坏的目的。从而在一定程度上降低路面水的结冰率。由于融雪化学材料混入的是整个铺装体,即使表面层被不断消耗,体内的化学材料也会不断出现,能保持冻结抑制效果的持续性。良好的材料能达到6年以上的抑制冻滑期。

（2）物理法抑制冻结铺装机理。

主要是通过在路面铺装材料内添加一定量的弹性材料,改变路面与轮胎的接触状态和路面的变形特性。利用添加的弹性材料变化能力较强的特性,通过路面在外荷载作用下产生的自应力,使路面冰雪破碎融化,从而有效抑制路面积雪的结冰,这种方法主要是通过面层变形达到防冻结目的。

3 适用场所

在降雪量较小或路面冻结开始阶段,这一路面与普通路面相比具有明显的冻结抑制效果。但当短时间内降雪量较大或者温度变化特别显著时。却不能够达到如热力学融雪、机械除雪、撒布融雪剂等除雪方法带来的路面裸露效果。因此,在冬季冰雪道路的路面管理中,为了保证道路的交通畅通。确保车辆行驶安全,需要将其与机械除雪、喷洒融雪剂等其他除雪方式并用,适用于如下场所。

（1）车辆需要减速或急转弯处,如陡坡路段、城市道路的交叉口、公铁交叉口等。

（2）路面状况变化显著的地方,如隧道出入口,隧道内温度较高,在隧道的出入口处内外温差变化较大。在风力及车辆轮胎的作用下会有部分冰雪进入隧道口,路面容易冻结,与正常路面相比。抗滑性能下降显著,是交通事故高发区。

（3）特别容易冻结的地方,如山涧背阴处、桥面上等。桥面上的路面厚度很薄,路面温度受气温影响较大。道路冰雪容易冻结。影响道路的行驶安全。

（4）需要尽可能减少喷洒融雪剂的地方。如与农耕地相临近的地方或住户密集区等。尽可能减少融雪剂的喷洒量,减少氯盐对农作物及土壤的破坏。

（5）在缺少除雪车或者除雪车无法作业的地方以及喷洒融雪剂困难的地方。

4 化学类冻结抑制材料的主要类型

自20世纪60年代以来,瑞士、德国等一些欧洲国家开始研发此种路面形式,20世纪70年代末期日本开始引进海外技术,并于20世纪90年代初期成功地进行了创新性研究。近10多年,随着化学类冻结抑制材料研究的逐渐深入,化学类冻结抑制路面在日本得到了成功推广。

在日本成功应用的抗冻路面分为化学类、物理类与物理化学综合类两种,其中化学类应用的最为广泛。化学类抗冻路面起源于20世纪世纪60年代的欧洲,在瑞士、德国等国家应用较多。日本从20世纪70年代末期开始引进该种路面形式,并于20世纪90年代初期成功地进行了创新性研究。最近十几年伴随着化学类抗冻路面研究逐渐深入,在日本的大部分地区都进行了成功推广。主要包括以下几种类型。

（1）盐分以水泥固化成粒状、圆球状物体,置换混合料中的粗、细集料,添加量约8％；铺筑后混合物中的盐分慢慢溶出,发挥融冰化雪的作用。

（2）盐化物以颗粒形式、表面裹油后置换混合料中的细集料,添加量约5％,代表产品：V-260。

（3）盐化物以粉体形式置换混合料中的矿粉,添加量约6％～8％,代表产品：：M afilon（简称M FL）。

5 物理类冻结抑制材料的主要类型

变形型路面是增加路面面层（或罩面层）材料的柔性,使柔度大幅度提高,从而增加了路面受力时的弹性变形量。路面结冰后,行车辗压时使路面冰层直接承受不均匀的垂直和水平力作用而自动破碎。用除雪机清除碎冰,具体方法是以下几种。

（1）采用橡胶颗粒填充混合料。采用废旧的汽车轮胎,按一定规格粉碎后加入沥青混合料中,以增加面层的柔性。

（2）形成橡胶圆洞。在铺筑的沥青混凝土表面按一定间距开一直径50mm,深25mm小圆洞,然后压入同样尺寸的橡胶小圆柱体,并同时用纤维填隙料填充。在结冰后只要行车一碾压,由于橡胶的弹性,冰层立刻就按一定形状自动破碎。

（3）使用聚氨基甲酸乙醋。在开级配沥青混合料中,用聚氨基甲酸乙醋浸透后铺筑或在薄面层铺筑后,以薄腊或刻槽形式压入聚氨基甲酸乙酸弹性层。通过其弹性和光滑避免了冰雪的附着,从而提高了抗冰冻的能力。

6 冻结抑制路面主要特点

与普通沥青路面相比这种路面具有如下特点。

（1）可以延迟路面的冻结时间,缩短冻结期。

（2）减少除雪作用次数,提高除雪作用效率。

（3）减少冬季道路的养护成本。