抗凝冰沥青路面在G215 国道中的应用评价

2018-02-18唐士润张兴军马伟中汪首元

中国建材科技 2018年5期

唐士润张兴军马伟中汪首元

（1 甘肃公路发展集团有限公司甘肃省高等级公路养护工程研究中心，甘肃兰州 730070；2 甘肃省公路路网监测重点实验室，甘肃兰州 730070）

0 引言

我国四分之三的领土属于冬季降雪冰冻区，冬季道路积雪结冰降低了车辆轮胎对路面的附着系数，积雪结冰路面附着力的大大降低使得车辆行驶的稳定性和制动性变差，尤其在沥青路面上形成“黑冰”现象时，驾驶人员很难及时发现，严重影响了驾驶人员行驶的安全性，从而导致了大量的交通事故[1，2]。预防冬季道路积雪结冰，快速清除路面冰雪，降低道路交通事故的发生率，提高冰雪天气道路的通行能力和安全性成为了冬季道路养护部门的首要工作。其中抗凝冰沥青路面作为一种新型的道路工程材料，在沥青混合料中加入具有融雪和抑制结冰功能的材料，可以有效缓解道路在冰雪天气的结冰，保证行车安全[3，4]。

瑞士研制出了一种比较成功的抗凝冰材料—VERGLIMIT 防冻剂，VERGLIMIT 是一种氯化钙化学复合物，加入沥青路面中能够有效的抑制路面结冰[5]。日本从上世纪70年代后期开始从欧洲国家引进抗凝冰沥青路面技术，截至目前在日本应用比较成熟的抗凝冰材料主要有：水泥固化型盐化物、粉末型盐化物和表面裹油型盐化物[6]。其中由德国的钢铁制造公司Mannesmann Handel AG 和日本株式会社MITec 进行技术合作研发的Mafilon（MFL）融雪剂主要利用多孔结构的火成岩将盐化物包裹起来，经研磨制成粉末状颗粒状物质，在实际应用过程中通常以替换矿粉的形式加入沥青混合料中。铺筑完成的路面主要依靠沥青混合料中空隙的渗透压和毛细管作用以及车辆轮胎的摩擦作用[7，8]，使得MFL 中的盐化物不断析出到路表面，从而防止路面积雪结冰，发挥融雪化冰的效果。虽然国内外关于抗凝冰路面的研究已经初步展开，但是在我国冰雪灾害较为频繁的西北寒旱却鲜有报道。为此，本文基于MFL 融雪剂，设计制备了抗凝冰沥青混合料，并铺筑试验路进行了路面性能评价。

1 原材料及配合比设计

1.1 原材料

1）沥青

本文采用90#基质沥青，按照《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）的要求对其进行基本指标的检测，各项指标均满足规范要求，其主要技术指标如表1所示。

表1 SK#90 基质沥青技术指标

2）集料

根据集料粒径大小把集料分为四档：1#集料（10～15mm）、2# 集料（5～10mm）、3# 集料（3～5mm）、4#集料（0～3mm）。按照《公路工程集料试验规程》（JTGE42-2005）的要求对集料的基本指标进行检测，各项指标均满足规范要求，其主要技术指标如表2～表3所示。

表2 集料毛体积密度

表3 集料物理力学性能检测表

3）矿粉

矿粉由石灰岩磨制而成，按照《公路工程集料试验规程》（JTGE42-2005）的要求对矿粉的基本指标进行检测，各项指标均满足规范要求，其主要技术指标如表4所示。

表4 矿粉物理力学性能表

4）MFL

目前国内外应用于抗凝冰沥青路面的融雪剂产品主要为MFL。MFL 是利用一定的生产工艺将NaCl 填充到多孔的火成岩中制备而得的一种粉末状抗凝冰材料，物理特性指标见表5，其与矿粉具有相似的级配，通常情况下MFL产品通过内掺法部分或全部替换沥青混合料中的矿粉。

表5 MFL 物理特性指标

1.2 配合比设计

抗凝冰沥青配合比设计在普通沥青混合料（AC-13）的基础上进行了调整，参考已有大量的应用案例，配合比调整时采用填料体积等效置换法将矿粉全部替换为MFL抗凝冰盐，调整前后的生产配合比如表6～表7所示。

表6 普通沥青混合料生产配合比

表7 抗凝冰沥青混合料生产配合比

表8 马歇尔试验结果对比

按上述调整前后的生产配合比拌制沥青混合料，并分别对普通沥青混合料和抗凝冰沥青混合料进行马歇尔试验，马歇尔试验结果如表8所示。

2 试验路方案

G215 线柳园至敦煌公路维修改造工程，路线起点位于柳园火车站门口，终点位于敦煌市，路线全长128.047公里。抗凝冰沥青路面试验段位于K67+000 至K67+700之间的港湾式停车带，长约500m，该路段设计结构形式为：4cm 细粒式沥青混凝土（AC-13）+1cm 橡胶沥青应力吸收层+5cm 中粒式沥青碎石（AM-16）+20cm 水泥稳定碎石（水泥剂量5%）+20cm 水泥稳定碎石（水泥剂量3.5%）。试验段主要将上面层4cm 细粒式沥青混凝土（AC-13）替换为含抗凝冰材料的沥青混合料，其他结构层均未改变。

3 抗凝冰沥青路面性能评价

抗凝冰沥青混合料从拌制到碾压阶段都必须进行严格的质量控制，以确保混合料的性能满足施工要求。在试验段铺筑过程中，从拌合机直接取成品的抗凝冰沥青混合料，在试验室进行马歇尔指标检测以及成型车辙板进行动稳定度的检测；对铺筑完成的抗凝冰沥青路面按照《公路工程质量检验评定标准》（JTG F80/1-2004）进行平整度、压实厚度、渗水系数、摩擦系数和压实度等指标的检测，其检测结果如表9～表13所示。

从混合料性能检测结果和试验路路面检测结果可以看出，设计制备的抗凝冰沥青混合料性能及所铺筑的试验路均满足现有规范要求，同时也满足了路面抗滑性能的要求，提高了冰雪天气下车辆与路面的附着力。

4 结语

本文将抗凝冰沥青路面技术运用于西北寒旱地区，通过在沥青混合料中添加MFL 融雪剂按填料体积等效置换法将混合料中的矿粉全部替换为MFL，制备抗凝冰沥青混合料，并进行合理的级配设计，使抗凝冰沥青混合料具有和普通沥青混合料相当的力学性能。试验段的各项指标表明，MFL 在冬季能能够主动抑制结冰，保证行车安全，提高了冰雪天气下车辆与路面的附着力，同时也满足现有规范对路面性能的要求。