三种不同抗凝冰技术试验段铺筑效果对比分析

田盛鼎，胡松山

(1.贵州高速公路集团有限公司，贵州 贵阳 550004；2.广西交通科学研究院有限公司，广西 南宁 530007；3.广西道路结构与材料重点实验室，广西 南宁 530007)

0 引言

沥青路面凝冰易导致路表抗滑能力急剧下降，在极端气候条件下存在严重的运营安全隐患。路面凝冰如不及时采取相应措施，也容易对沥青路面造成直接或间接的破坏，如何防治沥青路面凝冰现象已成为亟待解决的问题[1]。

抗凝冰技术是近几年国内外研究的热点，技术措施可大致划分为被动式和主动式，其中被动式抗凝结技术主要有安装发热电缆、地热管、太阳能发热、导电混凝土或相变储能材料等融雪技术；主动式抗凝结技术有路面涂层、添加抗凝冰材料和主动式智能喷洒防冰除冰系统等技术方法。

本文以贵州毕节至都格高速公路为依托工程，重点选取路面涂层、主动式智能喷洒系统和添加抗凝冰改性剂三种抗凝冰技术和方案，铺装试验段进行实体验证，从实施过程控制和后期性能检测等方面对三种抗凝冰技术的融雪效果进行客观评价，具有较大的工程实践和科研价值。

1 抗凝冰涂层技术

抗凝冰涂层技术是在沥青路面表面涂刷或喷洒一层具有高黏结、高耐磨性的路面功能层，涂层形成致密防水层将路表封闭，起到较好的封闭路面裂缝功能，能防止路面水损害，具有预防性养护效果。该功能层使路表无法结冰，达到融雪除冰的效果。

1.1 自融冰雪涂层试验段

为检验自融冰雪路面涂层实际除冰融雪效果，本文选用国内某科研单位自主研发的抗凝冰涂料于2015-12-05对贵州毕节至都格高速公路K146+890～K147+659左幅路段进行试验段施工，采用人工洒布施工，洒布量控制在0.6～1.0 kg/m2。因冬季施工环境气温较低，涂层固化速度稍慢，施工后封闭养生2 h。由抗凝冰涂层涂抹后试验结果可知：普通路面积雪明显，无路面裸露，车辆碾压后成冰雪状。试验段路面积雪消融显著，说明自融冰雪涂层实际融雪较好，基本达到“小雪自消融，大雪不结冰”的效果。

现场对融雪后的路表进行摩擦系数测试，详见表1所示。喷洒自融雪涂层后的沥青路面在一次融雪天气之后，路面抗滑性能降低，部分检测数据不能满足规范要求，从而影响快速行车安全。综合分析，抗凝冰涂层技术能够阻止冰层与路面附着，对路面结构无影响情况下，降低路表抗滑性能，是一种可行的抗凝冰技术，适用于慢速行车路段。

表1 摩擦系数试验检测表

2 智能路面融冰预警系统

智能路面融冰预警系统是一种系统性的新型现代化防冰策略，该系统采用埋置于路面的自动传感器，其中传感器包括液固感知材料、液固变相探测器和信号调理系统，对路表温度和结冰点进行高精度量测，基于关键阈值参数，激活喷淋系统，在结冰之前依据环境温度变化趋势，自动喷洒防冰液防止冰的形成和雪的结块，从而能够有针对性地使路政管理人员对拟产生凝冰的路段进行防凝冰预先处置。

试验路段在贵州毕节至都格高速公路K148+250～K150+100右幅，采用国内某科研单位研发的智能路面融冰预警系统。

智能路面融冰预警系统的喷洒系统主要利用液固相变发生器实时探测路面过冷水滴液实际凝冰温度，根据实时采集的凝冰探测温度值、路表温度传感器的温度值、环境大气温度黄安琪的温度值和环境湿度传感器的相对湿度值。安装后10 d内该地区出现中雪，系统正常运行后除冰效果明显。

3 抗凝冰沥青混合料技术

抗凝冰混合料技术采用抗凝冰改性剂直接掺入沥青混合料当中，形成具有抑制路表凝冰效果，从而有效提高冰雪天下条件下道路通行能力，保障行车安全。毕度高速公路采用的抗凝冰改性剂成分主要为盐化物，当其作为添加剂掺加到沥青混合料当中时，遇到降雪会溶出盐化物主要成分，发生离子交换作用，放出一定热量，降低冰点。

本文选取国内某科研单位自制研发的抗凝冰改性剂进行室内研究并铺筑试验段，过程控制通过红外热像仪对抗凝冰沥青玛蹄脂混合料进行监测，有效保证抗凝冰路段的压实效果。该抗凝冰改性剂主要成分包括盐化物、缓释剂、抗腐蚀剂和增强剂，技术指标如表2所示。

表2 抗凝冰改性剂技术要求表

结合现行《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40)进行抗凝冰沥青混合料配合比设计。试验中采用SMA-13沥青混合料，其级配曲线如下页图1所示。为确定最佳抗凝冰改性剂掺量，室内通过冻融劈裂试验，以沥青混合料质量的2%、4%、5%、6%、7%五种不同掺量进行冻融劈裂试验，结果见图2。

图1 SMA-13级配曲线图

图2 抗凝冰改性剂最佳用量确定曲线图

由图2可见，抗凝冰改性剂在掺量为5.3%情况下，沥青混合料冻融劈裂强度比达到最大。室内以SMA-13油石比为6.5%，絮状木质素纤维掺量为0.3%，抗凝冰改性剂掺量为5.3%。

图3 不同温度氯离子浓度变化对比曲线图

为进一步评价该抗凝冰材料抗凝冰耐久性，室内通过动态水模拟实验，将抗凝冰车辙板试件浸泡于温度分别为-10 ℃、0 ℃、5 ℃、15 ℃、25 ℃、35 ℃的水中，按照试验段平均降雨量分15次给车辙板喷水，每次测定水中的氯离子含量变化。由图3可知：随着每次冲淋次数的增加，溶液中氯离子含量逐渐增加，说明在路面淋湿状态下氯离子含量会相应有部分流失，温度越低流失量越大，从而在冰冻条件下起到抗冰效用。

室内验证添加抗凝冰改性剂和未添加抗凝冰改性剂沥青混合料性能验证，结果见表3。抗凝冰改性剂的添加增大混合料粘附性能从而高温稳定性提高，而相应的水稳定性和低温抗裂性能较普通玛蹄脂沥青混合料降低。

表3 性能测试结果表

为有效控制抗凝冰玛蹄脂沥青混合料在摊铺过程中温度控制的准确性，试验路段采用红外热成像技术对试验段铺筑效果进行跟踪观测。本文采用的是Fluke红外热成像仪，型号为Ti25。

为确保抗凝冰玛蹄脂沥青路面的整体质量，在试验段铺筑过程中严格控制每一施工环节温度，2015-12-09对贵州毕节至都格高速公路K147+740～K148+740左幅上面层碾压全过程实施红外热成像仪检测，目的在于监测沥青混合料在碾压过程中温度散失的情况，如图4所示。随着碾压工艺逐步推进，路表温度受天气影响下降较快，仍能满足规范规定。

图4 摊铺与碾压阶段温度变化示意图

分别对五个桩号碾压过程中的温度实施检测，并对温度变异的位置进行标记，钻芯取样测试其压实度、渗水系数、构造深度和摩擦系数监测，检测结果见表4。

表4 制定桩号监测数据表

注：压实度按最大理论密度进行控制

图5 温度离析与压实度变异关系图

研究中选取五个典型桩号进行现场碾压控制，见图5。结论得出同一桩号处，温度离析越严重，压实度变异越大。根据红外热像仪的温度图像，可以大致检查摊铺碾压过程中存在少压漏压或者压实度不足的现象，进一步保证了抗凝冰沥青混合料工程应用效果。

由表4可知：抗凝冰改性剂沥青玛蹄脂路面各项指标符合规范要求，抗滑系数虽有所降低，但仍大于54的规范要求。因此，抗凝冰混合料保证了路面表面的摩擦性能，使得降雪凝冰期间的行驶安全得到充分保证，融雪效果明显。

4 结语

本文选取的三种抗凝冰技术和方案均能达到一定的抗凝冰效果，是可行的抗凝冰技术，并得出以下结论：

(1)从抗凝冰涂料除雪效果来看，该抗凝冰涂层技术喷涂施工工艺简单、成本低廉，是一种经济、低碳、环保型主动凝冰技术。

(2)智能路面融冰预警系统可动态掌控路面冰雪路况，根据天气变化及时达到融雪除冰效果，实现道路早期凝冰预警及自动化处置，为路政管理提供便捷式服务。自动智能防冰除冰系统的喷淋装置系统可结合海绵城市建设，将收集的城市降水进行净化，输送至净化水储存罐，根据路面气温、湿度等信息，可冬季自动喷洒防冰液，夏季自动喷洒清水，实现夏季高温高架桥桥面的除尘、降温，生态环保、综合利用水资源的理念与技术创新，并作为海绵城市的关键技术之一。

(3)抗凝冰沥青混合料技术施工碾压工艺要求较高，极端天下施工条件下，热红外成像技术有效可作为有效评价抗凝冰路面现场温度离析技术手段。

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