冰雪运动之路抗冰雪

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一项崭新的绿色抗凝冰路面铺装技术，被应用在冬奥会的必经之路延崇高速公路北京段上，于是，撒布融雪剂破坏环境、人力作业降低运输效率、机械作业除冰不彻底等问题迎刃而解。

延崇高速北京段是2022年冬奥会赛场联络通道和重要保障工程，路面抗冰雪凝结成为建设过程中的重要课题。

打破传统的必要性

延崇高速公路为北京市与河北省张家口地区连通的一条重要道路，也是2022年北京冬奥会的重要赛场联络线。该条高速公路的建设不仅是保障冬奥会顺利召开的重要工程，有利于落实“坚持绿色办奥、共享办奥、开放办奥、廉洁办奥，确保把2022年冬奥会办成一届精彩、非凡、卓越的奥运盛会”的要求，而且为完善高速公路网、推进京津冀协同发展和促进沿线地区经济发展具有重要意义。

延崇高速公路北京段所处地区气候寒冷，年平均气温8摄氏度至9摄氏度，山顶局部的年平均气温在2摄氏度至4摄氏度；极端最高气温39.8摄氏度，极端最低气温零下27.3摄氏度；无霜期仅有150天至160天，年平均降水量为493毫米。延崇高速公路北京段山区路段较多，全线桥隧比高达87%；山区高速公路背阴区段、隧道出入口处、山区桥梁等特殊区域极易形成不利行车条件；延崇高速公路北京段途经国家级自然保护区及一级保护水源，冬季降雪时，北京市传统的除雪作业方式——撒融雪剂将带来严重的生态影响。

随着全球气候变化日益恶劣，北京市冬季极端气候的频繁性和不确定性越来越显著，道路交通的冬季安全通行保障形势严峻。路面的抗滑性能是保证车辆安全行驶的关键因素。冰雪致使车辆轮胎的附着系数大大降低，相关资料显示：干燥沥青路面的附着系数约为0.6，而积雪路面的附着系数为0.2，结冰道路的附着系数为0.15，分别为干燥沥青路面的1/3和1/4。因此，在冰雪路面上汽车容易打滑、跑偏，制动距离显著延长，严重影响了车辆的操作稳定性和安全性，对人民生命财产安全造成巨大损失，同时也对车辆、道路交通基础设施造成巨大破坏，降低道路的运输效率。

在清除冰雪的过程中需要通过大量的人力物力进行作业，而大量采用融雪盐会对路面结构物、自然环境和人类健康产生持续性损害；机械作业又存在难以彻底除冰、对路面损害较大等影响。因此，采用主动长效、安全环保的除冰雪技术将成为重要的解决方案。为保障冬奥高速冬季畅通，项目组针对延崇高速的绿色道路建设需求及冬季切实存在的路面凝冰问题，开发了有机型环保抗凝冰添加剂。

与传统技术的较量

目前，传统的抗凝冰技术大致分为被动抑制路面除冰技术与主动抑制路面除冰技术。被动抑制路面除冰技术如人工清扫、机械清扫、撒融雪剂等，存在作业效率低下、融冰化雪效果不明显、耗时费工、成本高、污染环境等缺点；主动抑制路面除冰技术主要有电热除冰雪技术、蓄盐类材料除冰雪技术等；电热除冰雪技术实施过程中需要较大功率的外接电源，且在路面中添加导电类材料，存在成本高、维修养护困难等问题。

蓄盐类材料除冰雪技术操作方便、容易施工，目前应用较多，其技术路线为采用具有降低冰点的无机盐类为主剂，添加缓释剂、黏结剂等复合造粒，形成颗粒状、粉状添加剂产品，添加至沥青混合料中拌和、碾压、成型后，随降雨、交通荷载缓慢释放，达到低温环境下抑制路面凝冰的应用目的。

目前，常见蓄盐类添加剂产品成分以无机氯盐类为主，氯盐类物质易对结构物中的金属（钢筋）造成腐蚀，主要表现为降低酸碱度破坏钝化膜及Cl-的去极化作用造成重复腐蚀。因此，以无机氯盐类物质为主剂的抗凝冰添加剂受限于其基础成分，存在腐蚀道路结构物配筋、损伤道路周边植被的负面作用。

延崇高速公路北京段途经国家级自然保护区及一级保护水源，路线穿越位置生态环境敏感，沿线旅游资源丰富，加之延崇高速公路秉承“绿色发展”理念打造“绿色工程”的需求，无法采用常见无机蓄盐类产品铺设融雪路面。因此项目组选择符合美国SAE-AMS-1431D《航空道路除冰融冰固体化合物》国际标准的有机盐类，并以此有机盐类为基础开展造粒研究，项目组通过将原材有机盐类与成球结晶剂、黏结剂、缓释剂复合造粒，调整蓄盐颗粒的密度、硬度、粒径分布，并使其耐受温度、硬度等技术指标适宜于道路工程中沥青混合料的直投式工艺应用，采用憎水剂对成品颗粒进行包覆盖处理，使有机蓄盐颗粒具备适宜的缓释性能。

组图：无机氯盐类物质对道路结构物和植被的负面作用

采用制备样品后，项目组系统开展了添加有机蓄盐颗粒沥青混合料的综合性能测试工作，对其抗凝冰性能、缓释性能及混合料高、低温性能进行了综合测试。采用AC-13级配开展相关性能测试，级配设计如表1所示。混合料设计指标、性能指标如表2所示。

将掺量5%的有机盐颗粒添加至AC-13沥青混合料中，采用旋转压实仪成型4厘米试件，将试件表面覆水后放置测试接头，放入冰箱中恒温10小时后，通过高精度测力扳手测定扭转剪切破坏力，采用破坏力值表示覆冰凝结强度。

组图：覆冰凝结强度试验

表1 有机抗凝冰沥青混合料评价级配设计

表2 有机抗凝冰沥青混合料指标

表3 不同测试温度下的覆冰凝结强度

表4 有机抗凝冰沥青混合料性能

测试温度选择零下8摄氏度、零下13摄氏度、零下18摄氏度、零下20摄氏度、零下22摄氏度、零下25摄氏度、零下28摄氏度共计7个温度点，测试结果如表3所示。

不同测试温度下的覆冰凝结强度

由表3可知，有机蓄盐颗粒添加至沥青混合料中制备为蓄盐沥青混合料后，当冻结温度低至零下18摄氏度时，破坏沥青混合料试件表层所需扭结力逐步开始增加，因此判定其有效抗凝冰温度为零下18摄氏度。

2018年11月22日，延崇高速公路妫水河隧道进出口开展了有机抗凝冰沥青路面试验路铺筑试验段，铺设位置位于妫水河隧道进出口，铺设试验路累计600米，铺设沥青混合料为SBS改性沥青SMA-13,混合料性能测试如表4所示，混合料动稳定度、低温小梁等技术指标均符合现行规范技术要求。

试验路碾压工艺与常规SMA-13沥青混合料相同，采用钢轮碾压，碾压工序为：静压1遍，振动碾压4遍，收光2遍。碾压完成后道路表观与常规SMA-13沥青混合料一致，碾压后混合料表观细部可见均匀裹覆沥青的融雪添加剂球状颗粒。

实战效果显著

绿色抗凝冰路面铺装技术应用效果

2019年2月14日凌晨，北京迎来今年第三次降雪，此次降雪持续时间最长，西北部山区达到中到大雪。妫水河隧道进出口应用的绿色抗凝冰路面铺装技术，效果显著。

延崇高速公路进京方向路面在施工时添加了有机颗粒型主动融雪抑冰剂，出京方向为正常路面，凌晨3时养护单位在该路段预撒常规融雪剂；右侧未采取任何除雪措施。5时开始降雪，照片拍摄于降雪后2小时，气温为零下15摄氏度，可以明显看出添加有机颗粒型主动融雪抑冰剂的路面使用效果。