融雪剂对普通国省干线公路沥青路面影响的研究

摘要：为防止路面积雪结冰，降雪后一般使用融雪剂进行除雪作业，普通国省干线公路除雪主要采用氯盐型融雪剂。沥青路面撒布融雪剂后，部分融雪剂与融化后的雪水沿着混合料间的孔隙进入沥青路面内部，并在昼夜交替过程中会出现冻融循环现象，在此过程中出现的盐溶液侵蚀、结冰膨胀、盐分结晶膨胀等作用，会随着冻融循环次数增加，最终破坏沥青路面。对此，可通过改善沥青路面结构设计、加强对普通国省干线公路的养护、采用微表处技术铺设沥青道路、采用新型融雪剂等措施解决融雪剂对普通国省干线公路沥青路面的破坏作用。

关键词：融雪剂;沥青路面;破坏机理;侵蚀破坏

中国分类号：U414

1 引言

冬季降雪时，普通国省干线公路路面会积雪结冰，极易引发交通事故。因此，为防止路面积雪结冰，降雪后要及时进行除雪作業，除雪作业的主要方法有人工—机械除雪法、融雪剂除雪法和铺设融雪路面。在这三种方法中，以融雪剂除雪法使用较为普遍，但该除雪方法会对沥青路面产生破坏，国内外学者就融雪剂对沥青性能进行了一定研究，并取得了一定进展，王永^[1]等通过室内试验分析认为融雪剂改善了基质沥青的抗车辙性能，但劣化了低温抗裂性能;融雪剂对SBS改性沥青的软化作用较低;王明^[2]等研究发现CaCl₂增加了沥青的温度敏感性，对沥青延度影响最大，不同融雪剂对劈裂强度的影响规律不同;吴金荣^[3]等通过冻融劈裂试验发现温度与氯盐侵蚀会大大降低沥青混合料的使用寿命;王岚^[4]等认为沥青种类对断裂韧度的影响大于冻融次数和除冰盐浓度;沥青混凝土的低温性能随着冻融次数及盐浓度的增加而降低。本文主要研究融雪剂对普通国省干线公路沥青路面的破坏机理及相应的对策，为合理使用融雪剂、降低融雪剂对普通国省干线公路沥青路面的破坏作用提供支持。

2 普通国省干线公路融雪剂的使用特点

融雪剂主要分为三类：一是氯盐型融雪剂，主要产品有氯化钠、氯化钙、氯化钾和氯化镁等;二是非氯盐型融雪剂，主要包括无机盐和有机盐、胺、醇等;三是氯盐与非氯盐混合型。氯盐型融雪剂生产成本低、产品丰富、融雪效果好，是目前主要使用的融雪剂种类，但是其对路面、金属破坏较重，对道路周围环境影响大;非氯盐型融雪剂融雪效果不如氯盐型融雪剂，且生产成本高，撒布到路面后会产生刺激气味，仅在飞机场、停车场等处使用。氯化钠是现如今最常用的融雪剂之一，价格低廉且融雪效果好，在国内外被广泛使用^[5]。目前，普通国省干线公路除雪仍以氯盐型融雪剂为主。

3 普通国省干线公路沥青路面使用融雪剂出现的病害

普通国省干线公路大量撒布融雪剂后，融雪剂对沥青路面会造成严重损坏：在融雪剂的破坏作用下，沥青路面的结构会出现变化，甚至是出现损坏，从而降低沥青路面的承载能力，同时在车辆荷载反复作用下，沥青路面就会产生变形和裂缝;融雪剂会使沥青混合料中的集料出现软化现象，集料的棱角极易被磨平，集料的棱角被磨平后会降低沥青混合料的强度和沥青路面的抗滑性;融雪剂渗入到沥青路面，会降低集料与沥青的粘结性，使沥青从集料表面剥落，导致沥青路面出现麻面、掉粒松散、坑槽，致使普通国省干线公路沥青路面的耐久性降低，缩短了沥青路面的使用寿命^[6]。

4 融雪剂对普通国省干线公路沥青路面的破坏机理

4.1融雪剂盐溶液的冻融循环现象

冬季降雪后，撒布融雪剂能够融化沥青路面上的积雪，并与融化后的雪水形成盐溶液，普通国省干线公路沥青路面所用的沥青混合料是一种多孔隙结构，大部分的盐溶液会沿公路排水系统排走，少部分的盐溶液则会沿着混合料间的孔隙进入沥青路面内部，对普通国省干线公路造成破坏的，主要就是进入沥青路面内部的这部分盐溶液。撒布融雪剂后，随着夜间气温的降低，进入沥青路面内部的盐溶液会发生冻结;随着白天气温的升高，冻结的盐溶液会出现融化现象，这个过程会随昼夜交替反复进行，即冻融循环现象。此外，冬季残留在沥青路面内部的盐溶液，随着春夏季节的到来，盐溶液中的水分被蒸发，盐晶体逐渐析出。在上述过程中出现的盐溶液侵蚀、结冰膨胀、盐分结晶膨胀等作用，对沥青混合料产生不利影响，随着冻融循环次数增加，最终会破坏沥青路面。

4.2沥青路面盐溶液侵蚀破坏机理

4.2.1盐溶液侵蚀沥青

沥青在融雪剂所含的醋酸根离子（CH₃COO^-）作用下会出现乳化现象，沥青与醋酸钠溶液接触时，一方面融雪剂溶液中醋酸根离子的亲油性有机链与沥青分子中的有机链相互结合;另一方面醋酸根离子的亲水性极性端与水分子结合，在这两种现象同时作用时，沥青极易被乳化。此外，融雪剂盐溶液中结晶的盐晶粒可能刺破沥青膜，极易破坏沥青基体与改性剂的结合程度，从而破坏沥青的工作性能;融雪剂所含的化学成分可能与沥青或者沥青改性剂发生相关化学反应，从而改变沥青的性能。李根森^[7]等人用红外光谱对基质沥青进行微观分析后发现，融雪剂与沥青发生了化学反应，导致沥青性能发生改变，沥青中的软组分饱和分、芳分转化为硬组分脂质、沥青质使沥青的低温性能变差。

4.2.2盐溶液破坏沥青与集料的粘附性

沥青混合料的集料表面容易吸附极性比沥青更强的带电离子，融雪盐剂溶液沿着混合料间的孔隙进入沥青路面内部后，盐溶液中极性较强的带电离子会先从沥青混合料中沥青膜最薄弱的位置与集料吸附，导致该处沥青与集料脱离，在沥青与集料的脱离面处，盐溶液与集料的接触面积进一步扩大，盐溶液中极性较强的带电离子与集料吸附数量更多，沥青与集料脱离现象越强烈，此过程反复进行，沥青与集料脱离的面积迅速增加，降低了沥青与集料的粘结力，最终导致沥青混合料发生破坏，使沥青路面出现掉粒、坑槽等现象。

4.3沥青路面结冰膨胀破坏机理

融雪剂盐溶液沿着混合料间的孔隙进入沥青路面内部后，随着温度降低，沥青混合料空隙内的气体和盐溶液开始收缩并产生孔隙负压，在孔隙负压作用下，盐溶液会逐渐被吸入孔隙，直至孔隙负压被平衡或者孔隙口被冻结，盐溶液才会停止吸入，在此过程中，孔隙口冻结越缓慢或孔隙负压越大，则进入孔隙的盐溶液就越多，那么结冰产生的体积膨胀或者盐溶液侵蚀对混合料的破坏就越严重。

随着温度进一步降低，沥青混合料表层孔隙口的盐溶液先开始冻结并堵塞孔隙口，然后逐渐向孔内部冻结，在此过程中冻结量越来越大，冻结所产生的体积也膨胀越来越大，在体积膨胀的挤压作用下，未冻结的盐溶液开始向混合料内部迁移，直至孔隙内的盐溶液全部冻结为止。迁移到混合料内部的盐溶液冻结后体积膨胀，使得沥青混合料内部的裂隙增大，经过若干次冻融循环后，这些裂隙逐渐增大，最终致使沥青混合料发生破坏，这也是对沥青混合料破坏最大的阶段。

溫度降到最低点后开始升温，沥青混合料表层孔隙孔口的冰最先开始融化，随着温度逐渐升高和冰的持续融化，孔隙内的空气和盐溶液开始膨胀，使部分空气和盐溶液向沥青混合料表层排出，直至孔隙内外温度平衡，但仍有部分溶液留在混合料内部，经过一次冻融循环，增加了沥青混合料的含水率。

4.4沥青路面盐分结晶膨胀破坏机理

在冻融循环过程中，盐溶液不断进入沥青混合料内部孔隙和裂缝中并保留下来，随着春夏季节的到来，冻融循环结束，气温逐渐上升，残留在沥青混合料孔隙和裂缝中的盐溶液的水分逐渐开始蒸发，并析出盐晶体;随着水分的逐渐蒸发，盐晶体不断析出，盐晶体聚集的体积逐渐增大，最终对沥青混合料产生膨胀压力，出现崩解现象;此外，随着水分蒸发的进行，沥青混合料孔隙和裂缝中盐溶液的水分持续沿孔隙向外迁移，导致孔隙内盐溶液出现浓度差，由此产生的渗透压力会加速沥青的剥离现象。沥青混合料在盐晶体的膨胀压力和盐溶液的渗透压力共同作用下，沥青加速剥离、孔隙和裂缝不断扩大，最终导致沥青混合料破坏。

普通国省干线公路因为行车数量多，行车密度大，冻融循环频率会增加，冻融循环的程度也会加剧，而且承受行车荷载更多更频繁，这些因素会导致普通国省干线公路沥青路面更容易受到融雪剂的破坏。

5 解决融雪剂对普通国省干线公路沥青路面破坏的措施

5.1改善沥青路面结构设计

沥青混凝土道路按结构层分类可分为面层、基层、垫层，其中基层是主要的承重层;面层直接暴露在大气中，且直接承受车辆荷载，也是融雪剂盐溶液进入沥青混合料的必经通道，因此在普通国省干线公路沥青路面结构设计时，面层采用细粒式沥青混凝土，增加沥青道路表面的密实度，减小、减少面层沥青混合料的孔隙，最大限度地降低融雪剂盐溶液的流入量，从而减少、减轻融雪剂对沥青道路的破坏。

5.2加强对普通国省干线公路的养护

普通国省干线公路沥青路面容易发生变形、网裂、掉渣等病害，特别是沥青面层一旦出现此类病害，融雪剂盐溶液就会通过面层的孔隙、网裂渗入到结构层中，在盐溶液侵蚀作用下沥青路面会发生更严重的破坏，因此要定期进行路面排查，发现病害后立即组织人员抢修，防止路面破坏加剧;在冰雪来临之前，检查路面平整程度、排水设施畅通情况，对于可能撒布融雪剂较多的路段，应缩短道路检查周期，增加养护频率，保证道路平整无损，进而防止融雪剂对普通国省干线公路沥青路面的破坏。

5.3采用微表处技术铺设沥青道路

对经常撒布融雪剂的城市沥青道路采用微表处技术铺设，微表处技术使用严格筛选的乳化沥青、颗粒形状良好的集料、最佳的填充料充分搅拌形成的乳化沥青混合料，因此混合料的强度较高且抗渗性能极好，微表处沥青的这种特性能够有效防治融雪剂盐溶液对普通国省干线公路沥青路面的破坏。

5.4采用新型融雪剂

融雪剂对普通国省干线公路造成破坏的主要原因是融雪剂中氯离子含量过高，导致盐溶液侵蚀沥青、破坏沥青与集料的粘附性、盐分结晶膨胀，为减小氯盐融雪剂对沥青路面的侵蚀破坏，研制开发新型环保型融雪剂来替代氯盐型融雪剂。

6 结论

（1）融雪剂所含的醋酸根离子会使沥青出现乳化现象，导致沥青性能发生改变。

（2）融雪剂盐溶液中极性较强的带电离子持续与集料吸附，使得沥青与集料脱离的面积持续增加，降低了沥青与集料的粘结力，最终导致沥青混合料发生破坏，使沥青路面出现掉粒、坑槽等现象。

（3）随着温度降低，沥青混合料空隙内产生负压，负压越大，进入孔隙的盐溶液越多，则结冰产生的体积膨胀对混合料的破坏越严重。

（4）随着温度降低，沥青混合料表层孔隙孔口的盐溶液先开始冻结并堵塞孔口，然后逐渐向孔内冻结，在盐溶液体积膨胀的挤压作用下，未冻结的盐溶液开始向混合料内部迁移，迁移到混合料内部的盐溶液冻结后体积膨胀，致使沥青混合料发生破坏，这是对沥青混合料破坏最大的阶段。

（5）随着气温逐渐上升，保留在沥青混合料内部孔隙和裂缝中的盐溶液会不断析出盐晶体，盐晶体体积逐渐增大，最终对沥青混合料产生膨胀压力。

（6）可通过改善沥青路面结构设计、加强对普通国省干线公路的养护、采用微表处技术铺设沥青道路、采用新型融雪剂等措施解决融雪剂对普通国省干线公路沥青路面的破坏作用。

参考文献

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[2]王明，陈华鑫.融雪剂对沥青混合料性能的影响[J].交通科学与工程，2013，29（3）：8-13

[3]吴金荣，马芹永，王文娟.温度与侵蚀对沥青混凝土冻融劳损寿命的影响[J].冰川冻土，2015，37（02）：422-427.

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[5]张来仪.融雪剂，用与不用都需要勇气[J].环境，2016，20（2）：70-73.

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[7]李根森，张豫川，高飞，等.基于氯盐冻融条件下沥青结合料性能的研究[J].石油沥青，2017，31（6）：14-17.

作者简介：张天荣，男，汉族，生于1983年8月，甘肃兰州人，大学本科学历。现在甘肃省兰州公路局工作，主要研究方向为公路养护技术研究等工作。