抗凝冰材料在沥青混凝土中的应用

杨坤

摘要 使用抗凝冰材料代替矿粉加入沥青混凝土中，能降低结冰层的凝冰强度并加快消融速度，使路面具备长效冻结抑制的功效，实现路面主动除冰和融雪的功能。 现以济潍高速公路项目抗凝冰路面施工为例，对该类材料特性及其路面施工方案进行简要阐述，总结出抗凝冰沥青混凝土的配合比设计和施工工艺，并对施工中遇到的控制要点进行总结，对今后抗凝冰沥青路面的施工应用提供一定的借鉴和参考。

关键词 抗凝冰材料；沥青混凝土；施工技术；要点控制

中图分类号 U416.217文献标识码 A文章编号 2096-8949（2023）10-0041-03

0 引言

冬季在道路积雪情况下，路面附着力、摩擦力会急剧降低，对车辆行驶的顺畅度和安全性非常不利，极易造成交通事故，严重危及人们的财产及生命安全。传统的融雪剂撒布和机械除雪，会对路面通行及路面结构造成不同程度影响，并且耗费较高成本。根据济潍高速公路路面工程实例，采用低凝冰沥青混凝土，对粉末状抗凝冰改性剂的作用原理、配合比设计、施工控制要点进行介绍。

1 工程概况

济潍高速项目地处山东省中东部，路线呈东西走向，处于鲁豫轻冻区山东丘陵副区（Ⅱ5a），路线所经区域属温带大陆性半湿润季风气候区，寒暑分明，冬季严寒干燥有雨雪。线路设计为双向六车道，路面宽度34.5 m，设计时速为120 km/h。为了冬季沥青路面行车安全，在里程为K15+250～K15+495段右幅，SMA-13上面层采用抗凝冰路面设计，达到“小雪易溶、大雪易除”的效果。

2 抗凝冰剂作用原理

路面系统在表面层中掺入具有抑制冻结效果的粉末状抗凝冰改性剂（盐化物材料），盐化物材料采用核－壳缓释膜技术，将具有冰点下降功能的络合盐以一定的形式储存在多孔隙的粉末载体中（铝硅酸盐骨架），并由憎水性材料（有机多元醇基化合物）包膜裹覆，形成了其公称粒径为0.075 mm与矿粉类似的粉末状材料。通过与沥青混合料中的矿粉置换，均匀分布在沥青混凝土中的孔隙和毛细管中。在降雪环境下，受车辆动态荷载的作用，路面产生的空隙渗透压力和毛细管作用力使材料中的络合盐逐渐析出，并迅速溶于水中，使冰雪的饱和蒸汽压和凝固点都降低向液体转化。随着车辆碾压及车轮“泵吸”等作用，离子迁移加速扩散，提高了冰雪转化成液体的效率，从而达到除冰和融雪的功能。

3 生产配合比设计

3.1 矿料掺配比例确定

通过对各热料仓代表性矿料进行筛分，根据各档热矿料筛分结果，最终确定合成各档矿料掺配比例为“12～18mm∶6～12mm∶4～6mm∶0～4mm∶矿粉∶

抗凝冰剂∶消石灰= 30%∶42%∶4%∶14%∶4%∶

5%∶1%”。这一合成生产级配与目标级配基本吻合，并且4.75 m、2.36 mm、0.075 mm关键筛孔偏差均小于1%（如图1所示）。

3.2 选定级配矿料的体积指标

合成级配的毛体积相对密度由各档集料的毛体积相对密度及矿粉的表观相对密度直接计算得到。合成级配的有效相对密度则依据《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）计算方法获得，结果如表1所示。

3.3 混合料检验及确定油石比

根据已确定的合成级配比例，配制合成矿料，并按规范试验方法室内拌制沥青混合料进行马歇尔击实，分别以油石比6.4±0.3%成型马歇尔试件，脱模后，按要求进行毛体积相对密度、稳定度、空隙率VV、流值、矿料间隙率、沥青饱和度等相关指标检验，并计算最大理论相对密度和粗集料骨架间隙率VCAmix指标，根据不同油石比得出的马歇尔试验结果绘制参数关系图，并分析确定最佳油石比为6.4%，数据如表2所示。

3.4 生产配合比设计检验

根据已确定的合成级配比例和选定的最佳油石比6.4%进行谢伦堡析漏试验，并成型车辙试件、渗水试件、肯塔堡飞散试件，检验结果见表3～4。

以上试验结果表明，选定的矿料合成级配及最佳油石比進行检验的各项指标均符合设计及规范要求。

3.5 生产配合比确定

综上所述，选定的抗凝冰SMA-13沥青玛蹄脂碎石混合料生产配合比见表5。

4 施工工艺

4.1 沥青混合料拌和

按比例称量各热仓矿料和填料下至搅拌缸，加入木纤维干拌约10～15 s左右，加入沥青5 s后，添加抗凝冰剂及矿粉，湿拌50 s，一个拌和周期约为60～70 s左右。

4.2 沥青混合料运输

（1）汽车装料按前、后、中移动分三次装料，多点放料形成驼峰状，防止料堆过高产生离析。装料后采用加厚棉被及帆布对顶部及车辆四周进行覆盖以保温防雨。

（2）沥青料运输至现场后，安排专人对每一车的沥青料进行温度检测，并做好记录，对不符合规定的沥青料采取废弃处理[1]。

4.3 摊铺

（1）摊铺机熨平板应在摊铺前加热至100 ℃以上，铺筑过程中选择熨平板的夯锤压实装置或振捣具有适宜的振幅和振动频率，以增强路面初始压实度[2]。

（2）摊铺机需连续不间断、匀速、缓慢地摊铺，摊铺前进速度应控制在1～3 m/min范围内。

（3）摊铺机的摊铺速度与螺旋布料器旋转速度保持一致，两侧应具备不低于送料器2/3高度的混合料，避免摊铺过程中出现混合料离析，如图2所示。

4.4 碾压

（1）碾压工序遵循紧跟、慢压、少水、高温、高频、低幅的原则，碾压由低到高，梯次全幅碾压，每遍相邻碾压带应重叠1/3～1/2轮宽。

（2）为避免碾压时混合料产生推移现象，将驱动轮朝向摊铺机。压路机的每一个折返点不能在同一断面上，而随摊铺机的前进而推进，呈梯次错开。

（3）在不产生裂纹和推移的前提下，初压、复压和终压都尽可能地在高温下进行，同时不能在低温状况下做反复碾压，以避免石料压碎、棱角磨损，破坏集料嵌挤[3]。

4.5 现场质量检测

经检查，试验段各项检查指标均满足设计及规范要求，数据如表6所示。

4.6 融雪效果

抗凝冰沥青路面试验段于2022年11月8日施工完成，2023年1月14日晚试验段所在区域经历一次降雪，降雪厚度3 cm，室外温度?7 ℃。2023年1月15日12：00现场降雪停止，2 h后即14：00，经现场确认融雪效果较为明显，达到预期效果（如图3所示）。

5 施工要点控制

为了保证抗凝冰沥青混凝土路面施工质量，應注意以下要点：

（1）添加抗凝冰剂沥青混合料温度下降较快，应控制好出站、到场及碾压温度，其中出站温度控制在170～185 ℃，到场温度控制在165～170 ℃，初压温度不低于150 ℃，终压温度不低于90 ℃。

（2）混合料运输过程中做好保温措施，运输车顶部及两侧采用棉被加帆布覆盖。

（3）为了防止抗凝冰沥青混合料在碾压过程中洒水容易造成盐分析出，可用轻质油进行替代[4]。

6 结语

通过济潍高速公路项目抗凝冰剂的使用，使普通沥青路面达到“小雪可溶、大雪易除”的良好效果，降低了车辆行驶中打滑概率，提高了雨雪天气高速行车的安全系数。成本方面，除抗凝冰剂原材料费用外，在抗凝冰沥青混合料的生产、运输和摊铺施工过程中，均按照正常施工程序操作，无其他特殊投入。相对于普通高速公路运营采取的相关除雪和抗冰措施费用而言，能节约大量机械和人工除雪成本，具有一定的社会意义和经济价值。

参考文献

[1]裴立明. 沥青路面施工方法与质量控制[J]. 黑龙江交通科技， 2011（11）： 40-47.

[2]厉向锋， 郭江波. 改性沥青及SMA路面的施工与质量管理[J]. 科技传播， 2011（8）： 43.

[3]潘金发. 热拌沥青混合料目标配合比设计探析[J]. 福建建材， 2017（9）： 82-84.

[4]白艳君. 盐化物融雪沥青混合料性能评价[D]. 西安： 长安大学， 2012.