抗暗冰填料应用性能研究

洪 丹 ，张 文 ，马志君 ，陈仕周

（1.重庆中交科技股份有限公司，重庆 401121；2.重庆鹏方路面工程技术研究院，重庆 400000）

1 概述

冬季交通安全是各交通主管部门很棘手的难题。进入冬季后，交通事故发生率大大上升，经分析，冬季交通事故的发生有几个方面的原因：（1）初冬季节，由一些小雨雪或是大雾天气引起路面湿滑，特别是夜间还会形成暗冰，让初冬的交通安全更是雪上加霜。所谓暗冰，是指降雨或降雪融化后渗入路面构造中，并在寒冷气候环境里结冰从而使路面抗滑性显著下降，由此给行车带来严重安全隐患的一种冬季现象。暗冰由于很薄，很光滑且透明，因此不易被发现，非常具有欺骗性。暗冰形成后，对第二天的交通带来更大隐患，交通事故发生率大大提高。（2）深冬季节，北方地区厚厚的积雪，加上路表面的冰层，使道路几乎丧失抗滑能力，这时应尽量关闭交通，以减少交通事故发生。部分南方地区不会出现大雪天气，更应该注意暗冰的防治。（3）残冬季节，天气转晴，积雪融化，但昼夜温差大，夜间潮湿的路面仍会冻结，形成不易发现的薄冰层，也就是暗冰再次影响到交通安全。

暗冰对交通安全的危害很大，但冰层很薄，可以通过路面的铺装得到抑制。近年来，国外出现了一种化学类抑制冻结铺装路面。抑制冻结铺装,就是以确保寒冷时期的道路交通安全为目的,使路面自身具有抑制冻结功能的一种铺装方式。轮胎和路面的附着对车辆行车的安全很重要,路面上的雪和雨水一旦结冰,就会降低附着性,车辆的行驶稳定性变差。因此,在道路铺装时就赋予路面抑制冻结功能,是提升道路车辆冬季行车安全性的重要手段。我国也在国外研究的基础上进行了化学类抑制冻结材料的研发，笔者通过理论结合试验研究的方式对重庆中交公司自主研发的抗暗冰填料的应用性能进行阐述。

2 抗暗冰填料的工作机理

抗暗冰填料的作用机理是在加入该材料的沥青混合料中存在一定的微孔隙，在微孔壁表面粘附有一层具有表面活性的功能物质，使得聚集态的水不能进入，但不阻止气态的水分子进入。气态水进入微孔后溶解其中的抗暗冰剂，形成抗暗冰剂溶液，储存在微孔中。由于微孔的疏水作用，微孔隙中的抗暗冰剂溶液只有当微孔接近完全被溶液充满时才能自由排除，非充满状态的抗暗冰剂溶液在车辆行驶时，由存在于车轮与路面之间的局部负压也可逐渐将之提出。当表层的抗暗冰剂浓度降低后，由于表层与下层之间的抗暗冰剂存在浓度梯度，使得下层的抗暗冰剂逐渐向表层扩散。因此，抗暗冰填料加入沥青混合料中后其中的抗暗冰剂大部分可缓慢迁移至路表面，作用时间长，可避免在路面的工作寿命期间年复一年撒盐的除冰方式。

抗暗冰剂为一种可溶解在水中能降低冰点的复合化合物，在冰雪天气，抗暗冰剂释放，形成冰点较低的溶液，在路表和冰层之间形成不结冰或冰水混合的滑动层，可降低冰与路面的粘附力使表面冰层在行车碾压下易破碎，不形成光滑的镜面，在降雨量或降雪量较小的情况下，甚至能使路面不结冰。

3 抗暗冰沥青混合料配合比设计

3.1 抗暗冰填料的添加方式

抗暗冰填料的应用方法是在沥青混合料拌合过程中，以类似矿粉加入的方式投入沥青混合料，拌合后碾压形成具有抗暗冰效果的沥青混凝土。具体加入量以沥青混合料设计配比为准，推荐用量不低于混合料总质量的4%，推荐用量5%～8%。

3.2 抗暗冰沥青混合料配合比设计方法

配合比设计的步骤基本上与常规的沥青混合料相同，但抗暗冰填料的比重是2.1～2.3，比起矿粉的比重2.7要小，需进行体积替代法来换算，否则，可能由于体积比的原因会使矿粉用量加大，导致施工不便，施工后的耐流动性和耐磨耗性能下降，空隙率偏低而影响抗凝冰的效果等。以下为举例说明。

3.2.1 确定只用矿粉时的矿料的配合比

与一般的沥青混合料相同，表1是只用矿粉时的石料配合比。

表1 只用矿粉时的石料配合比一览表

3.2.2 确定掺抗暗冰填料矿料配合比

采用容积代换法进行配合比的确定。如果抗暗冰填料的使用量与矿料的质量比是7%的时，具体算法如下：

438 Progress of tele-monitoring exercise training in patients with chronic heart failure

（1）矿粉的容积：9÷2.7(矿粉的比重)≈3.3(矿粉的容积)

（2）抗暗冰填料的容积：7÷2.3(碎冰1号的比重)≈3.0

（3）需要的矿粉容积：3.3－3.0=0.3

（4）需要的矿粉重量：2.7×0.3≈0.8

所以，用7%的抗暗冰填料加上0.8%的矿粉来代替9%的矿粉。

4 抗暗冰沥青混合料性能研究

4.1 抗暗冰沥青混合料路用性能研究

对添加了抗暗冰填料的沥青混合料的性能进行检测，判断是否满足规范要求。结合料采用韩国SK牌SBS改性沥青，集料采用规格为0～3mm机制砂及3～5mm、5～10mm、10～15 mm的玄武岩碎石，填料采用四川泸沽宏业商贸公司生产的石灰石矿粉和重庆中交公司生产的抗暗冰填料。

4.1.1 设计级配（见表2）

表2 设计级配一览表

4.1.2 混合料配合比（见表3）

表3 混合料配合比一览表

4.1.3 混合料性能检验

对掺加了抗暗冰填料的沥青混合料进行稳定度和高低温性能试验，试验结果和试验方法如表4所列。

表4 掺抗暗冰填料沥青混合料性能检测结果一览表

从实验结果可以看出，掺抗暗冰填料的沥青混合料性能指标均能满足规范要求。

4.2 抗暗冰沥青混合料抗暗冰性能研究

4.2.1 抗暗冰成分释放测试

试验方法：将抗暗冰试件表面喷洒4 mm的水层，放置30 min后，用玻璃棒将该溶液搅拌均匀，并取其中少量试样用特种离子仪检验释放的抗凝冰成分，检验完毕后，将试件表层的水倒去，然后同样注入4 mm的水层，继续放置30 min后用特种离子仪进行检验。如此循环5次，以此来检验试件表面抗凝冰成分的释放程度和释放持续性（见表 5）。

表5 抗暗冰成分释放测试结果一览表

结论：采用抗暗冰填料的沥青混凝土随着喷洒水次数的增多，其表层单位面积释放的抗暗冰成分逐渐减少，尤其第二次喷水后。但是，从析出抗暗冰成分占总质量的比例可以看出，试件中的抗暗冰成分释放完全则需要较长的时间，这体现了抗暗冰沥青混凝土具有较长的使用效果。

4.2.2 抗暗冰效果观察（见图1～图6）

试验结果表明，未添加抗暗冰填料的对比样没有抵抗冰冻的能力，在设定温度条件下，试件表面的水容易结冰，而且冰层结实；与之相比，添加了抗暗冰填料的试件具有良好的抗冰冻效果；同时抗暗冰填料能够缓慢释放，并在试验段应用中可以看出添加了抗暗冰填料的路段有良好的抗暗冰效果。

图1 -4℃对比样冰冻90 m in照片

图2 -4℃抗暗冰样冰冻90 m in照片

图3 -4℃对比样冰冻150 m in照片

图4 -4℃抗凝冰样冰冻150 m in照片

图5 抗暗冰填料释放效果实景

图6 试验段应用效果实景

5 结语

抗暗冰技术是一种新兴的主动性抑制冻结的抗暗冰铺装技术，为冬季交通安全带来了福音，技术意义重大。笔者通过对拥有自主知识产权的抗暗冰填料进行了一系列的试验研究和分析发现，抗暗冰填料在保证了普通沥青混合料路用性能的同时，具有显著的抗暗冰效果，这一材料的成功研发，填补了国内抗暗冰技术领域的空白，而且大大降低了材料成本，为我国抗暗冰技术的发展有很大的促进作用。