探讨抑制冻结铺装的效果

金顺浩 柳俊哲，2*

(1．东北林业大学，黑龙江哈尔滨 150040;2．宁波大学，浙江 宁波 315211)

1 概述

我国北方地区冬季气候寒冷，路面积雪结冰对公路发展和交通安全运营的制约因素越来越受到各界人士的关注，安全确保道路交通的冬季雪冰管理已成为重要课题。

路面积雪在温度变化和车辆荷载作用下，路面表面极易形成薄冰，影响道路交通安全。据分析冰雪使路面附着系数大大降低，有数据显示，干燥沥青路面附着系数为0．6，积雪路面附着系数为0．2，结冰路面附着系数为0．15。附着力显著减小后，车辆的制动稳定性和转向操作稳定性都变得很差，致使汽车刹车失灵、方向失控，车辆容易打滑、跑偏，制动距离显著延长。由于目前高等级公路的大幅度增加，仅靠人力和机械除冰以及撒融雪剂的办法已经不能解决冰冻结路面的严重程度，寻求科学有效的路面抑制冰雪技术乃是现在道路建设的当务之急，也是研究的重点。冰雪地区路面的行车安全问题一直是困扰交通部门的难题，为解决冰雪路面的问题有关部门常需动用大量的人力、物力来解决冻害的程度。有时还需撒融雪剂，但大量融雪剂的使用给环境带来了新的污染。如何有效地解决冰雪路面的交通安全，避免交通事故或减少交通事故，提高道路通行能力和运营效益，形成良好的安全管理模式，已成为困扰冰雪地区交通管理部门的重要问题之一，科学有效的路面除冰雪技术的开发研究具有非常重要的社会经济价值。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。轮胎和路面附着对行车安全很重要，路面上的雪和积水一旦结冰，就会降低附着性，车辆行驶稳定性变差。因此在道路铺装时就赋予路面抑制冻结功能，是提升车辆冬季行车安全性的重要手段。

为了消除冰雪条件下路面的安全性隐患，常用的路面除冰雪的方法是在路面上撒布醇类或盐类融雪剂使冰雪融化。但是醇类融雪剂的除冰雪效果受环境温度影响较大，并具有反结冰现象，即一旦环境温度下降，被融化的积雪会再冻结成冰，使路面更滑，交通事故率更高。还有用安装防滑轮胎来应对路面冻结，但随着时间的推移该方法已被淘汰，而后来的防滑沟槽轮胎因表面的研磨作用使路面发生溜滑的现象，又给路面带来新的安全问题。因此，为了保障道路畅通和行车安全，避免交通事故的发生，研究既有效又环保的路面除冰雪方法刻不容缓。近几年为了抑制光滑路面迫使在道路铺装方面下功夫，自应力抑制结冰路面本身具有抑制冻结效果。抑制冻结铺装有两种方法:一种是氯化物盐类化学系抑制冻结铺装;另一种是弹性橡胶类物理系抑制冻结铺装。但是，如何定量评价抑制冻结铺装的抑制结冰能力，目前尚没有统一和确定的方法。针对上述情况，通过测定冻结过程中路表面冰附着强度变化，判断各种抑制冻结铺装的抑制结冰能力，即用路面冰附着试验，来见证各种抑制冻结铺装的抑制效果。各种抑制冻结路面研究的核心问题之一就是评价抑制冻结的手段与方法，由此分析比较路面抑制冻结的优劣。

2 试体的种类及制作条件

试体的种类、制作条件、性状在表1中显示。试体尺寸是30 cm×30 cm，对掺橡胶颗粒的试体因掺入橡胶颗粒时试体温度下降15℃，所以干拌合时温度调到比最适度温度高20℃。这次为了比较试验又制作了密级配(13)试体。

表1 试验用抑制冻结铺装的种类

3 试验方法及条件

作为抑制冻结效果评价方法，即用模拟交通荷载给冰板冲击力后做冰附着试验，试验方法如图1所示。在设定试验条件以前，对道具分装有(无)橡胶板的稠密度钢球自由落体次数试验探讨，试验结果如图2所示。对密级配试体不管条件因素如何变化希望路面表层薄冰附着强度变化较小，所以考虑采用试验条件如表2所示。考察这个条件给抑制冻结铺装的冰附着试验带来的影响，分掺氯化物类(化学系)和掺合成橡胶类(物理系)来展示和确认试验结果，试验结果如图3所示。

图1 冰附着试验方法图

试验结果表明物理系合成橡胶除外，冰附着强度不受冲击有无的影响而发生变化。这现象表明物理系抑制冻结铺装是因为交通荷载引起路面冰板破坏的真理得到了证实。

4 试验结果

图2 降落次数与冰附着强度的关系

表2 试验条件

图3 冻结抑制铺装的冰附着强度

对前述5种试体，设定5个温度条件即 －10℃，－7℃，－5℃，－3℃，0℃实施试验。通过用自动记录热电偶温度计测定温度，当无纺布达到设定温度与试体一起养生3 h后给试体冲击力作冰附着试验，结果如图4所示。结果表明在－10℃时物理系的掺天然橡胶和合成橡胶的冰附着强度小抑制冻结效果好，随着温度的升高化学系掺氯化物盐类抑制冻结效果提高。掺橡胶颗粒和氯化物两种混合物的物理化学综合类抑制冻结效果不管在哪个温度范围内都能得到发挥，其优势地位得到证实。

图4 试验温度与冰附着强度的关系

5 结语

1)模拟交通荷载而实施的冲击冰板后做冰附着试验，能够再现实际物理系抑制冻结铺装的板破坏效果，是可行的。

2)在这次的试验条件，化学系抑制冻结铺装的抑制冻结效果优越性在－3℃以上表现出来，在－3℃以下物理系抑制冻结铺装的抑制冻结效果优越。

3)物理化学综合类抑制冻结铺装，在所有温度条件下都能发挥良好的抑制冻结效果。

4)冻结抑制路面较普通沥青路面具有如下优点:

可以延迟路面的冻结时间，缩短冻结期。

减少除雪作用次数，提高除雪作用效率。

减少冬季道路的养护成本。

冻结成为难题的地区，用物理化学综合类抑制冻结铺装的抑制冻结效果非常有效。纵观抑制冻结路面在国外十几年的成功应用及国内的研究进展，我们可以预测抑制冻结铺装路应用在我国北方寒冷地区具有很大的潜力，开展这方面的研究可以带来显著社会效益。

6 展望

确认了冲击冰板模拟试验在各种条件下抑制冻结铺装的抑制冻结效果。从结果可以掌握因温度因素给化学系、物理系抑制冻结铺装的抑制冻结效果带来的影响。今后冰板破冰模拟试验添加重复载荷试验机，实施与实际交通荷载相同的动荷载冰板破冰模拟试验来验证冰附着强度的反映。抗冻结路面既可以满足高速公路抑制路面结冰积雪的要求，又可以缓解城市道路冬季养护能力。

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