道路路面暗冰探究

白彬

摘要：凝冻天气会导致路面产生暗冰，不但会严重影响道路交通安全和运输效率，还会直接或间接造成路面本身的严重损坏。本文通过分析暗冰的形成机理和对道路的影响，探究了路面暗冰的检测技术和抗暗冰的应用技术与设备。在此基础上，提出了目前道路应对暗冰危害存在的问题，为道路安全提供了理论基础。

关键字：道路 路面安全 暗冰

1 暗冰形成机理

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。南方地区的积雪及结冰和北方的有很大差别，北方空气湿度小，温度远低于0℃，积雪处于干燥状态，不易在路面形成水膜，云贵川高原潮湿山区因为空气潮湿度大，特别是夜间降雾量很大，空气温度略低于0℃，这样就容易形成暗冰，而且路面凝冰表面处于润湿状态，使路面很大程度上失去抗滑能力。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。暗冰的特点主要是[1]：

1）冰层非常薄，结冰后构造深度大的路面仍会具有一定的抗滑能力；

2）暗冰因为较薄，若路面有较大构造深度，则在行车碾压下，水平力的作用使结冰层很快被磨耗掉；

3）由于空气湿度大，且冰在压碎融化后，容易形成冰水混合的状态，使路面抗滑能力大幅减弱。

2 路面暗冰对道路的影响

1）沥青路面暗冰损坏形式表现为路表面沥青膜剥落，集料裸露、剥落，形成麻面、松散、坑槽和裂缝等病害；桥面受凝冰损坏作用较普通路面稍严重。

2）暗冰使沥青路面损坏状况加重、平整度下降、结构强度受其影响较小，构造深度稍有提高，宜采用构造深度来表征凝冰对沥青路面的主要影响。

3）凝冻温度主要影响到沥青路面面层结构，对上面层混合料影响较大，对中、下面层混合料影响较小。

4）行车道由于凝冰和交通荷载作用导致上面层集料剥落、质量损失、厚度变薄，单位面积质量损失量与相应停车带上面层混合料空隙率、矿料间隙率和沥青饱和度存在较好的线性关系。混合料越密实，质量损失越轻。

3 路面暗冰破坏检测技术

路面损坏状况指数（PCI）是对沥青路面龟裂、坑槽、松散、车辙、沉陷等病害状况的综合性评价，通过对每项病害加权平均获得；路面平整度指数（IRI）表征的是路面纵向凹凸量的偏差值，即路面纵断面剖面曲线的平整性，反映其行车舒适性；路面结构强度系数（SSI）反映的是路面整体结构的承载能力；路面构造深度（STD）是指路表面一定面积内凹凸不平的开口空隙的平均深度，用于評定路面表面的宏观构造，反映路面抗滑性能。

采用智能检测车对选定路段连续检测路面损坏状况指数PCI；多激光道路断面综合测试仪对选定路段连续检测国际平整度指数IRI，以100m 为检测单位记录；落锤式弯沉仪（FWD）对选定路段检测路面弯沉值，检测频率为1 点/50m，并换算成路面结构强度系数SSI；连续式构造深度仪对选定路段检测路面构造深度STD。

4 抗暗冰应用技术与设备

4.1 移除法

主要是借助于人工或者机械设备等将积雪破碎并从路面转移到其他场所，以保证路面交通安全。人工移除法即通过人工方法清除路面积雪。效率低且影响行车安全，无法长时间作业。采用机械设备铲除积雪已有数十年应用历史，目前已经形成可以适应各种情况的系列产品。

4.2 粗糙路面

沥青路面抗滑力主要取决于路面表层的宏观构造和微观构造，主要指标为构造深度和摩擦系数。摩擦系数主要指集料表面的粗糙程度，它随车轮的反复磨耗作用而逐渐磨光，与石料磨光值有很大关系，在汽车速度不大（30～50km/h）时，对路面的抗滑能力起决定作用；构造深度是由路表外露集料间构成的构造，其功能是使车轮下的路表水迅速排除，以免形成水膜，在汽车高速行使时决定路面的抗滑能力（沥青路面的抗滑机理和指标分析）。

路面的宏观构造指水平方向尺度在0.5～50mm 之间的构造。宏观构造除对路面摩擦力构成中的滞阻分量有一定贡献外，它的主要作用是为轮胎与路面界面上的积水提供渲泄通道。如果路面没有足够的宏观构造，则轮胎与路面界面上的积水不能及时排除，在动水压力的作用下，轮胎与路面间的实际接触面积就会减少。当这种减少达到一定程度时，所谓的水漂现象就发生了。轮胎与沥青路面接触，真实与轮胎接触的是石料表面的粗糙峰（微观构造）。微观构造微凸体与轮胎橡胶接触，顶部平滑的微凸体与胎面橡胶发生黏着摩擦，产生黏着摩擦力；顶部尖锐的微凸体对轮胎产生的应力大于轮胎橡胶的断裂应力时，微凸体刺入轮胎橡胶形成微切削摩擦，产生微切削摩擦力。轮胎与微观构造接触产生的黏着摩擦力与微切削摩擦力约占轮胎与路面整个摩擦力的90%。

4.3 自应力弹性路面技术

通过在沥青路面材料内添加一定量的弹性颗粒材料，改变路面与轮胎的接触状态和路面的变形特性，利用弹性材料局部变形能力较强的特性，通过路面在外荷载作用下产生的自应力，使路面凝冰破碎融化，从而有效抑制路面凝冰。北美、日本、北欧的自应力弹性路面中常用的弹性材料多为由废旧轮胎加工而成的橡胶颗粒，不但可以有效提高路面的除冰雪能力，提高道路安全性能和运输效率，而且为废旧弹性材料的回收利用提供科学、合理的新途径，利于环境保护，节省资源。我国对抗凝冰路面也有一定的研究基础，1998 年哈尔滨建筑大学开始了废旧轮胎橡胶颗粒沥青混凝土研究，刘晓鸿硕士对橡胶颗粒沥青路面路用性能研究发现，掺加橡胶颗粒的沥青混凝土具有除冰可行性。

4.4 抗暗冰填料

在沥青混合料中掺入抗暗冰填料[2]，主要为抗暗冰剂，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。

4.5 碳纤维-玻纤格栅抗凝冰沥青路面

是在路面中铺上一定厚度的碳纤维-玻纤格栅发热层[4-5]，通过对流和辐射从外部吸收热流，从而增加路面的温度，防止路面暗冰的形成，同时可以融化已形成的暗冰。

5 总结

我国大部分地区冬季气候寒冷，特别是南方潮湿地区冬季路面很容易产生凝冰，影响原路面的抗滑能力，降低道路的通行能力，交通事故发生的潜在危险性也越来越大，严重时只有封闭交通，给人们正常出行带来很大的影响，扰乱了人们群众的正常生活状态。国内外通过对路面暗冰的研究，探索了多种应对措施，能有效的降低暗冰对路面及行车的危害，但其中仍然存在问题，需要进一步研究探讨，更有效的消除暗冰的危害。

参考文献：

[1] 谭忆秋，赵立东，蓝碧武，等.反复凝冰作用下沥青混合料性能研究[J].建筑材料学报，2011（6）：761-766+792.

[2] 洪丹，张文，马志君，等.抗暗冰填料应用性能研究[J].城市道桥与防洪，2011（12）：148-150+4.

[3] 汪春梅，张文，陈世周.抗暗冰涂料在路面抗冰冻领域的应用[J].西部交通科技，2011（12）：19-23.

[4] 李红，张谢东.碳纤维-玻纤格栅沥青路面化凝冰性能有限元分析[J].武汉理工大学学报，2013（3）：59-62.

[5] 李红，张谢东.碳纤维-玻纤格栅抗凝冰沥青路面对策研究[J].武汉理工大学学报，2013（8）：55-59.