除冰盐在防治高速沥青路面凝冰灾害中的优化使用

(福建省高速公路有限责任公司泉州管理分公司，泉州362000)

除冰盐在防治高速沥青路面凝冰灾害中的优化使用

■魏一科

(福建省高速公路有限责任公司泉州管理分公司，泉州362000)

泉州地区部分高速公路因气候特点，在冬季和春寒时节极易出现高速沥青路面多雨结冰的情况，严重影响了沥青路面的抗滑性能。目前福建省在应对凝冰灾害时，采用撒播除冰盐的措施。然而，在冻融循环作用下，除冰盐易对桥梁结构以及自然环境等造成危害。本文在此对不同撒布量除冰盐的除冰效果进行室内分阶段实验分析，得到适宜的撒布用量，在达到除冰效果前提下最大限度减少除冰盐的使用，减轻对混凝土结构和环境的破坏。

高速沥青路面凝冰灾害除冰盐适宜使用量

1 概述

沥青混凝土是高速公路建设中最常用的路面铺筑材料。除了一般情况下要求具有良好的抗滑性能之外，冬季多雨结冰的情况下也要求具有良好的抗滑性能。泉州地区泉三高速公路永春下洋段、莆永高速泉州感德段，因部分路段位于长下坡处，过往不少大货车放水。液态水接触到过冷(低于0℃)的沥青路面容易凝结成一层粘结于路表面的薄冰称为凝冰[1]。不同于北方冬季形成的厚实冰层，这种物质具有厚度小、粘性强、强度大、生长快、消除难等特点。凝冰的形成影响原路面的抗滑能力，降低道路的通行能力，容易引发交通事故。

为了防治凝冰灾害，省内公路养护部门目前较多使用撒布除冰盐作为应对凝冰灾害行之有效的措施[2]，但无法很好配置除冰盐使用的适宜量。此外，除冰盐的使用对混凝土桥梁结构、周边环境等带来较大的破坏影响[3]。除冰盐中主要成分NaCl，会使混凝土结构处于氯离子环境中，加速混凝土结构内部钢筋的腐蚀速率，对混凝土结构的耐久性产生较大的影响[4]。因此，对除冰盐使用量的优化使用进行探究具有深远的意义。

2 室内试验方案制定

2.1 凝冰路面的模拟

根据规范[5]选取沥青面层材料制作的若干试块，将试块放入40FDW/200复叠式低温箱中。根据凝冰形成的条件，将温度设置成可以使水泥试块保持在-3℃～-7℃之内。待试块温度达到目标温度时，采用喷雾器模拟水汽，进而模拟高速沥青路面在低温状态下凝冰形成的情况。在-5℃的低温箱内，喷雾后10min，测得各试块的摩擦系数见表1。在-5℃的低温箱里形成的凝冰符合模拟沥青路面的凝冰形成的情况。

表1 沥青试块形成凝冰的相关参数

2.2 除冰盐的选择

实验选用近些年福建省泉州高速公路养护部门所采购的冬季除凝冰所使用的除冰盐，主要成分为NaCl≥95.50%。

2.3 实验原理及技术路线

实验原理：通过在模拟凝冰的沥青路面上撒布不同量的除冰盐，根据摩阻仪测量的表面摆值来评定除冰效果，最终通过数据分析得到单位面积适宜除冰盐用量，实验技术路线如图1所示。

3 室内试验结果分析

选取试块一，按照实验技术路线和计划，分次在凝冰表面撒布不同量的除冰盐，观察除冰盐的作用效果，分别记录观察到凝冰层开始形成开裂时所记录的时间、当形成开裂的区域占撒布实验区域的50%时所记录的时间、当形成开裂的区域布满撒布实验区域时所记录时间等，并对实验后车轮模拟碾压之后摆式摩阻仪测得的路面摆值进行测试，进行除冰盐最优使用量探究实验，实验数据见表2。

图1 实验技术路线图

表2 不同撒布量除冰盐作用下的沥青路面除冰实验数据

3.1 实验中测得试件不同形态所需时间数据对比

图2中，三条曲线表征不同除冰盐使用量，分别作用在沥青混凝土试件路面上，达到三种不同形态所需时间的时间曲线。

横向曲线比较，是不同除冰盐使用量作用在同一路面结构上的达到不同形态结果的速率的对比。我们可以看出，撒布面积为10cm×10cm的情况下，随着除冰盐的使用量增加，除冰盐开始反应，凝冰层开始形成开裂时所记录的时间、形成开裂的区域占撒布实验区域的50%时的时间、形成开裂的区域布满撒布实验区域时的时间均呈现一定的缩短，除冰盐的作用速率增大。但是，随着使用量不断增大，到3.5g至4g的使用量之间，变化的速率均逐渐变小，并且沥青混凝土路面上的呈现三种形态所需要的时间基本保持不变。

竖向比较可以由图看出，随着除冰盐用量的增加，凝冰试件表面达到不同形态所需时间差逐渐缩短，除冰盐用量达到4.0g之后时间差值趋于常值。

综上可以分析得出，此时的除冰盐单位面积使用量350g/m2～400g/m2是探究的最理想的使用量。

3.2 除冰盐撒布后试块的路面摆值分析

撒布面积为10cm×10cm的情况下，5min过后的路面除冰效果可以根据实测路面试块的摩擦系数值(BPN值)来衡量，实测结果如图3所示。

图3中沥青F=37.8曲线、沥青F’=17曲线分别表示为凝冰形成前后的BPN值，两条直线作为评判凝冰消除效果的参考线。沥青FB20为撒布除冰盐后5min之后的BPN值，它与形成凝冰后的沥青F’=17曲线表示除冰盐的作用效果，并且最终与试件的沥青F=37.8曲线作对比。

图2 不同量除冰盐作用下试块不同形态所需时间曲线图

图3 不同量除冰盐作用下试块的BPN曲线比较

由图3曲线可以看出，随着除冰盐的用量的增加，撒布除冰盐之前和撒布除冰盐之后的试件BPN差值逐渐增大，而撒布除冰盐之后的BPN值与试件原始BPN值之间的差值逐渐减小。在盐的使用量从1.0g至3.0g之间，撒布除冰盐后BPN的变化值，按一定比例增加。当盐的使用量达到3.0g之后，撒布除冰盐后BPN的变化值变小，增加的幅度减缓，4.0g之后BPN值几乎回复到了凝冰形成前的值。由此可以看出，在沥青混凝土路面撒布面积为10cm×10cm的情况下，使用4.0g的除冰盐就可以达到很好的除冰效果，继续增加盐的使用量，非但除冰效果增加不大，反而造成除冰盐的浪费，对周边环境带来的损害增加，此时除冰盐单位面积使用量为400g/m2。

3.3 形成开裂区域面积为撒布面积的倍数分析

图4中，曲线表征不同除冰盐使用量作用在沥青混凝土路面上，最终除冰盐影响面积为撒布面积的倍数曲线，用于比较不同用量除冰盐的作用范围。

由图4曲线可以看出，撒布面积为10cm×10cm的情况下，随着除冰盐的使用量增加，除冰盐作用于路面表面凝冰形成裂缝面积占撒布面积的倍数在增加，到3.5g至4.0g的使用量之间，曲线变化的速率逐渐变小。由此可以分析得出，此时的除冰盐单位面积使用量为350g/m2～400g/m2为我们所探究的最理想的使用量。

图4 不同除冰盐的作用下最终影响面积的比较

3.4 试件是否会发生重结凝冰现象分析

由表2实验数据可看出，在10cm×10cm沥青路面上使用3.5g～4.0g的除冰盐不会发生凝冰消融后重凝冰的现象，达到公路冬季消除凝冰灾害要求。具体一次撒布的除冰盐能够持续多长的除冰效果，还有待进一步研究。

4 结论

(1)通过室内实验，对不同除冰盐使用量作用下达到试件不同形态所需时间数据、除冰盐撒布后试块的路面摆值、形成开裂区域面积为撒布面积的倍数、试件是否会发生重结凝冰现象等进行分析，获得了消除单位面积沥青混凝土路面除冰盐的优化使用量为350g/m2～400g/m2。

(2)探究除冰盐适宜使用量，不仅能够加快凝冰现场消融的效率，同时能够减少高速公路维护成本，降低地方公路养护部门的财政压力。

(3)相关养护部门应加强播撒除冰盐过后的道路养护措施，制定播撒指标，限量使用除冰盐，不得多撒、乱撒，强化管理，同时在播撒后及时采取疏导收集盐水，防止渗入地下或污染地表水，避免腐蚀混凝土结构[1]。

(4)该项目的研究能够在一定程度上可减少除冰剂的使用，降低化学物质对环境的污染，体现了“以人为本、以路为本”的发展理念，保障人们的出行安全，对促进发展和谐交通、和谐社会具有重要的社会和经济效益[3]。

[1]游德泉.凝冰路面适宜除冰盐用量室内实验研究.福建交通科技，2012(6).

[2]董贺梅,朱美锋,李凌云.浅析高速养护施工中融雪剂应用.公路与管理,2009(23).

[3]张慧娟.使用融雪剂除雪给环境带来的危害分析.改革与开放，2008(3).

[4]张恺,包琦玮,刘能文.除冰盐对桥耐久性的影响.中国土木工程学会年会,2000.

[5]中华人民共和国行业标准.JTG D50-2009,公路沥青路面设计规范[S].北京：人民交通出版社,2006.