多元物化自融冰雪沥青路面的应用研究

何 康

(石家庄市公路工程管理处 石家庄市 050011)

石家庄西部地区为太行山脉，年平均气温12.5℃，山区冬季气候干燥寒冷，最低气温常常在0℃以下，早霜期始于十月下旬。本项目主要在鹿泉区和井陉县境内的山区，在遇到降雪或路面结冰后，路面附着系数出现明显下降，加上纵坡较大极易发生交通事故。日本、瑞士较早地开始了路面融雪抑冰的研究，主要成分是NaCl，我国起步较晚，但做了进一步改善。采用融雪剂置换矿粉，优化混合料配比和施工工艺，添加到普通沥青混合料中，同时在沥青混合料完成初压后加铺自主研发的粉体盐化橡胶，铺装完成后继续完成终压和养生，采用多种融雪技术应用在试验路段中，在雨雪天气，检测实际融雪和抑冰的能力。

1 工程概况

本研究依托于省道S537南二环西延工程，项目起点位于鹿泉区台头村南侧，终点位于井陉县北良都村，与衡井线相接，按双向四车道一级公路标准建设，全长19.845km，其中起点至山前大道段按市政道路设计，设计时速为80km/h，山前大道至终点段按公路标准设计，设计时速60km/h。为充分研究多元防冰融雪物化一体施工技术对于融雪防冰的效果，本次对南二环西延工程中K16+20～K16+520段进行了试验路铺筑，长度500m。

2 多元防冰融雪沥青混合料

(1)沥青

本次试验路段路面结构下面层采用粗粒式AC-25C沥青混合料，上面层采用中粒式AC-16C沥青混合料。沥青为山东滨州生产的SBS I-D改性沥青。

(2)粗集料

路面结构下面层的粗集料采用石灰岩等碱性石料。控制其扁平、细长颗粒的含量，在反击式破碎机轧制的碎石中，选用沥青与粗集料的粘附性大于等于4级的碎石，以确保粗集料的质量。

(3)细集料

细集料采用干燥、坚硬、无杂质并符合标准的机制砂。

(4)填料

填料采用石灰岩石料磨制的新鲜矿粉，其质量符合招标文件中的技术要求。

(5)融雪剂

融雪剂选用缓释HS型化学融雪剂，其主要成分为CaC12、MgCl2。

(6)橡胶颗粒

橡胶颗粒选自天津武清废旧轮胎橡胶厂，加铺橡胶颗粒层厚为4.75mm。

3 多元防冰融雪物化一体沥青路面施工工艺

在试验段的沥青路面开始施工前，对下封层进行检查，对已发现有铺筑不到位的情况，应按照封层施工规范再次补铺。将下封层表面松散的矿料扫至路面以外，清除表面杂物，按照规范喷洒粘层油。

施工工艺：设备进场及安装调试→拌和站加工沥青混合料→运输沥青混合料→摊铺沥青混合料→撒铺橡胶颗粒→碾压沥青混合料和橡胶颗粒→路面养生及检测。

3.1 融雪剂的准备与投放

融雪剂置换矿粉，生产配合比掺加量为5.9%，融雪剂是10kg/袋的聚乙烯小袋包装，然后装入大袋中。由于盐分的存在，在一定的湿度条件下，融雪剂在没有密封包装时具有吸湿性，因此，在注入矿粉仓的过程中易结块，加上融雪剂密度较矿粉小，导致注入矿粉仓时作业效率较低。为了保证拌和时间，提高作业效率，采用矿粉仓掺加与从观察窗人工投入相结合的方式投放盐化物。融雪剂包装袋为聚乙烯材料，投入拌和楼中可自动融化，并将其作为改性剂加入混合料。

3.2 沥青混合料拌制

采用4000型强制间歇式沥青拌和站进行沥青混合料加工。严格控制沥青和集料的加热温度以及沥青混合料的出厂温度。拌和站控制沥青温度比集料温度低15℃左右，拌和好的热混合料成品存储到贮料仓后，其温度下降控制在不超过10℃。为保证沥青混合料拌和的均匀、无结团或粗细集料分离的情况，使集料颗粒全部均匀裹覆结合料。

拌和采取干拌和湿拌加沥青两步进行，拌和过程中多次检测和调整施工配合比与目标配合比之间的偏差，按照规范及时对混合料进行取料试验，努力将矿料级配与沥青用量达到最佳值。混合料温度控制如表1所示。

表1 混合料温度控制表

3.3 沥青混合料摊铺

为了保证摊铺质量和平整度，沥青混合料采用两台摊铺机组成梯队联合摊铺，控制两台摊铺机前后间距在15～25m，轨道重叠约5～10cm。沥青混合料摊铺速度等其他施工工艺参数均采用试验段中确定的各项参数。

3.4 橡胶颗粒的撒铺

在摊铺沥青混合料后，将事先准备好的橡胶颗粒均匀撒铺在沥青路面上。

3.5 压实成型

沥青混合料的压实应按初压、复压、终压三个阶段进行，每阶段的碾压速度不但符合施工规范的要求，也要按照施工前试验段确定的施工参数进行施工。终压完成时的温度应不低于90℃。

气候条件：沥青混合料摊铺的这几天均为晴天，路面始终保持干燥，施工期间日平均气温为12℃。制定应急预案，如遇到突然降雨即将未经压实的沥青混合料应全部清除，更新换料。

4 试验路检测

4.1 一般性能检验

在铺筑试验路过程中，利用拌和楼取回的混合料在室内进行了马歇尔试验和抽提试验；试验路铺筑完成后，进行了取芯抽检，对试验路段的面层厚度和压实度等进行了检测；同时还对路面渗水系数、构造深度等指标进行了检测，结果如表2及表3所示。

表2 混合料抽提试验结果

表3 试验路检测结果

根据检测结果，可看出试验路的各项检测指标都符合规范要求。

4.2 自融雪路面融雪性能检验

通过观测自融雪沥青路面与临近的普通沥青路面的积雪面积进行相互比较，就可以很直观地定性评价融雪抑冰效果。本试验路所在地2017年12月21日降中雪，综合来看，多元防冰融雪物化一体技术沥青路面试验段的除冰雪性能明显好于普通沥青路面。

为检测自融雪沥青路面很长时间后是否仍然具有融冰雪性能，我们采用了滴点硝酸银溶液的方法进行检验。硝酸银溶液和氯化物会发生白灼反应，即生成白色沉淀物氯化银。根据这个原理技术人员滴数滴硝酸银溶液在铺筑的沥青路面上，通过观察发现仍有白色沉淀产生，也就是自融雪沥青路面仍然有盐分析出，在这场雨雪过后仍具有融雪功能。

4.3 防冰性能研究

通过对试验段的观测发现，普通沥青路面表面的冰层几乎没有任何变化，仅在个别位置出现了极少量的裂纹(如图1所示)；多元防冰融雪物化一体技术沥青路面表面的冰层表面出现明显的裂纹，裂纹分布密度大，且在橡胶颗粒的周围，冰层出现明显的破碎现象(如图2所示)。

5 结论

在路面积雪情况下，经过行车荷载的碾压，普通沥青路面表面的积雪与路面紧密粘结，难于清除；而多元防冰融雪物化一体技术沥青路面表面的积雪与路面并未粘结，可以很容易地清除。随着温度的变化和车辆荷载的继续作用，普通沥青路面表面的积雪逐渐形成薄冰，使路面表面非常光滑，抗滑性能急剧降低，而自融雪一体化沥青路面表面的积雪却仍呈现松散状，路面抗滑性能未受大的影响。综合来看，多元防冰融雪物化一体技术沥青路面试验段的融雪抑冰性能明显好于普通沥青路面。

图1 普通沥青路面 图2 自融雪沥青路面