三种融雪防冰材料路用性能评价分析

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路面结冰具有“面积大、硬度高、厚度薄、不易铲除”等特点，清除冰雪一直困扰着世界各国交通部门。对路面积雪结冰的有效整治处理受到了各国交通部门的高度重视，并由此做了大量的研究，摸索出各种清除冰雪的方法。

目前国内外常用的清除冰雪的方法分两种：被动型除冰雪和主动型除冰雪。

被动型除冰雪。

被动型抵抗抑制道路和桥面积雪结冰的方法，包括最常用的下雪后撒布融雪剂，撒布砂石粉煤灰材料，人工清除法，机械清除法，以及工程技术实施上存在一定难度的热力融冰雪法。但是，撒盐法用来融雪化冰会带来许多负面效应：钢筋锈蚀、路面及隔离墩剥蚀破坏从而影响道路的耐久性；含盐的融化水排入排水管道降低管道的使用寿命；含有盐水成分的积雪倒入绿地、花坛、树穴会将植物杀死、破坏生态环境等。除冰盐的使用已在世界范围内造成严重危害并带来巨大经济损失，在我国的危害也已逐渐显现。热融雪法是采用加热的方法使冰雪融化，如地热管法、红外线灯照加热法、电热丝法、流体加热法等。这些被动型方法效率低，效果较差，综合成本较高。

主动型除冰雪。

主动型抵抗抑制道路和桥面冰雪方法主要通过在工程建设或大修道路和桥面中，预先主动采用相关技术或在混合料中添加专用材料使得道路和桥面具有特殊功能达到融雪除冰的效果，包括使用自应力弹性道路和桥面铺装技术、导电铺面融冰雪技术、能量转化型融冰雪等技术，以及在道路和桥面混合料中添加专用的防冰材料。

研究表明，将融雪防冰材料按一定比例添加到沥青混合料中摊铺到路面的表面层，可有效防止路面在0℃以下时道路结冰，能够有效地起到主动融雪化冰的作用，从而减少撒盐融雪和使用人工、机械铲雪的冬季养护措施，且不影响沥青混合料的各项指标。这种主动融雪防冰技术具有防冰效果较好，综合成本较低的特点，可以铺筑在陡坡路段、隧道的出入口处、桥面上以及山区高速公路、城市道路的十字交叉口等需要车辆减速或急拐弯处，防止车辆在下雪天刹车打滑。

目前，用于道路的主动融雪防冰材料主要有3种，分别是欧洲生产的A种防冰材料，国内某厂家生产的B种防冰材料和日本生产的C种防冰材料，为了研究这3种融雪防冰材料的路用性能，本文对添加不同融雪防冰材料的3种沥青混合料进行了试验研究，并与未添加融雪防冰材料的沥青混合料进行对比分析。

试验部分

试验材料

沥青及集料

采用的沥青结合料是SBS成品改性沥青，粗集料选用北京地区常用的玄武岩，细集料选用机制砂和矿粉。

融雪防冰材料基本性能及作用机理

基本性能。

融雪防冰材料为3个不同厂家的产品，简称为A，B和C。

作用机理。

3种融雪防冰材料的作用机理类似，均是将融雪防冰材料添加到沥青混合料中用于沥青混凝土路面上面层，利用路面的空隙和毛细管原理，当大气的环境温度、湿度与路表层和路面层深度发生差异，路面受到压缩、振动、磨损等各项因素影响时，防冰材料从不同的深度被极其缓慢地抽提迁移到道路面层释放出来，与路面的冰雪发生类似盐化学的作用，从而防止或延缓路面结冰。具体作用原理为防冰材料溶于水后，水中离子浓度上升，使水的液相蒸气压下降，但冰的固态蒸气压不变，为达到冰水混合物固液蒸气压相等的状态，冰便溶化，达到防冰效果。

级配设计

根据《公路沥青路面施工技术规范》规定的级配上下限，采用将粗、细集料按粒径筛分成档，根据公路等级、交通状况、气候条件等确定合成级配。因此，为了兼顾路用性能和空隙率的要求，适当调整合成级配，使级配曲线接近级配中值。

最佳油石比及不同融雪防冰材料掺量

本试验采用常规沥青混合料进行配合比设计，添加防冰材料的沥青混合料采用与常规沥青混合料相同的配比。通过马歇尔试验配合比设计，确定该AC-13型沥青混合料的最佳油石比为5%，按照厂家建议的合理掺量，3种融雪防冰材料的掺量均为沥青混合料质量的5%。

试验方法

常规试验方法

采用相同级配、相同油石比成型3种类型的融雪防冰沥青混合料，按照中的车辙试验、冻融劈裂试验、浸水马歇尔试验和弯曲试验分别测试添加不同融雪防冰材料的沥青混合料的高温稳定性能、水稳定性和低温抗裂性能，其中车辙试验的试验温度为60℃，接触压强0.7MPa，冻融劈裂试验和浸水马歇尔试验采用直径为101m，高63.5m的标准马歇尔试件，加载速率为50mm/min，弯曲试验的试验温度为-10℃，加载速率为50mm/min。

融雪防冰试验

目前国内外没有评价路面材料融雪防冰效果的标准，采用自主研发的防冰冻试验和拉拔试验对比评价不同沥青混合料的融雪防冰效果。

防冰冻试验。

采用车辙试件加水冰冻的试验方法评价防冰沥青混合料的防冰性能，具体方法为：做一组分别加入防冰材料和未加入防冰材料的车辙试件，在试件四周用橡皮泥围成一个封闭的边框，框边高出试件约1cm，均加入一定量的水放置到-10℃或-5℃的冷冻室，经过48h后同时取出两个试件，放置1min，用小铲在两种车辙试件上铲冰，通过铲冰的难易程度评价两种沥青混合料的防冰冻效果。

拉拔试验。

为更好地评价沥青混合料添加防冰材料后的防冰效果，研发出一种新型的试验设备及试验方法，具体做法如下。

制备一组添加防冰材料和不含防冰材料的马歇尔试件备用，将两个相同材料的马歇尔试件分别用直径与马歇尔试件相同的圆形夹具固定好，先后放入比试件直径略大的烧杯中，两个试件间隔0.5cm，然后向烧杯倒满水，放入-10℃的冷冻室，经过16h冰冻后，将两个冰冻在一起的试件连同夹具放到万能试验机上进行轴向拉拔试验，用破坏时的极限拉力评定马歇尔试件与冰之间的黏结力，以此判定冰冻效果。

试验结果及分析讨论

高温稳定性能

可以看出，在相同试验条件下，4种沥青混合料的车辙动稳定度排序是：B>未添加=C>A。添加B融雪防冰材料可以提高沥青混合料的车辙动稳定度指数，提高幅度为4%，添加A融雪防冰材料会降低沥青混合料的车辙动稳定度指数，降低幅度为7%，添加C融雪防冰材料对沥青混合料的车辙动稳定度指数无影响。从总体看，3种融雪防冰材料对沥青混合料的高温性能影响较小，3种沥青混合料的动稳定度均大于4000次/mm，超过现行规范大于2800次/mm的要求。

水稳定性能

现行规范采用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验评价沥青混合料的水稳定性，具体指标是残留稳定度和残留强度比。

浸水马歇尔稳定度

可以看出，4种沥青混合料的浸水残留稳定度排序是：A=未添加>B=C。添加Ａ融雪防冰材料对混合料的水稳定性没有影响，添加B和C会降低沥青混合料的水稳定性，但是影响的幅度很小，且3种不同融雪防冰沥青混合料的浸水马歇尔稳定度均大于90%，超过现行规范大于85%的要求。

冻融劈裂强度比

可以看出，4种沥青混合料的冻融劈裂强度比排序是：A>未添加>C>B。添加Ａ融雪防冰材料提高了沥青混合料的水稳定性，添加B和C不同程度地降低了沥青混合料的水稳定性，但仍超过现行规范大于80%的要求。

由浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验结果可以看出，添加A融雪防冰材料不会降低沥青混合料的水稳定性，反而提高了其水稳定性，而添加B和C会有不同程度地降低，但均满足现行规范的技术要求，说明3种融雪防冰沥青混合料仍有较好的水稳定性，可以在路面表层应用。

低温抗裂性能

可以看出，添加A和B融雪防冰材料会降低沥青混合料的弯拉应变指数，降低的幅度分别为7%和10%，添加C融雪防冰材料对沥青混合料的弯拉应变指数无影响。由数据可以看出，添加A和B融雪化冰材料会降低沥青混合料的低温抗裂性能，添加C不会对沥青混合料的低温抗裂性能有影响。

融雪防冰性能

目前国内外没有评价路面材料融雪防冰效果的标准，因此，本论文采用自主研发的防冰冻试验和拉拔试验对比评价不同沥青混合料的防冰效果。

防冰冻试验

可以看出，添加了3种融雪防冰材料后的沥青混合料，在试验温度为-5℃时均能非常容易地将试件表面的冰铲除，而不添加融雪防冰材料的沥青混合料试件铲冰非常困难，难以将冰与试件分离。在试验温度为-10℃时，A和C沥青混合料仍然可以非常容易的将试件表面的冰铲除，而添加B融雪防冰材料的沥青混合料试件铲冰非常困难，难以将冰与试件分离，与不添加融雪防冰材料的沥青混合料没有区别。因此，可以看出，A与C比B在更低温度下具有更好的融雪防冰效果。

拉拔试验

防冰冻试验仅能直观地表明添加融雪防冰沥青混合料具有融雪化冰效果，但是不能定量测试融雪防冰材料的融雪化冰能力。因此，我们同时自主研发了拉拔试验来定量评价融雪防冰沥青混合料的融雪化冰能力，由防冰冻试验表明，3种融雪防冰材料在-5℃时，均有防冰效果，因此拉拔试验的试验温度定为-10℃。可以看出，4种沥青混合料低温拉力排序为：未添加>B>C>A，未添加融雪防冰材料的沥青混合料的拉力最大，B沥青混合料与普通沥青混合料的拉力值接近，从而造成在防冰冻试验时铲冰很困难，而C沥青混合料在-10℃时防冰冻试验时铲冰容易，但通过拉拔试验表明冰与沥青混合料仍有黏结力，A沥青混合料与冰没有黏结力，力值为0，由拉拔试验表明，A融雪防冰材料的融雪防冰效果最好，其次为C，B最差。

实际应用效果

A和C防冰材料分别于2012年和2013年铺筑了试验路段，B防冰材料在2015年铺筑了试验路段。

跟踪观测的效果，图中隔离带右侧为防冰沥青混凝土路面，隔离带左侧为普通沥青混凝土路面，可以明显看出防冰沥青混凝土路面表面没有冰雪。

下部路段为防冰沥青混凝土路面，可以看出，雪与路面未出现黏连现象，在经过车轮碾压后化成水，没有形成路面结冰现象，从而保证了路面具有足够的摩擦系数。

实践证明A和C防冰沥青混合料路面具有良好的防冰效果。

由于B防冰路面铺筑后没有下雪，未能观测其融冰效果。

结语

(1)2种融雪防冰材料对沥青混合料的各项路用性能均有不同程度的影响。A融雪防冰材料降低了沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性，提高了沥青混合料的水稳定性。B融雪防冰材料提高了沥青混合料的高温稳定性，降低了沥青混合料的低温抗裂性和水稳定性。C融雪防冰材料对沥青混合料的各项路用性能影响较小。

(2)添加3种融雪防冰材料可以不同程度地提高沥青混合料融雪防冰性能，其中添加A和C融雪防冰材料可较大幅度提高沥青混合料融雪防冰的温度范围，B融雪防冰材料提高沥青混合料融雪防冰的温度范围较小。

(3)拉拔试验可以准确测定添加不同融雪防冰材料的沥青混合料与冰的黏结效果。

(4)实践表明，A和C防冰沥青混合料具有良好的防冰效果，B沥青混合料防冰效果有待进一步的观测。

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