探討抑制凍結(jié)鋪裝的效果

金順浩 柳俊哲，2*

(1．東北林業(yè)大學(xué)，黑龍江哈爾濱 150040;2．寧波大學(xué)，浙江 寧波 315211)

1 概述

我國(guó)北方地區(qū)冬季氣候寒冷，路面積雪結(jié)冰對(duì)公路發(fā)展和交通安全運(yùn)營(yíng)的制約因素越來(lái)越受到各界人士的關(guān)注，安全確保道路交通的冬季雪冰管理已成為重要課題。

路面積雪在溫度變化和車輛荷載作用下，路面表面極易形成薄冰，影響道路交通安全。據(jù)分析冰雪使路面附著系數(shù)大大降低，有數(shù)據(jù)顯示，干燥瀝青路面附著系數(shù)為0．6，積雪路面附著系數(shù)為0．2，結(jié)冰路面附著系數(shù)為0．15。附著力顯著減小后，車輛的制動(dòng)穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向操作穩(wěn)定性都變得很差，致使汽車剎車失靈、方向失控，車輛容易打滑、跑偏，制動(dòng)距離顯著延長(zhǎng)。由于目前高等級(jí)公路的大幅度增加，僅靠人力和機(jī)械除冰以及撒融雪劑的辦法已經(jīng)不能解決冰凍結(jié)路面的嚴(yán)重程度，尋求科學(xué)有效的路面抑制冰雪技術(shù)乃是現(xiàn)在道路建設(shè)的當(dāng)務(wù)之急，也是研究的重點(diǎn)。冰雪地區(qū)路面的行車安全問(wèn)題一直是困擾交通部門的難題，為解決冰雪路面的問(wèn)題有關(guān)部門常需動(dòng)用大量的人力、物力來(lái)解決凍害的程度。有時(shí)還需撒融雪劑，但大量融雪劑的使用給環(huán)境帶來(lái)了新的污染。如何有效地解決冰雪路面的交通安全，避免交通事故或減少交通事故，提高道路通行能力和運(yùn)營(yíng)效益，形成良好的安全管理模式，已成為困擾冰雪地區(qū)交通管理部門的重要問(wèn)題之一，科學(xué)有效的路面除冰雪技術(shù)的開(kāi)發(fā)研究具有非常重要的社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值。抑制凍結(jié)鋪裝，就是以確保寒冷時(shí)期的道路交通安全為目的，使路面自身具有抑制凍結(jié)功能的一種鋪裝方式。輪胎和路面附著對(duì)行車安全很重要，路面上的雪和積水一旦結(jié)冰，就會(huì)降低附著性，車輛行駛穩(wěn)定性變差。因此在道路鋪裝時(shí)就賦予路面抑制凍結(jié)功能，是提升車輛冬季行車安全性的重要手段。

為了消除冰雪條件下路面的安全性隱患，常用的路面除冰雪的方法是在路面上撒布醇類或鹽類融雪劑使冰雪融化。但是醇類融雪劑的除冰雪效果受環(huán)境溫度影響較大，并具有反結(jié)冰現(xiàn)象，即一旦環(huán)境溫度下降，被融化的積雪會(huì)再凍結(jié)成冰，使路面更滑，交通事故率更高。還有用安裝防滑輪胎來(lái)應(yīng)對(duì)路面凍結(jié)，但隨著時(shí)間的推移該方法已被淘汰，而后來(lái)的防滑溝槽輪胎因表面的研磨作用使路面發(fā)生溜滑的現(xiàn)象，又給路面帶來(lái)新的安全問(wèn)題。因此，為了保障道路暢通和行車安全，避免交通事故的發(fā)生，研究既有效又環(huán)保的路面除冰雪方法刻不容緩。近幾年為了抑制光滑路面迫使在道路鋪裝方面下功夫，自應(yīng)力抑制結(jié)冰路面本身具有抑制凍結(jié)效果。抑制凍結(jié)鋪裝有兩種方法:一種是氯化物鹽類化學(xué)系抑制凍結(jié)鋪裝;另一種是彈性橡膠類物理系抑制凍結(jié)鋪裝。但是，如何定量評(píng)價(jià)抑制凍結(jié)鋪裝的抑制結(jié)冰能力，目前尚沒(méi)有統(tǒng)一和確定的方法。針對(duì)上述情況，通過(guò)測(cè)定凍結(jié)過(guò)程中路表面冰附著強(qiáng)度變化，判斷各種抑制凍結(jié)鋪裝的抑制結(jié)冰能力，即用路面冰附著試驗(yàn)，來(lái)見(jiàn)證各種抑制凍結(jié)鋪裝的抑制效果。各種抑制凍結(jié)路面研究的核心問(wèn)題之一就是評(píng)價(jià)抑制凍結(jié)的手段與方法，由此分析比較路面抑制凍結(jié)的優(yōu)劣。

2 試體的種類及制作條件

試體的種類、制作條件、性狀在表1中顯示。試體尺寸是30 cm×30 cm，對(duì)摻橡膠顆粒的試體因摻入橡膠顆粒時(shí)試體溫度下降15℃，所以干拌合時(shí)溫度調(diào)到比最適度溫度高20℃。這次為了比較試驗(yàn)又制作了密級(jí)配(13)試體。

表1 試驗(yàn)用抑制凍結(jié)鋪裝的種類

3 試驗(yàn)方法及條件

作為抑制凍結(jié)效果評(píng)價(jià)方法，即用模擬交通荷載給冰板沖擊力后做冰附著試驗(yàn)，試驗(yàn)方法如圖1所示。在設(shè)定試驗(yàn)條件以前，對(duì)道具分裝有(無(wú))橡膠板的稠密度鋼球自由落體次數(shù)試驗(yàn)探討，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。對(duì)密級(jí)配試體不管條件因素如何變化希望路面表層薄冰附著強(qiáng)度變化較小，所以考慮采用試驗(yàn)條件如表2所示。考察這個(gè)條件給抑制凍結(jié)鋪裝的冰附著試驗(yàn)帶來(lái)的影響，分摻氯化物類(化學(xué)系)和摻合成橡膠類(物理系)來(lái)展示和確認(rèn)試驗(yàn)結(jié)果，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖1 冰附著試驗(yàn)方法圖

試驗(yàn)結(jié)果表明物理系合成橡膠除外，冰附著強(qiáng)度不受沖擊有無(wú)的影響而發(fā)生變化。這現(xiàn)象表明物理系抑制凍結(jié)鋪裝是因?yàn)榻煌ê奢d引起路面冰板破壞的真理得到了證實(shí)。

4 試驗(yàn)結(jié)果

圖2 降落次數(shù)與冰附著強(qiáng)度的關(guān)系

表2 試驗(yàn)條件

圖3 凍結(jié)抑制鋪裝的冰附著強(qiáng)度

對(duì)前述5種試體，設(shè)定5個(gè)溫度條件即 －10℃，－7℃，－5℃，－3℃，0℃實(shí)施試驗(yàn)。通過(guò)用自動(dòng)記錄熱電偶溫度計(jì)測(cè)定溫度，當(dāng)無(wú)紡布達(dá)到設(shè)定溫度與試體一起養(yǎng)生3 h后給試體沖擊力作冰附著試驗(yàn)，結(jié)果如圖4所示。結(jié)果表明在－10℃時(shí)物理系的摻天然橡膠和合成橡膠的冰附著強(qiáng)度小抑制凍結(jié)效果好，隨著溫度的升高化學(xué)系摻氯化物鹽類抑制凍結(jié)效果提高。摻橡膠顆粒和氯化物兩種混合物的物理化學(xué)綜合類抑制凍結(jié)效果不管在哪個(gè)溫度范圍內(nèi)都能得到發(fā)揮，其優(yōu)勢(shì)地位得到證實(shí)。

圖4 試驗(yàn)溫度與冰附著強(qiáng)度的關(guān)系

5 結(jié)語(yǔ)

1)模擬交通荷載而實(shí)施的沖擊冰板后做冰附著試驗(yàn)，能夠再現(xiàn)實(shí)際物理系抑制凍結(jié)鋪裝的板破壞效果，是可行的。

2)在這次的試驗(yàn)條件，化學(xué)系抑制凍結(jié)鋪裝的抑制凍結(jié)效果優(yōu)越性在－3℃以上表現(xiàn)出來(lái)，在－3℃以下物理系抑制凍結(jié)鋪裝的抑制凍結(jié)效果優(yōu)越。

3)物理化學(xué)綜合類抑制凍結(jié)鋪裝，在所有溫度條件下都能發(fā)揮良好的抑制凍結(jié)效果。

4)凍結(jié)抑制路面較普通瀝青路面具有如下優(yōu)點(diǎn):

可以延遲路面的凍結(jié)時(shí)間，縮短凍結(jié)期。

減少除雪作用次數(shù)，提高除雪作用效率。

減少冬季道路的養(yǎng)護(hù)成本。

凍結(jié)成為難題的地區(qū)，用物理化學(xué)綜合類抑制凍結(jié)鋪裝的抑制凍結(jié)效果非常有效。縱觀抑制凍結(jié)路面在國(guó)外十幾年的成功應(yīng)用及國(guó)內(nèi)的研究進(jìn)展，我們可以預(yù)測(cè)抑制凍結(jié)鋪裝路應(yīng)用在我國(guó)北方寒冷地區(qū)具有很大的潛力，開(kāi)展這方面的研究可以帶來(lái)顯著社會(huì)效益。

6 展望

確認(rèn)了沖擊冰板模擬試驗(yàn)在各種條件下抑制凍結(jié)鋪裝的抑制凍結(jié)效果。從結(jié)果可以掌握因溫度因素給化學(xué)系、物理系抑制凍結(jié)鋪裝的抑制凍結(jié)效果帶來(lái)的影響。今后冰板破冰模擬試驗(yàn)添加重復(fù)載荷試驗(yàn)機(jī)，實(shí)施與實(shí)際交通荷載相同的動(dòng)荷載冰板破冰模擬試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證冰附著強(qiáng)度的反映。抗凍結(jié)路面既可以滿足高速公路抑制路面結(jié)冰積雪的要求，又可以緩解城市道路冬季養(yǎng)護(hù)能力。

［1］張洪光，孫 巍．冰雪地區(qū)瀝青路面抑制凍結(jié)鋪裝技術(shù)［J］．黑龍江交通科技，2010，33(12):94-96．

［2］張洪偉．抗凍結(jié)瀝青混凝土路面國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與進(jìn)展［J］．公路，2011，1(1):135-139．

［3］張洪偉．橡膠顆粒除冰雪瀝青路面的研究［D］．西安:長(zhǎng)安大學(xué)，2009．

［4］宋繼先．凍結(jié)抑制鋪裝路面［J］．黑龍江交通科技，2002，25(6):25-26．

［5］徐歐明．橡膠顆粒瀝青混合料抑制結(jié)冰試驗(yàn)研究［J］．公路，2010，1(1):153-155．

［6］JTG F40-2004，公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范［S］．