自融雪纖維瀝青路面在山區(qū)公路中的應用研究

郭志東 （薊州城投公司，天津 301900）

0 前言

冰雪天氣下的路面積雪、結冰現(xiàn)象給交通出行造成了巨大安全隱患，根據(jù)相關部門統(tǒng)計，每年在冰雪天氣下發(fā)生的交通事故可達數(shù)千起，給人民生命財產(chǎn)安全造成了巨大損失。因而研究一種經(jīng)濟環(huán)保型自融雪瀝青路面技術，降低路面事故隱患機率，增強路用性能的安全性就顯得日益迫切和重要。

傳統(tǒng)機械被動除雪存在著效率低、降滑效果差、成本高等實際問題和缺陷，而撒布氯鹽融雪劑又存在著污染環(huán)境，腐蝕路邊植被等生態(tài)環(huán)保問題，而美國研究生產(chǎn)的鈣鎂乙酸鹽（CMA）融雪劑雖具有良好的融雪、環(huán)保效果，但由于提取工藝復雜，又存在著價格昂貴推廣困難的實際問題。因而結合本土特點研究一種經(jīng)濟環(huán)保型自融雪瀝青路面是非常必要的。

1 鹽化物摻纖維瀝青混凝土路面融雪機理

在瀝青混合料中添加不足以對路用性能產(chǎn)生影響的氯化鈣劑量，并通過纖維導電粒子搭接成鏈形成電流傳導通路。混合料中鹽分在車輛通行碾壓作用下和自由基毛細管壓力作用下通過瀝青混凝土的孔隙析出，大大降低路面冰雪物質(zhì)的冰點；同時析出物和路面冰雪物質(zhì)充分接觸，電導速率加速提升達到融化溫度從而發(fā)生冰雪融化反應。

2 自融雪纖維瀝青混凝土配合比質(zhì)量控制

2.1 原材料技術要求

融雪劑主打成分采用氯化鈣為冰點下降劑，聚酯纖維作為導電介質(zhì)聯(lián)接物，瀝青采用天津市恒悅化工有限公司產(chǎn)70號A級道路石油瀝青，礦粉選用華陽礦粉廠產(chǎn)石礦粉，石料為薊縣產(chǎn)石灰?guī)r粗、細集料。各項主材的技術性能指標如表1～表4所示。

表1 70號A級道路石油瀝青性能指標

表2 粗集料技術性能指標

表3 細集料技術指標

表4 氯化鈣融雪劑主要技術指標

2.2 配合比設計參數(shù)確定

根據(jù)文獻研究成果，鹽分析出液的電導率隨瀝青混合料空隙率的增大而提高，但過快的析出速率往往會對路面造成污染性破壞，研究表明孔隙率在4%時可得到最佳溶析導電效果。纖維摻量通過試配比對確定為0.3%為最佳摻量。

同時運用1%遞增試配法對1%～3%氯化鈣融雪劑摻量下的瀝青混凝土路用性能進行試驗比對，可得數(shù)據(jù)如下：

表5 不同CaCl2摻量下的路用性能影響分析

由以上試驗比對分析情況不難看出，摻量在1%～3%的CaCl2融雪劑不會對瀝青混凝土路用性能造成大的影響，而突破3%之后則對瀝青混凝土路用性能損害加大，使路面逐漸喪失水穩(wěn)定性。因而根據(jù)試驗比對成果及實踐效果，確定自融雪瀝青混合料CaCl2最佳摻量為2%，礦粉與CaCl2總摻量為4%。

根據(jù)篩分及級配試驗比對，得到自融雪瀝青混凝土AC-13礦料級配表及級配曲線如表6所示。

得到級配曲線如圖1所示。

在上述級配標準要求下，根據(jù)不同油石比條件下馬歇爾試驗比對驗證，確定瀝青混凝土最終配合比參數(shù)為：

表6 自融雪礦料篩分配比結果

表7 自融雪瀝青混凝土AC-13配合比成果

圖1 自融雪混合料礦料級配曲線圖

最佳油石比下馬氏試件毛體積相對密度為2.419。

3 生產(chǎn)施工過程質(zhì)量控制

3.1 混合料生產(chǎn)過程質(zhì)量控制

自融雪瀝青混凝土拌制過程中嚴格控制瀝青油溫在165℃～175℃之間，礦料加熱溫度在180℃～190℃范圍內(nèi)。同時計量好冷集料含水量，據(jù)以調(diào)整冷料進料數(shù)量和烘干加熱時間，確保烘干后集料比例滿足級配要求，且集料殘余含水量小于0.2%的質(zhì)量標準。

將計量好的CaCl2融雪劑與聚酯纖維予以分袋包裝，在拌和過程中以人工投放方式從設備觀察口投入，控制干拌時間在8s～12s，濕拌時間40s～45s，總拌和時間≥50s.當遇有嚴重溢料現(xiàn)象發(fā)生，必須停產(chǎn)查明原因，及時調(diào)整配合比，直至符合設計要求后才能重新予以生產(chǎn)。

3.2 混合料施工過程質(zhì)量控制

自融雪瀝青混凝土拌合料運輸時必須苫蓋，確保到達工程現(xiàn)場油溫不低于170℃，攤鋪溫度在165℃以上。攤鋪多采取單機全幅攤鋪方式；若采用2臺機器梯隊攤鋪的方式，則必須保證兩臺攤鋪機型號相同，且前后距離控制在10～20m范圍內(nèi)，搭接縫寬控制在3～6cm之間；攤鋪速率掌握在1.0～2.0m/min范圍內(nèi)，且勻速不間斷地緩慢進行。

碾壓工藝多選用鋼輪壓路機以3～4km/h（0.83～1.11m/s）的速度靜壓完成。初壓溫度控制在不低于160℃環(huán)境條件下，且勻速前行，禁止進行振動或隨意調(diào)頭等操作，防止推移和裂縫等瀝青混凝土病害的發(fā)生。復壓2～3遍后緊接著進入終壓環(huán)節(jié)，確保終壓完成溫度保持在90℃以上。整個碾壓過程總碾壓遍數(shù)在8遍以上，壓實效果達到98%標準要求，且在終壓階段消除輪跡，確保平整度指標在《公路工程質(zhì)量檢驗評定標準》要求范圍內(nèi)。

4 應用效果分析

津圍公路薊北山區(qū)段2018年應用CaCl2鹽化物摻纖維瀝青混凝土材料進行養(yǎng)護維修，經(jīng)一個冬季觀測體驗，1cm厚積雪路面在2h左右完全融化，附近植被污染發(fā)生率為0，生態(tài)環(huán)保性得到很大程度的滿足和體現(xiàn)。應用該工藝后，山區(qū)路段因積雪結冰路滑導致的事故發(fā)生起數(shù)下降為0，大大提升了山區(qū)公路冬季運營的安全性和保證率系數(shù)，為百姓出行和商貿(mào)活動提供了良好的基礎條件。

同時從技術經(jīng)濟角度考慮，CaCl2及聚酯纖維均可在工業(yè)品市場上優(yōu)選獲得，成本及原材品質(zhì)可控，生產(chǎn)成本與冰雪條件造成動輒數(shù)十萬甚至上百萬的損失相比，應用自融雪瀝青混凝土路面工藝具有更大的經(jīng)濟效益性。實踐效果表明，CaCl2鹽化物摻纖維的自融雪瀝青混凝土路面工藝是環(huán)保可行的，值得在山區(qū)公路養(yǎng)護工程及建設施工中予以推廣應用，更好造福山區(qū)經(jīng)濟發(fā)展。

5 研究結論

通過對自融雪配合比工藝的甄選和試驗比對，并在實際工程中實踐應用，得到研究結論如下。

①2%摻量下的CaCl2自融雪纖維瀝青混凝土高溫穩(wěn)定性與水穩(wěn)定性滿足公路技術標準要求，且具有良好的融雪功效，可保證在環(huán)境無污染的條件下迅速融化路面冰雪，能夠確保冰雪氣候條件下的行車安全性。

②以津圍北山區(qū)路段應用為依托，提出了CaCl2自融雪纖維瀝青混凝土施工控制技術標準和要求，為規(guī)范自融雪瀝青混凝土施工工藝行為，提升質(zhì)量水平和路用性能奠定了堅實基礎。

③經(jīng)技術經(jīng)濟比較分析，CaCl2自融雪纖維瀝青混凝土降低了冰雪天氣交通事故發(fā)生率，提升了運營安全性，取得的社會安全效益遠高于投入的施工成本和材料成本，具有較好的效益性和可推廣性。