抗凝冰瀝青改性劑在鄭州市市政工程中的應用分析

王亮 韓永強

摘要：本文主要對抗凝冰瀝青改性劑的作用機理、抗凝冰改性瀝青路面的工程應用進行研究分析，并對該技術在鄭州航空港經濟綜合實驗區市政建設中的應用提出合理化建議，為鄭州航空港經濟綜合實驗區低碳城市建設提供技術支撐。

Abstract： This article mainly studies and analyzes the mechanism of anti-icing asphalt modifier and the engineering application of anti-icing modified asphalt pavement， and puts forward reasonable suggestions for the application of the technology in the municipal construction of Zhengzhou Airport Economic Comprehensive Experimental Zone， to provide technical support for low-carbon city construction in Zhengzhou Airport Economic Comprehensive Experimental Zone.

關鍵詞：抗凝冰;瀝青改性劑;市政工程;應用

Key words： anti-icing;asphalt modifier;municipal engineering;application

中圖分類號：U414? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）29-0126-02

0? 引言

鄭州地區屬于暖溫帶亞濕潤季風氣候，四季分明，冬季寒冷，1月份日均最低氣溫-3℃，日均最高氣溫僅有6℃以下[1]，在此溫度條件下，遇到雨雪天氣，道路極易產生凝冰現象，導致路面抗滑性能急劇下降，車輛輪胎附著系數大大降低，車輛容易打滑、跑偏、制動距離顯著延長，尤其在坡度較大的路段，車輛上坡動力不足，下坡制動困難，嚴重影響了車輛的操作穩定性和安全性，交通事故發生率較高。

1? 路面抗凝冰技術簡介

目前，路面抗凝冰技術主要分為主動抗凝冰技術和被動抗凝冰技術兩類，傳統抗凝冰技術主要是以人工、機械等在降雪后通過及時撒布融雪劑或清掃方式進行除雪防冰，屬于被動抗凝冰技術，現階段國內外市政及公路部門除冰雪技術中，仍然普遍采用人工、機械和融雪劑等被動除冰雪方式。

主動抗凝冰技術是通過改變道路路面物理、化學特性或者鋪設相應加熱設備，在不需要其他人工干預的情況下，清除或者減緩道路積雪、結冰狀況，保障道路低溫狀態下抗滑性能的技術，主要包括物理類抗凝冰路面、化學類抗凝冰路面和能量轉化類抗凝冰路面[2]。

物理類抗凝冰路面主要是利用大構造深度面層或彈性路面技術達到抗冰或除冰效果;能量轉化類抗凝冰路面主要通過鋪設電熱層或摻假相變調溫材料使道路材料具備儲熱發熱能力，從而達到除冰雪的目的。以上兩種技術由于材料局限性、施工復雜性和造價等因素，應用局限性很大[3]。

化學類抗凝冰路面主要采用在瀝青混凝土材料中添加改性劑的方式，抗凝冰瀝青路面添加劑的應用開始于20世紀70年代，主要的代表就是瑞士路麗美防冰路面有限公司和德日合資的Mafilon公司。

2? 抗凝冰瀝青改性劑的作用原理

抗凝冰改性劑是由有鹽化作用的降冰點組份、緩釋組份、抗腐蝕組份、增強組份、緩沖組份等組成的復合外加劑。

改性劑中有效抑制凍結的成分主要為氯鹽（氯化鈉、氯化鈣等），主要作用原理是在毛細管壓力及車輛碾壓作用下，瀝青混合料內部的鹽分逐漸析出，從而降低道路表面的冰點，抑制道路表面雨雪結冰，相關實驗研究證明，抗凝冰改性劑可有效降低路面冰點至-20℃[4]，抗凝冰效果顯著。

在保證降低路面低冰點的基礎上，在改性劑中添加緩釋劑、增強劑、抗腐蝕劑等，緩釋劑能夠保證道路在使用年限內均勻緩慢釋放抗凝冰鹽化組分，在路面使用年限內控制鹽化物勻速釋放，保證路面抗凝冰作用的長期使用效果及耐久性;增強劑能增強改性劑的受力特性，保證改性劑在施工和使用過程中不遭受功能性破壞，充分保障了瀝青混合料的施工和易性和路用性能;抗腐蝕劑可以有效保障橋梁或其他構筑物內的鋼筋免受腐蝕，另外對道路周邊的植被、土壤等也具有保護作用。

根據抗凝冰劑改性劑種類的不同，改性劑添加量一般為瀝青混合料質量的3～7%，并將瀝青混合料的孔隙率控制在2～3%，同時瀝青含量適當提高0.1～0.3%，礦粉含量下調2%，拌和機應設置二級除塵裝置。

現場采取干拌法添加抗凝冰瀝青改性劑，在添加礦粉的同時將改性劑按比例一次性投入拌和鍋中，與礦粉一起攪拌，拌和時間不需延長。其生產與施工工藝完全與熱拌瀝青混合料相同（如圖1）。

3? 抗凝冰改性劑的相關試驗

目前，對于抗凝冰改性劑的相關試驗主要有：融雪抗凝冰效果試驗、耐久性試驗、抗凍試驗。

3.1 融雪抗凝冰效果試驗

模擬冬季中到大雪降雪量，在車轍試件上撒布積雪，對比不同試件不同添加量的除冰效果。

3.2 耐久性試驗

3.2.1 氯離子濃度含量變化監測

將抗凝冰瀝青混合料制成馬歇爾試件，在常溫下全部泡入水中，每天24小時，持續泡水20天。每天測一次氯離子濃度，氯離子濃度不斷析出，最終達到一個平穩峰值，即在浸泡條件下，不會再導致氯離子的持續流失，自融冰改性劑具有一定的耐久性，達到夏季少釋放，保障冬季使用的目的。

3.2.2 動態水模擬實驗

將加入改性劑的車轍板試件浸泡于溫度分別為-10℃、0℃、5℃、15℃、25℃、35℃的水中，按照南方多雨地區年平均降雨量給車轍板噴水，測定水中的氯離子含量。經過一年的降雨量沖淋后，檢測試件內的抗凝冰改性劑殘余量。

3.3 抗凍試驗

將馬歇爾試件浸水后，放入可調溫水箱冷凍，檢測添加抗凝冰改性劑試件的抗凍性能。

4? 抗凝冰瀝青改性劑在交通及市政工程中的應用

近年來，抗凝冰改性劑在多個地區實體項目中進行了試驗性應用研究：2010年11月在四川省雅西高速公路上鋪筑100m試驗段;海拔1800m的國道G208雁門關山區段改造工程中鋪筑715m試驗段;2015年貴州畢節至都格高速公路施工中鋪裝抗凝冰瀝青瑪蹄脂混合料上面層;國道215線柳園至敦煌公路改造工程中，鋪筑大約500m抗凝冰改性瀝青混合料上面層[5～7];2016年哈爾濱市部分市政及交通項目采用抗凝冰改性瀝青混凝土路面上面層等等。

根據相關試驗段鋪裝應用研究結論，摻加抗凝冰改性劑的路面鋪裝在冬季抗凝冰效果明顯，在高海拔、背陰、陡坡、長縱坡、橋梁引坡段、隧道進出口和超高急彎段具有較高的推廣應用價值（如圖2）。

5? 抗凝冰改性劑的效益分析

路面凝冰會對道路交通安全及路面本身帶來極大的影響和危害。道路交通安全方面，凝冰將導致車輛剎車制動距離變長、行車轉向失控等等，從而釀成交通事故;對道路路面來說，道路路面受凝冰嚴重損壞則主要表現在：①凝冰會造成路面自身的損傷;②除冰雪措施會對路面及構筑物造成損傷;③凝冰期間車輛防滑措施會對路面造成損傷。

抗凝冰路面在保證不降低路面其他性能的同時，在一定的負溫內具有不產生凝冰的能力和良好的抗滑能力。這對確保行車安全，減少交通事故和損失具有重大的經濟效益和社會效益。

經濟效益：經測算，添加抗凝冰改性劑的路面成本有所提高，與后期道路人工或者機械除冰雪成本的降低量相比較，兩者費用相當，即道路建設成本增加，但能減少后期管理養護成本。對于我國多發凝冰地區，凍雨期持續長達2～3個月之久，使用抗凝冰改性劑可節省冬季管養費用。

社會效益：摻加抗凝冰改性劑道路在冰雪季使用過程中，可以有效減緩道路結冰程度，縮短道路因冰雪封閉時間，提高道路冰雪季通行能力和行車安全性;能夠有效減少路面冬季凝冰等災害，提高道路的防災抗災能力，對構建安全、便捷的現代化交通體系具有重要的促進作用。

6? 抗凝冰瀝青改性劑在鄭州航空港經濟綜合實驗區市政建設中的使用建議

按照中國公路自然區劃，鄭州屬東部溫潤季凍區（Ⅱ區）。每年冬季，雖然降雪相對較少，但一旦降雪，會對城市運轉及居民生活帶來極大影響。結合近年來新技術、新材料推廣及使用經驗，在城市重點地區重點項目采用相對新穎且具有經濟和社會效益的新材料具有積極的意義。

鄭州航空港經濟綜合實驗區位于鄭州市東南部，是鄭州都市區南部新城的主要組成部分，規劃面積約415平方公里，目前正處于建設期。根據鄭州航空港經濟綜合實驗區近期建設計劃，目前迎賓大道工程正在加快設計，迎賓大道為實驗區快速路，全長約7.8km，是連接鄭州新鄭機場與鄭州高鐵南站的重要通道，交通作用極其重要。工程采用高架橋加地面道路形式，規劃互通立交2座，下穿隧道一座，上下橋匝道3對，高架橋匝道和隧道引坡段坡度較大，建成后容易受到冬季冰雪災害影響，因此，在做好室內試驗的基礎上，在隧道敞口段及迎賓大道高架選取部分坡度較大的匝道等位置進行抗凝冰改性瀝青混合料試驗段鋪筑。

試驗段鋪筑過程中應做好施工記錄，后期運營過程中也應進行跟蹤試驗、觀測。根據試驗段施工和運營效果進行綜合經濟和社會效益分析，確認安全可靠后可在實驗區新建改建工程、特別是靠湖臨河、背陰路段、隧道進出口、橋梁涵洞、高架匝道、長大縱坡等路段中進行大面積推廣使用。

7? 結語

抗凝冰材料對改善冰凍季路面凝冰問題具有良好的效果，與傳統被動式除冰雪技術相比，可以減少道路冬季除冰雪頻次和工作量，并可以在一定程度上減少道路冬春季凍融，保護路面結構。鄭州地區，每年冰凍時間持續2-3個月之久，使用主動抗凝冰技術可大幅度節省冬季養護費用，產生顯著的經濟效益。進一步降低道路冬季養護費用，抗凝冰改性瀝青路面實現道路主動融冰，提高冰雪道路的行車安全性，降低交通事故率和減少交通事故損失，提高道路的通行能力和運營效益，具有良好的社會效益。

參考文獻：

[1]天氣網.www.tianqi.com.

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[3]譚憶秋，徐慧寧，張弛，符永康.除雪的老方法和新技術[J].中國公路，2018（03）：59-63.

[4]柳奪奎.抗凝冰改性劑在特殊路段瀝青砼路面中的融雪良效和前景展望[J].當代化工研究，2019（14）：4-7.

[5]孟勇軍，時建剛，白雪，唐磊.抗凝冰瀝青混凝土的優化設計研究[J].中外公路，2012，32（04）：255-259.

[6]唐士潤，張興軍，馬偉中，汪首元.抗凝冰瀝青路面在G215國道中的應用評價[J].中國建材科技，2018，27（05）：24-26.

[7]田盛鼎，胡松山.三種不同抗凝冰技術試驗段鋪筑效果對比分析[J].西部交通科技，2018（04）：72-75.