融雪劑對普通國省干線公路瀝青路面影響的研究

摘要：為防止路面積雪結冰，降雪后一般使用融雪劑進行除雪作業，普通國省干線公路除雪主要采用氯鹽型融雪劑。瀝青路面撒布融雪劑后，部分融雪劑與融化后的雪水沿著混合料間的孔隙進入瀝青路面內部，并在晝夜交替過程中會出現凍融循環現象，在此過程中出現的鹽溶液侵蝕、結冰膨脹、鹽分結晶膨脹等作用，會隨著凍融循環次數增加，最終破壞瀝青路面。對此，可通過改善瀝青路面結構設計、加強對普通國省干線公路的養護、采用微表處技術鋪設瀝青道路、采用新型融雪劑等措施解決融雪劑對普通國省干線公路瀝青路面的破壞作用。

關鍵詞：融雪劑;瀝青路面;破壞機理;侵蝕破壞

中國分類號：U414

1 引言

冬季降雪時，普通國省干線公路路面會積雪結冰，極易引發交通事故。因此，為防止路面積雪結冰，降雪后要及時進行除雪作業，除雪作業的主要方法有人工—機械除雪法、融雪劑除雪法和鋪設融雪路面。在這三種方法中，以融雪劑除雪法使用較為普遍，但該除雪方法會對瀝青路面產生破壞，國內外學者就融雪劑對瀝青性能進行了一定研究，并取得了一定進展，王永^[1]等通過室內試驗分析認為融雪劑改善了基質瀝青的抗車轍性能，但劣化了低溫抗裂性能;融雪劑對SBS改性瀝青的軟化作用較低;王明^[2]等研究發現CaCl₂增加了瀝青的溫度敏感性，對瀝青延度影響最大，不同融雪劑對劈裂強度的影響規律不同;吳金榮^[3]等通過凍融劈裂試驗發現溫度與氯鹽侵蝕會大大降低瀝青混合料的使用壽命;王嵐^[4]等認為瀝青種類對斷裂韌度的影響大于凍融次數和除冰鹽濃度;瀝青混凝土的低溫性能隨著凍融次數及鹽濃度的增加而降低。本文主要研究融雪劑對普通國省干線公路瀝青路面的破壞機理及相應的對策，為合理使用融雪劑、降低融雪劑對普通國省干線公路瀝青路面的破壞作用提供支持。

2 普通國省干線公路融雪劑的使用特點

融雪劑主要分為三類：一是氯鹽型融雪劑，主要產品有氯化鈉、氯化鈣、氯化鉀和氯化鎂等;二是非氯鹽型融雪劑，主要包括無機鹽和有機鹽、胺、醇等;三是氯鹽與非氯鹽混合型。氯鹽型融雪劑生產成本低、產品豐富、融雪效果好，是目前主要使用的融雪劑種類，但是其對路面、金屬破壞較重，對道路周圍環境影響大;非氯鹽型融雪劑融雪效果不如氯鹽型融雪劑，且生產成本高，撒布到路面后會產生刺激氣味，僅在飛機場、停車場等處使用。氯化鈉是現如今最常用的融雪劑之一，價格低廉且融雪效果好，在國內外被廣泛使用^[5]。目前，普通國省干線公路除雪仍以氯鹽型融雪劑為主。

3 普通國省干線公路瀝青路面使用融雪劑出現的病害

普通國省干線公路大量撒布融雪劑后，融雪劑對瀝青路面會造成嚴重損壞：在融雪劑的破壞作用下，瀝青路面的結構會出現變化，甚至是出現損壞，從而降低瀝青路面的承載能力，同時在車輛荷載反復作用下，瀝青路面就會產生變形和裂縫;融雪劑會使瀝青混合料中的集料出現軟化現象，集料的棱角極易被磨平，集料的棱角被磨平后會降低瀝青混合料的強度和瀝青路面的抗滑性;融雪劑滲入到瀝青路面，會降低集料與瀝青的粘結性，使瀝青從集料表面剝落，導致瀝青路面出現麻面、掉粒松散、坑槽，致使普通國省干線公路瀝青路面的耐久性降低，縮短了瀝青路面的使用壽命^[6]。

4 融雪劑對普通國省干線公路瀝青路面的破壞機理

4.1融雪劑鹽溶液的凍融循環現象

冬季降雪后，撒布融雪劑能夠融化瀝青路面上的積雪，并與融化后的雪水形成鹽溶液，普通國省干線公路瀝青路面所用的瀝青混合料是一種多孔隙結構，大部分的鹽溶液會沿公路排水系統排走，少部分的鹽溶液則會沿著混合料間的孔隙進入瀝青路面內部，對普通國省干線公路造成破壞的，主要就是進入瀝青路面內部的這部分鹽溶液。撒布融雪劑后，隨著夜間氣溫的降低，進入瀝青路面內部的鹽溶液會發生凍結;隨著白天氣溫的升高，凍結的鹽溶液會出現融化現象，這個過程會隨晝夜交替反復進行，即凍融循環現象。此外，冬季殘留在瀝青路面內部的鹽溶液，隨著春夏季節的到來，鹽溶液中的水分被蒸發，鹽晶體逐漸析出。在上述過程中出現的鹽溶液侵蝕、結冰膨脹、鹽分結晶膨脹等作用，對瀝青混合料產生不利影響，隨著凍融循環次數增加，最終會破壞瀝青路面。

4.2瀝青路面鹽溶液侵蝕破壞機理

4.2.1鹽溶液侵蝕瀝青

瀝青在融雪劑所含的醋酸根離子（CH₃COO^-）作用下會出現乳化現象，瀝青與醋酸鈉溶液接觸時，一方面融雪劑溶液中醋酸根離子的親油性有機鏈與瀝青分子中的有機鏈相互結合;另一方面醋酸根離子的親水性極性端與水分子結合，在這兩種現象同時作用時，瀝青極易被乳化。此外，融雪劑鹽溶液中結晶的鹽晶粒可能刺破瀝青膜，極易破壞瀝青基體與改性劑的結合程度，從而破壞瀝青的工作性能;融雪劑所含的化學成分可能與瀝青或者瀝青改性劑發生相關化學反應，從而改變瀝青的性能。李根森^[7]等人用紅外光譜對基質瀝青進行微觀分析后發現，融雪劑與瀝青發生了化學反應，導致瀝青性能發生改變，瀝青中的軟組分飽和分、芳分轉化為硬組分脂質、瀝青質使瀝青的低溫性能變差。

4.2.2鹽溶液破壞瀝青與集料的粘附性

瀝青混合料的集料表面容易吸附極性比瀝青更強的帶電離子，融雪鹽劑溶液沿著混合料間的孔隙進入瀝青路面內部后，鹽溶液中極性較強的帶電離子會先從瀝青混合料中瀝青膜最薄弱的位置與集料吸附，導致該處瀝青與集料脫離，在瀝青與集料的脫離面處，鹽溶液與集料的接觸面積進一步擴大，鹽溶液中極性較強的帶電離子與集料吸附數量更多，瀝青與集料脫離現象越強烈，此過程反復進行，瀝青與集料脫離的面積迅速增加，降低了瀝青與集料的粘結力，最終導致瀝青混合料發生破壞，使瀝青路面出現掉粒、坑槽等現象。

4.3瀝青路面結冰膨脹破壞機理

融雪劑鹽溶液沿著混合料間的孔隙進入瀝青路面內部后，隨著溫度降低，瀝青混合料空隙內的氣體和鹽溶液開始收縮并產生孔隙負壓，在孔隙負壓作用下，鹽溶液會逐漸被吸入孔隙，直至孔隙負壓被平衡或者孔隙口被凍結，鹽溶液才會停止吸入，在此過程中，孔隙口凍結越緩慢或孔隙負壓越大，則進入孔隙的鹽溶液就越多，那么結冰產生的體積膨脹或者鹽溶液侵蝕對混合料的破壞就越嚴重。

隨著溫度進一步降低，瀝青混合料表層孔隙口的鹽溶液先開始凍結并堵塞孔隙口，然后逐漸向孔內部凍結，在此過程中凍結量越來越大，凍結所產生的體積也膨脹越來越大，在體積膨脹的擠壓作用下，未凍結的鹽溶液開始向混合料內部遷移，直至孔隙內的鹽溶液全部凍結為止。遷移到混合料內部的鹽溶液凍結后體積膨脹，使得瀝青混合料內部的裂隙增大，經過若干次凍融循環后，這些裂隙逐漸增大，最終致使瀝青混合料發生破壞，這也是對瀝青混合料破壞最大的階段。

溫度降到最低點后開始升溫，瀝青混合料表層孔隙孔口的冰最先開始融化，隨著溫度逐漸升高和冰的持續融化，孔隙內的空氣和鹽溶液開始膨脹，使部分空氣和鹽溶液向瀝青混合料表層排出，直至孔隙內外溫度平衡，但仍有部分溶液留在混合料內部，經過一次凍融循環，增加了瀝青混合料的含水率。

4.4瀝青路面鹽分結晶膨脹破壞機理

在凍融循環過程中，鹽溶液不斷進入瀝青混合料內部孔隙和裂縫中并保留下來，隨著春夏季節的到來，凍融循環結束，氣溫逐漸上升，殘留在瀝青混合料孔隙和裂縫中的鹽溶液的水分逐漸開始蒸發，并析出鹽晶體;隨著水分的逐漸蒸發，鹽晶體不斷析出，鹽晶體聚集的體積逐漸增大，最終對瀝青混合料產生膨脹壓力，出現崩解現象;此外，隨著水分蒸發的進行，瀝青混合料孔隙和裂縫中鹽溶液的水分持續沿孔隙向外遷移，導致孔隙內鹽溶液出現濃度差，由此產生的滲透壓力會加速瀝青的剝離現象。瀝青混合料在鹽晶體的膨脹壓力和鹽溶液的滲透壓力共同作用下，瀝青加速剝離、孔隙和裂縫不斷擴大，最終導致瀝青混合料破壞。

普通國省干線公路因為行車數量多，行車密度大，凍融循環頻率會增加，凍融循環的程度也會加劇，而且承受行車荷載更多更頻繁，這些因素會導致普通國省干線公路瀝青路面更容易受到融雪劑的破壞。

5 解決融雪劑對普通國省干線公路瀝青路面破壞的措施

5.1改善瀝青路面結構設計

瀝青混凝土道路按結構層分類可分為面層、基層、墊層，其中基層是主要的承重層;面層直接暴露在大氣中，且直接承受車輛荷載，也是融雪劑鹽溶液進入瀝青混合料的必經通道，因此在普通國省干線公路瀝青路面結構設計時，面層采用細粒式瀝青混凝土，增加瀝青道路表面的密實度，減小、減少面層瀝青混合料的孔隙，最大限度地降低融雪劑鹽溶液的流入量，從而減少、減輕融雪劑對瀝青道路的破壞。

5.2加強對普通國省干線公路的養護

普通國省干線公路瀝青路面容易發生變形、網裂、掉渣等病害，特別是瀝青面層一旦出現此類病害，融雪劑鹽溶液就會通過面層的孔隙、網裂滲入到結構層中，在鹽溶液侵蝕作用下瀝青路面會發生更嚴重的破壞，因此要定期進行路面排查，發現病害后立即組織人員搶修，防止路面破壞加劇;在冰雪來臨之前，檢查路面平整程度、排水設施暢通情況，對于可能撒布融雪劑較多的路段，應縮短道路檢查周期，增加養護頻率，保證道路平整無損，進而防止融雪劑對普通國省干線公路瀝青路面的破壞。

5.3采用微表處技術鋪設瀝青道路

對經常撒布融雪劑的城市瀝青道路采用微表處技術鋪設，微表處技術使用嚴格篩選的乳化瀝青、顆粒形狀良好的集料、最佳的填充料充分攪拌形成的乳化瀝青混合料，因此混合料的強度較高且抗滲性能極好，微表處瀝青的這種特性能夠有效防治融雪劑鹽溶液對普通國省干線公路瀝青路面的破壞。

5.4采用新型融雪劑

融雪劑對普通國省干線公路造成破壞的主要原因是融雪劑中氯離子含量過高，導致鹽溶液侵蝕瀝青、破壞瀝青與集料的粘附性、鹽分結晶膨脹，為減小氯鹽融雪劑對瀝青路面的侵蝕破壞，研制開發新型環保型融雪劑來替代氯鹽型融雪劑。

6 結論

（1）融雪劑所含的醋酸根離子會使瀝青出現乳化現象，導致瀝青性能發生改變。

（2）融雪劑鹽溶液中極性較強的帶電離子持續與集料吸附，使得瀝青與集料脫離的面積持續增加，降低了瀝青與集料的粘結力，最終導致瀝青混合料發生破壞，使瀝青路面出現掉粒、坑槽等現象。

（3）隨著溫度降低，瀝青混合料空隙內產生負壓，負壓越大，進入孔隙的鹽溶液越多，則結冰產生的體積膨脹對混合料的破壞越嚴重。

（4）隨著溫度降低，瀝青混合料表層孔隙孔口的鹽溶液先開始凍結并堵塞孔口，然后逐漸向孔內凍結，在鹽溶液體積膨脹的擠壓作用下，未凍結的鹽溶液開始向混合料內部遷移，遷移到混合料內部的鹽溶液凍結后體積膨脹，致使瀝青混合料發生破壞，這是對瀝青混合料破壞最大的階段。

（5）隨著氣溫逐漸上升，保留在瀝青混合料內部孔隙和裂縫中的鹽溶液會不斷析出鹽晶體，鹽晶體體積逐漸增大，最終對瀝青混合料產生膨脹壓力。

（6）可通過改善瀝青路面結構設計、加強對普通國省干線公路的養護、采用微表處技術鋪設瀝青道路、采用新型融雪劑等措施解決融雪劑對普通國省干線公路瀝青路面的破壞作用。

參考文獻

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作者簡介：張天榮，男，漢族，生于1983年8月，甘肅蘭州人，大學本科學歷。現在甘肅省蘭州公路局工作，主要研究方向為公路養護技術研究等工作。