抗凝冰劑在市政橋梁瀝青面層中的應用

史紅霞

中鐵十五局集團城市建設工程有限公司 河南 洛陽 471000

1 引言

我國冬季潮濕多雨地區，路面極易形成凝冰而使其抗滑能力大幅度降低，既降低了道路的通行能力，容易產生惡性交通事故，又會對道路及其附屬構造產生破壞，嚴重時還會造成交通中斷、人們的生活和生產無法正常進行，甚至危害人民生命和財產的安全。針對冰雪路面處理技術的現狀，目前，國際上在融雪劑使用，反結冰技術，機械除雪配套技術工藝等方面，已經基本形成了一套成熟的做法。我國在主動除雪技術方面的研究尚未起步，在被動除冰雪技術方面還缺乏具有指導意義的規范性成果。如：化學除雪劑的用量和撒布時機并不明確，反結冰技術的研究尚屬空白，除雪機械設備配套不到位等。

為了從長期被困擾的被動除冰雪方法中解脫出來，尋找適合中國國情、易操作的主動型防冰雪路面技術，同時也為了有效彌補現有主動型防冰技術（自應力彈性路面鋪裝技術、導電鋪面融冰雪技術、其它的鹽化物防冰雪材料等）由于資源浪費、操作困難或適用范圍窄、壽命短等不足，國內越來越多的企業針對新型抗凝冰改性劑在道路面層瀝青混凝土的應用加以研究，填補主動型防冰路面技術在中國研究應用的空白[1]。

隨著洛陽市城市建設的快速發展，近幾年洛陽施工了大量的高架橋梁，在主要道路口設置樞紐型互通立交，橋梁上跨或者入地的時候往往出現縱坡大于3.5%的情況，相對洛陽地理緯度而言，冬季行車路面結冰對行車安全和道路行駛功能有重大影響，抗凝冰劑填量不同，對路面抗凝冰效果，融冰效果均不同，使用的地理位置、氣候條件不同效果也不盡相同，本工程作為洛陽市政工程添加抗凝冰劑試點。在抗凝冰效果、融雪、融冰效果、道路使用功能等方面進行對比研究，為洛陽市市政工程大體量使用抗凝冰劑提供數據支撐。

2 工程概況

洛陽市東環路向北打通工程-唐寺門立交項目，項目位于洛河以北，在洛陽市瀍河區和洛龍區交匯處。項目合同金額14.5億元，合同工期360天，分為東環路與北環路（老G310）立交和東環路瀍澗大道立交2個單位工程。

東環路主線北起瀍澗大道北側（大楊樹村路口），上跨瀍澗大道，南接北環路（老310）立交，設計長度1.6km，紅線寬度54m；主線采用雙向六車道，其中橋梁長度721m，路基長度901m；地面輔道采用雙向四車道，長度1.6km。采用全互通式立體交叉，立交層數5層，設置匝道8條（A～H匝道），地面保留信號路口。

3 抗凝冰改性劑基本要求

根據設計單位要求，針對東環路主線及匝道縱坡在3.5%以上路段路面上面層瀝青混凝土中添加抗凝冰改性劑，有效降低路面冰點至-5℃，阻止結冰，適用范圍為：BHK0+510-HK0+600、BHK2+000-BHK2+150、AK0+140-AK0+300、BK0+120-BK0+105、CK0+190-CK0+430、DK0+145-DK0+910、EK0+100-EK0+190、FK0+065-FK0+645、HK0+175-HK0+540。

3.1 抗凝冰劑的機理分析

抗凝冰改性劑其有效成分為氯鹽（氯化鈉、氯化鈣、氯化鎂等），主要原理是在毛細管壓力及車輛的碾壓作用下，混合料內部的鹽分逐漸析出，從而降低了道路表面水的冰點，抑制表面積雪結冰。鹽類物質還可使冰在較低的溫度下融化以便于清除。

對抗凝冰改性劑和基質、乳化、SBS改性瀝青溶液分別進行了離析試驗，測試他們的相容性。結果顯示：其余三種瀝青溶液均勻、無結皮、沉淀和離析現象，相容性較好。

3.2 抗凝冰劑的基本組成

抗凝冰改性劑采用多元混合物優化設計，在保證降低路面冰點的前提下，其主要成分包括緩釋劑、抗腐蝕劑、增強劑、氯化鈣、氯化鎂、氯化鈉。其主要作用有：

（1）鹽化物：可有效降低路面冰點到-20℃，阻止路面結冰，降低冬季路面養護成本。（2）緩釋劑：可有效減緩鹽化物的釋放，使其在路面使用年限內能勻速地釋放，保障其使用的長期性。（3）抗腐蝕性：綠色環保，對道路周邊的植物、土壤、水源不會造成任何破壞。同時，還可有效保護橋梁等構造物中的鋼筋受到腐蝕。（4）增強劑：有助于改性劑顆粒能承受較強的壓力，避免其在瀝青混合物拌和中被破壞[2]。

3.3 抗凝冰改性劑基本要求

（1）使用劑量一般為瀝青混合料的5%-6%；（2）密度為1.8g/ml；（3）顆粒度為0.1-3mm；（4）熔點為220℃；（5）溶液PH值為8-10；（6）硬度60N。

4 抗凝冰改性劑優點

使用抗凝冰改性劑瀝青混合料的具有以下優點：（1）有效降低路面冰點到-10℃，阻止路面結冰。具有永久性路面抗凝冰功效，降低冬季路面管理養護成本。（2）適合各類瀝青路面，按照最優摻量添加抗凝冰劑不影響瀝青混合料的各項性能指標，滿足現行瀝青路面施工技術規范的要求。（3）綠色環保，對道路周邊的植被、土壤、水源不會造成任何破壞。同時有效保護橋梁，防止出現鋼筋腐蝕，用于對環保要求較高的道路環境。

5 抗凝冰改性劑摻量確定

在相同的外部環境下，抗凝冰改性劑的摻量將直接影響路面抗冰凝的效果[3]。以項目設計的橋面瀝青上面層AC-13C的級配中值作為礦料設計級配，并用馬歇爾設計方法確定最佳瀝青使用量（AC-13C瀝青混凝土配合比見表1），各原材料產地為：薊縣產石灰巖粗、細集料及礦粉；瀝青為濱州70#A級石油瀝青。通過采用0%、4.8%、5.0%、5.2%四種不同的抗凝冰改性劑摻量，抗凝冰瀝青改性劑生產廠家為江蘇路俊新材料科技有限公司。用試驗模擬冬季路面凝冰過程，試驗過程簡要：使用不同抗凝冰改性劑摻量的瀝青混合料制作馬歇爾試件，把四種不同試件作出明確標識，試件上撒布水層以后，放入-5℃的低溫環境中進行觀察，記錄不同時間不同摻量的馬歇爾試件結冰情況。由此來判斷不同摻量（0%、4.8%、5.0%、5.2%）的添加抗凝冰改性劑的瀝青混合料試件抗凝冰效果（不同摻量抗凝冰改性劑對于馬歇爾試件結冰情況影響表見表2）。

表1 AC-13C瀝青混凝土配合比

表2 不同摻量抗凝冰改性劑對于馬歇爾試件結冰情況影響表

通過試驗發現：不摻入抗凝冰改性劑時，在-5℃溫度下試件表面冰層附著牢固，外力作用下冰層仍與試件表面接觸緊密，難于分割；摻入抗凝冰改性劑時，在-5℃溫度下試件表面冰層無法與試件表面完美貼合，形成水膜，使得冰層與試件能夠輕易剝離。并且隨著摻量增加冰層分離效果相應增加，在保障路用性能的前提下，摻量越大，除冰雪效果越好。按照等體積原則結合試驗數據、經濟效益確定最佳抗凝冰改性劑摻量為5.0%，本工程將按照此比例進行添加來試驗瀝青混合料的各項性能指標，并對瀝青混凝土路面的構造深度、滲水系數等相關指標進行驗證。

6 摻入抗凝冰改性劑耐久性試驗

抗凝冰改性劑中氯離子含量對于混合料的耐久性將產生影響，按照實際摻量5.0%為標準通過化學分析、動態水模擬試驗對瀝青混合料做出綜合評價，材料檢測結果符合標準規范要求。

（1）離子濃度檢測結果見表3

表3 抗凝冰瀝青混合料試件浸泡檢測結果

（2） 動態水模擬實驗結果分別見表4

表4 抗冰凝改性劑殘余量分析

抗凝冰改性劑的摻入改變了瀝青混合料的毛體積密度、馬歇爾穩定度、動穩定度、殘留穩定度等相關指標，根據JTG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》制作瀝青混凝土標準試件并按照操作規程進行馬歇爾穩定度、車轍等試驗[4]，以JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術規范》為判定依據，測定評價抗凝冰瀝青改性劑的各項指標。試驗檢測結果見表5。

表5 抗冰凝瀝青混合料試驗檢測

7 摻抗凝冰改性劑瀝青混合料攪拌方式

抗凝冰改性劑采用干拌方式添加，在加入礦粉的同時將抗凝冰改性劑嚴格按照比例一次性投入拌和鍋中拌合5-15s，瀝青混合料拌和時間由試拌和確定，必須使所有集料顆粒全部裹覆瀝青結合料，并且能夠達到混合料均勻，工藝流程見圖1。瀝青混合料孔隙率控制在4-6%，同時瀝青含量適當提高0.1%-0.3%，相應減少0-0.3mm礦料用量，拌和機必須有二級除塵裝置。

圖1 抗凝冰瀝青混合料拌合工藝流程圖

8 摻抗凝冰改性劑瀝青混凝土施工要求

在鋪筑摻抗凝冰改性劑瀝青混凝土前，應檢查下臥瀝青層的質量，不符合要求的不得鋪筑瀝青面層。下臥層已被污染時，必須清洗或者采取局部銑刨處理完成后方可鋪筑瀝青混合料。

瀝青混合料的運輸、攤鋪、碾壓溫度要嚴格按照《公路瀝青路面施工技術規范》中相關要求，根據施工現場攤鋪的室外溫度和瀝青混凝土種類，選擇不低于145℃的攤鋪溫度，開始碾壓的混合料內部溫度不低于140℃，碾壓終了的表面溫度不低于90℃，開放交通的路標溫度不高于50℃（瀝青混合料的施工溫度采用具有金屬探測針的插入式數顯溫度計測量，碾壓完成表面溫度可采用接觸式溫度計測量）。

9 摻抗凝冰改性劑瀝青混凝土路面現場檢測

瀝青混凝土路面試驗檢測是很重要的工作，工程質量的優劣會受它的直接影響，摻入抗凝冰改性劑瀝青混凝土需要對滲水系數、抗滑值、平整度進行檢測，確保瀝青路面的行車的安全性、舒適性及耐久性。對完成攤鋪的瀝青路面選取未摻抗凝冰改性劑瀝青混凝土（北環路主線DH7+680～DH7+830）與摻入摻量5.0%抗凝冰改性劑瀝青混凝土（東環路E匝道EK0+100-EK0+190）進行抗滑性和滲水系數檢測。其中抗滑性用構造深度（手工鋪砂法）檢測，滲水系數用瀝青路面滲水儀檢測，結果比對見表6。

表6 抗冰凝瀝青混凝土現場檢測

10 結論

抗凝冰劑摻量不同，將直接影響路面抗凝冰、融冰效果，本工程在洛陽地區首次使用抗凝冰劑到橋梁瀝青面層中，通過試驗數據確定最佳的抗凝冰劑摻量。對于摻入抗凝冰改性劑瀝青混合料的毛體積密度，馬歇爾穩定度、動穩定度、殘留穩定度、耐久性等相關指標進行檢測；對于壓實的瀝青混凝土路面進抗滑性和滲水系數檢測；結果均符合規范要求。各項檢測數據通過本工程的應用實施必將為洛陽市市政工程大體量使用抗凝冰劑提供依據和基礎。