有機聚合物抗凝冰涂層的配制與施工及路用性能研究

中圖分類號：TQ635.5 文獻標志碼：A 文章編號：1001-5922（2025）10-0013-04

Preparation and construction of organic polymer anti-icing coating and road performance research -taking the S21 highway section in junggar basin as an example

HUANGMei'，HANFeng2，ZHAOHong？，LIUWei'，Puerhaiti·Ainiwaer2 GAO Kaikai4，LIU Bin5，LI Yongquan3，XU Xiaowei， MO Wenlong （1.Xinjiang Xingya Engineering Construction Co.，Ltd.，Changji 8311Oo，Xinjiang China; 2.Xinjiang Jiaotou Construction Management Co.，Ltd.，Urumqi 83Oo99，China;3. Guizhou Highway Engineering Group Co.，Ltd.，Guiyang 55ooo8，China; 4.Scientific Research Institute of the Ministry of Transport，Beijing 1OOO29，China;5. Xinjiang production and construction corps construction engineering science and Technology Research InstituteCo.，Ltd.，Urumqi 830o54，China;6. Changji Haoze Cement Products Co.，Ltd.，Changji 8311Oo，Xinjiang China; 7. College of chemical engineering，Xinjiang University，Urumqi 83o017，China）

Abstract：The anti-icing composite material was used to carry out coating teston abridge section of S21 highway sectionin Junggar Basin.Basedon the process ofcompounding-preliminary mixing-high dispersion treatment-coating operation-coating filling-natural airdrying，thepurpose ofeficient constructionof anti-icing coating was achieved.After the construction，theroad performance test was cariedoutin the testsection.Theresults showthat the static frictioncoefficientoftheuncoatedanti-icing pavementis 67.1，andthefrictioncoeffcientof thecoatedanti-icing coating pavement is58.2，indicating that theanti-icingcoating willreduce the static frictioncoefficientof the pavement.Theuncoated and coated data were O.89 andO.78，respectively，indicatingthatthe roughness of the road surface decreased aftercoating，thereby reducing the friction coefficientof the road surface.The water permeability coefficientof the road surface after coating is greatlyreduced，from86 mL/min to 30mL/min.After the snowfall in winter，there was noobvious snow coveronthe coatedanti-icing coating pavement compared withthe uncoated pavement.The friction coefficientof the pavementdecreased from 58.OO insummerto 55.68，with adecreaseof only 4% ，which may be caused by the water in the road area，but all meet the design requirements.

Key words： road engineering;anticoagulant ice;coating;pavement performance

為了保障道路暢通和行車安全，提高道路的運營效益，必須采取措施清除路面冰雪，這是我國北方寒冷地區冬季道路養護的一項重要工作。在冬季易結冰路段采用抗凝冰瀝青涂層鋪筑瀝青路面，可以有效防止路面出現暗冰、薄冰，在降雪量較大時，也能快速融冰化雪，提高冬季行車安全和冬季道路通暢率，具有極大的應用前景。

趙毅等總結了瀝青路面超疏水抗凝冰材料的研究進展，分別對超疏水材料抗凝冰理論、瀝青路面超疏水材料制備方法、瀝青路面超疏水涂層處治技術、超疏水涂層抗凝冰性能測試方法和超疏水材料長效性等方面進行了介紹，分析了瀝青路面超疏水抗凝冰材料面臨的問題并展望了其前景，以期為制備耐久、環境友好的新型瀝青路面超疏水抗凝冰材料提供參考。張爭奇等基于接觸角和滾動角的測試結果，推薦抗磨耗填料 SiO₂ 和顏色調配料 Fe₃O₄ 的最佳摻量分別為涂層漿體質量的 2% 和 2.5% ；建議粘結層采用環氧樹脂混合體系以提高涂層與路面的附著力，并基于附著力試驗結果，確定了混合體系中環氧樹脂、固化劑及環氧增韌劑的最佳質量比為 2：1：0.2 [2]程俊博等采用氯化鈉-硅藻土制備抗凝冰劑，添加硅橡膠制成硅橡膠基抗凝冰復合材料，結果表明：氯化鈉-硅藻土復合抗凝冰劑中的硅元素含量最高；抗凝冰劑質量分數為 30% 的硅橡膠基復合材料結冰溫度低至 -5.2°C ，抗結冰效果和耐久性均較好。3鄧威以S221線塔城-額敏公路大中修公路工程項目自融雪瀝青路面試驗段為例，介紹了自融雪瀝青路面抗凝冰劑設計與制備方案，并通過路用性能檢測，評述了其抗凝冰效果。4李月光等研究超疏水路面和普通水泥路面的抗滑性能、疏水性能，對不同路面試件表層進行結冰、除冰性能及冰粘附強度測試。5呂學超等探究了端羥基聚二甲基硅氧烷（HTPDMS）用量和二氧化硅用量對涂層接觸角和其他性能的影響。

本文采用抗凝冰復合材料，在我國新疆準噶爾盆地S21公路段某橋段進行涂層試驗，采用復配-初步混合-高分散處理-涂層作業-涂層補缺-自然風干工藝，實現抗凝冰涂層的高效施工，并探究涂布前后抗凝冰復合材料對路面性能的影響和涂層在冬季的抗凝冰效果，取得了良好的成效。

1試驗部分

1.1 原料與分析儀器

抗凝冰涂層原料：抗凝冰劑（粒徑 lt;0.075mm ，交通運輸部科學研究院）；改性乳化瀝青（交通運輸部科學研究院）；有機硅溶液（分析純，交通運輸部科學研究院）。

分析測試儀器及設備：擺式摩擦儀（BM-V，沐陽縣高速公路儀器有限公司）；滲水儀（KDSS-H，江蘇四晟電子科技有限公司）；手動鋪砂儀（PS-1，北京中德申克科技有限公司）。

1.2抗凝冰涂層混合料的配制與施工

抗凝冰劑的配制原則流程圖如圖1所示。

其中，有機鹽包括甲酸鈉、甲酸鉀、醋酸鈉等，有機聚合物包括纖維素、糊精粉、聚乙烯醇等，緩釋劑包括粉末碳酸鈣等。上述組分按一定比例混合后，得到抗凝冰劑前體，經造粒、干燥、成型等環節，得到試驗用抗凝冰劑。

圖1抗凝冰劑的配制原則流程圖 Fig.1 Flow chart of preparation principle ofanticoagulanticeagent

抗凝冰復合材料配制與施工流程圖如圖2所示。

1.3 抗凝冰涂層混合料的配制與混合

1.3.1 混合料的配制

S21公路路面涂層原材料主要為抗凝冰劑、改性乳化瀝青和有機硅溶液，三者配比為20：40：40（質量比），其中改性乳化瀝青充當固化劑，在涂布后可有效固定抗凝冰劑（顆粒），有機硅溶液為分散劑，在混合過程中可使抗凝冰劑分布更為均勻。

1.3.2 高分散處理

將配制好的原料全部裝入鐵皮桶后，利用專用電動攪拌機，對混合物進行高分散處理，目的是使抗凝冰劑在改性乳化瀝青和有機硅溶液的混合物中分布均勻，從而保障在涂布抗凝冰復合材料時，抗凝冰劑能在路面分布得更為均勻。

1.4抗凝冰涂層混合料的施工

研究完成S21阿烏公路建設一期工程第HW-2標段試驗段的施工。試驗段選址吉拉溝大橋，該橋年均氣溫 4.7^qC ，極端高溫 40.0‰ ，極端低溫 -42.7^°C 0% 以上持續期224d，中心樁號為 K158+122.451 ，橋長 107m_? 0

試驗段為公路左幅路面 橋面，全長 200m ，左半幅橋面兩端各約 50m ，具體試驗段樁號為 K158+ 020-K158+220 左幅橋面，右幅橋面作為對比。

1.4.1 涂層作業

現場試驗為人工涂敷。使用常規容器（如鐵桶）將抗凝冰涂層混合料傾倒在路面，再用毛刷鋪展開，力求路面均勻涂布并形成一定厚度的抗凝冰混合料層，以及保障一定的抗凝冰劑持有量。

1.4.2 涂層補缺

為了將抗凝冰復合材料均勻地涂抹在公路表面，施工人員首先使用涂層工具在路面上進行一次粉刷，一次粉刷完畢后，需對路面進行檢查，針對已涂布路面出現的粉刷厚度不夠、粉刷過厚或未成功粉刷的情況，使用小刷子進行二次粉刷。

1.4.3 自然風干

涂層作業完畢后，抗凝冰復合材料在路面自然風干 24h 。

1.5 抗凝冰涂層路用性能測試

在試驗段進行路用性能檢測，主要開展了摩擦擺值、構造深度、滲水系數檢測。

1.5.1 摩擦系數測定

首先將測點處路面上的雜物清理干凈，穩定水平放置數字化擺式摩擦儀于測點處，讓測擺處于自然下垂狀態，量尺中心對準測擺中心水平放置在路面上，轉動升降旋鈕使擺下降到合適的位置。松開固定旋鈕，手托住擺向左移動，然后放下升降旋鈕使擺最底部的橡膠片接觸地面，再提起舉升柄使擺向右側移動，然后放下使擺最底部的橡膠片接觸地面，左右兩個接觸點距離即為量尺的長度，最后將固定旋鈕擰緊，測擺固定在右側懸臂上，按下釋放開關使測擺在路面上滑過，當擺回落時，用手接住，并讀取數據。

1.5.2 滲水系數檢測

將測試用鐵圈置于路面測點處，用粉筆分別沿鐵圈的內側和外側畫圈，兩圓之間為密封區，采用密封材料對密封區進行密封處理。將套環放在測定點上后，稍微用力將套環壓在密封材料表面，采用同樣的方法將滲水儀放在套環上，對中，施加壓力將滲水儀壓在套環上，加上配重，以防因密封不嚴導致水從底座與路面間流出。將放水閥門關閉，向量筒中注水，注滿至上標線0的位置。打開排氣孔和放水閥門使水充分流入滲水儀底部，待水面下降至 100mL 刻度，開始計時，記錄 3min 滲水量，結束試驗

1.5.3 構造深度

將測點附近的路面清理干凈，用小鏟向量筒中緩緩注入實驗砂至高出量筒成尖頂狀，手提量筒上部，用鋼尺輕輕叩打量筒中部三次，并用刮尺將筒口刮平，然后將實驗砂倒在路面上，用推平板由里向外重復作攤鋪運動，稍稍用力將砂向外均勻攤開，使砂填入公路表面的空隙中，盡可能將砂攤成圓形，并不得在表面留有浮砂，最后用鋼尺量取圓的兩個垂直方向的直徑，取其平均值，計算構造深度。

2 結果與分析

抗凝冰涂層試驗結果如表1所示。

表1抗凝冰涂層試驗結果 Tab.1 Test results of anti freezing ice coating

由表1可知，未涂抹抗凝冰復合材料的路面，摩擦系數、構造深度和滲透系數分別為 67.1，0.89mm 和 86mL/min ，粉刷抗凝冰復合材料后，其摩擦系數下降至58.2，降低了 13.3% ，說明抗凝冰復合材料涂層降低了路面的抗滑性能。即便如此，該摩擦系數仍然滿足相關標準。構造深度由 0.89mm 降低到0.78mm ，說明部分抗凝冰復合材料填補了路面上的縫隙，導致其比之前更為平滑，這與摩擦系數的降低相一致，而滲透系數則從 86mL/min 直接降低到 30mL/min ，這是因為抗凝冰復合材料涂層將一部分路面縫隙進行了封堵，防止液體流入路基內部，可預防路基因凍融導致的損壞。

2.1 抗凝冰涂層的抗凝冰性能

2.1.1 路面對比

抗凝冰效果如圖3所示。

圖3宏觀上的抗凝冰效果圖

由圖3可知，在冬季降雪天氣，經過抗凝冰涂層處理的路面未見雪花，而未經抗凝冰處理的路面有明顯雪花。這是由于被分散劑包裹的抗凝冰劑在車輛的擠壓下，將其釋放于路面，起到降低凝固點和抗凝冰的效果。

涂有前后在冬季路面對比如圖4所示。

圖4涂布前后的冬季路面對比圖 Fig.4Comparisonof winterpavementbefore andaftercoating

由圖4可知，在冬季經過涂布的路面明顯有瀝青附著在表面，且粘附的瀝青呈多孔狀，顯現出一定的孔徑分布，這是由于分散劑包裹的抗凝冰劑在承受車輛擠壓的過程中，被逐步釋放的緣故。

2.1.2 摩擦系數對比

由表2可知，夏季與冬季的摩擦系數基本相同。未涂布抗凝冰復合材料的路面夏季摩擦系數為67.1，

表2抗凝冰涂層夏、冬季摩擦系數

Tab.2 Friction coefficient of anti freezing icecoating in summerandwinter

冬季摩擦系數為66.7，兩者相差不大；涂布抗凝冰復合材料的路面夏季摩擦系數為58.2，冬季摩擦系數為55.7，二者幾乎一致。當然，不管冬季還是夏季，涂布抗凝冰復合材料的路面摩擦系數均有較大幅度的降低，下降幅度分別為 13.3% 和 16.5% ，冬季降幅更大可能是由于抗凝冰涂層路面液體相對較多所致。

3結語

本文討論了準噶爾盆地S21公路段抗凝冰涂層施工與路用性能測試。結果顯示，施工結束后，對涂布抗凝冰涂層的路面進行了摩擦系數、構造深度、滲水系數檢測，檢測值分別為摩擦系數58.2、構造深度0.78mm 、滲水系數 30mL/min 與未涂布的路面相比，相應的參數都呈現出下降的趨勢，其中摩擦系數和構造深度下降幅度較小。雖然抗凝冰復合材料填補路面縫隙降低路面的抗滑性能，但試驗值仍然滿足設計要求。此外，滲水系數的大幅降低，預防了路基因凍融導致的損壞。在冬季，涂布過抗凝冰涂層的路面未見明顯積雪，且夏季和冬季涂布過抗凝冰涂層的路面摩擦系數相差不大，說明該材料的穩定性較好。

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