自融雪纖維瀝青路面在山區(qū)公路中的應(yīng)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(jié)冰現(xiàn)象給交通出行造成了巨大安全隱患，根據(jù)相關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，每年在冰雪天氣下發(fā)生的交通事故可達(dá)數(shù)千起，給人民生命財(cái)產(chǎn)安全造成了巨大損失。因而研究一種經(jīng)濟(jì)環(huán)保型自融雪瀝青路面技術(shù)，降低路面事故隱患機(jī)率，增強(qiáng)路用性能的安全性就顯得日益迫切和重要。

傳統(tǒng)機(jī)械被動(dòng)除雪存在著效率低、降滑效果差、成本高等實(shí)際問(wèn)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(wèn)題，而美國(guó)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(fù)雜，又存在著價(jià)格昂貴推廣困難的實(shí)際問(wèn)題。因而結(jié)合本土特點(diǎn)研究一種經(jīng)濟(jì)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(jī)理

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

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(shù)要求

融雪劑主打成分采用氯化鈣為冰點(diǎn)下降劑，聚酯纖維作為導(dǎo)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(hào)A級(jí)道路石油瀝青，礦粉選用華陽(yáng)礦粉廠產(chǎn)石礦粉，石料為薊縣產(chǎn)石灰?guī)r粗、細(xì)集料。各項(xiàng)主材的技術(shù)性能指標(biāo)如表1～表4所示。

表1 70號(hào)A級(jí)道路石油瀝青性能指標(biāo)

表2 粗集料技術(shù)性能指標(biāo)

表3 細(xì)集料技術(shù)指標(biāo)

表4 氯化鈣融雪劑主要技術(shù)指標(biāo)

2.2 配合比設(shè)計(jì)參數(shù)確定

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

同時(shí)運(yùn)用1%遞增試配法對(duì)1%～3%氯化鈣融雪劑摻量下的瀝青混凝土路用性能進(jìn)行試驗(yàn)比對(duì)，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(yàn)比對(duì)分析情況不難看出，摻量在1%～3%的CaCl2融雪劑不會(huì)對(duì)瀝青混凝土路用性能造成大的影響，而突破3%之后則對(duì)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(yàn)比對(duì)成果及實(shí)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(jí)配試驗(yàn)比對(duì)，得到自融雪瀝青混凝土AC-13礦料級(jí)配表及級(jí)配曲線如表6所示。

得到級(jí)配曲線如圖1所示。

在上述級(jí)配標(biāo)準(zhǔn)要求下，根據(jù)不同油石比條件下馬歇爾試驗(yàn)比對(duì)驗(yàn)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(jié)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(jí)配曲線圖

最佳油石比下馬氏試件毛體積相對(duì)密度為2.419。

3 生產(chǎn)施工過(guò)程質(zhì)量控制

3.1 混合料生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量控制

自融雪瀝青混凝土拌制過(guò)程中嚴(yán)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(shí)計(jì)量好冷集料含水量，據(jù)以調(diào)整冷料進(jìn)料數(shù)量和烘干加熱時(shí)間，確保烘干后集料比例滿足級(jí)配要求，且集料殘余含水量小于0.2%的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

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

3.2 混合料施工過(guò)程質(zhì)量控制

自融雪瀝青混凝土拌合料運(yùn)輸時(shí)必須苫蓋，確保到達(dá)工程現(xiàn)場(chǎng)油溫不低于170℃，攤鋪溫度在165℃以上。攤鋪多采取單機(jī)全幅攤鋪方式；若采用2臺(tái)機(jī)器梯隊(duì)攤鋪的方式，則必須保證兩臺(tái)攤鋪機(jī)型號(hào)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(jìn)行。

碾壓工藝多選用鋼輪壓路機(jī)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(jìn)行振動(dòng)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(fù)壓2～3遍后緊接著進(jìn)入終壓環(huán)節(jié)，確保終壓完成溫度保持在90℃以上。整個(gè)碾壓過(guò)程總碾壓遍數(shù)在8遍以上，壓實(shí)效果達(dá)到98%標(biāo)準(zhǔn)要求，且在終壓階段消除輪跡，確保平整度指標(biāo)在《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》要求范圍內(nèi)。

4 應(yīng)用效果分析

津圍公路薊北山區(qū)段2018年應(yīng)用CaCl2鹽化物摻纖維瀝青混凝土材料進(jìn)行養(yǎng)護(hù)維修，經(jīng)一個(gè)冬季觀測(cè)體驗(yàn)，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(yīng)用該工藝后，山區(qū)路段因積雪結(jié)冰路滑導(dǎo)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(yùn)營(yíng)的安全性和保證率系數(shù)，為百姓出行和商貿(mào)活動(dòng)提供了良好的基礎(chǔ)條件。

同時(shí)從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度考慮，CaCl2及聚酯纖維均可在工業(yè)品市場(chǎng)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(dòng)輒數(shù)十萬(wàn)甚至上百萬(wàn)的損失相比，應(yīng)用自融雪瀝青混凝土路面工藝具有更大的經(jīng)濟(jì)效益性。實(shí)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(hù)工程及建設(shè)施工中予以推廣應(yīng)用，更好造福山區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

5 研究結(jié)論

通過(guò)對(duì)自融雪配合比工藝的甄選和試驗(yàn)比對(duì)，并在實(shí)際工程中實(shí)踐應(yīng)用，得到研究結(jié)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(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，且具有良好的融雪功效，可保證在環(huán)境無(wú)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(yīng)用為依托，提出了CaCl2自融雪纖維瀝青混凝土施工控制技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)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(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

③經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(yùn)營(yíng)安全性，取得的社會(huì)安全效益遠(yuǎn)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。