冰雪運動之路抗冰雪

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一項嶄新的綠色抗凝冰路面鋪裝技術(shù)，被應用在冬奧會的必經(jīng)之路延崇高速公路北京段上，于是，撒布融雪劑破壞環(huán)境、人力作業(yè)降低運輸效率、機械作業(yè)除冰不徹底等問題迎刃而解。

延崇高速北京段是2022年冬奧會賽場聯(lián)絡通道和重要保障工程，路面抗冰雪凝結(jié)成為建設過程中的重要課題。

打破傳統(tǒng)的必要性

延崇高速公路為北京市與河北省張家口地區(qū)連通的一條重要道路，也是2022年北京冬奧會的重要賽場聯(lián)絡線。該條高速公路的建設不僅是保障冬奧會順利召開的重要工程，有利于落實“堅持綠色辦奧、共享辦奧、開放辦奧、廉潔辦奧，確保把2022年冬奧會辦成一屆精彩、非凡、卓越的奧運盛會”的要求，而且為完善高速公路網(wǎng)、推進京津冀協(xié)同發(fā)展和促進沿線地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展具有重要意義。

延崇高速公路北京段所處地區(qū)氣候寒冷，年平均氣溫8攝氏度至9攝氏度，山頂局部的年平均氣溫在2攝氏度至4攝氏度；極端最高氣溫39.8攝氏度，極端最低氣溫零下27.3攝氏度；無霜期僅有150天至160天，年平均降水量為493毫米。延崇高速公路北京段山區(qū)路段較多，全線橋隧比高達87%；山區(qū)高速公路背陰區(qū)段、隧道出入口處、山區(qū)橋梁等特殊區(qū)域極易形成不利行車條件；延崇高速公路北京段途經(jīng)國家級自然保護區(qū)及一級保護水源，冬季降雪時，北京市傳統(tǒng)的除雪作業(yè)方式——撒融雪劑將帶來嚴重的生態(tài)影響。

隨著全球氣候變化日益惡劣，北京市冬季極端氣候的頻繁性和不確定性越來越顯著，道路交通的冬季安全通行保障形勢嚴峻。路面的抗滑性能是保證車輛安全行駛的關鍵因素。冰雪致使車輛輪胎的附著系數(shù)大大降低，相關資料顯示：干燥瀝青路面的附著系數(shù)約為0.6，而積雪路面的附著系數(shù)為0.2，結(jié)冰道路的附著系數(shù)為0.15，分別為干燥瀝青路面的1/3和1/4。因此，在冰雪路面上汽車容易打滑、跑偏，制動距離顯著延長，嚴重影響了車輛的操作穩(wěn)定性和安全性，對人民生命財產(chǎn)安全造成巨大損失，同時也對車輛、道路交通基礎設施造成巨大破壞，降低道路的運輸效率。

在清除冰雪的過程中需要通過大量的人力物力進行作業(yè)，而大量采用融雪鹽會對路面結(jié)構(gòu)物、自然環(huán)境和人類健康產(chǎn)生持續(xù)性損害；機械作業(yè)又存在難以徹底除冰、對路面損害較大等影響。因此，采用主動長效、安全環(huán)保的除冰雪技術(shù)將成為重要的解決方案。為保障冬奧高速冬季暢通，項目組針對延崇高速的綠色道路建設需求及冬季切實存在的路面凝冰問題，開發(fā)了有機型環(huán)?？鼓砑觿?/p>

與傳統(tǒng)技術(shù)的較量

目前，傳統(tǒng)的抗凝冰技術(shù)大致分為被動抑制路面除冰技術(shù)與主動抑制路面除冰技術(shù)。被動抑制路面除冰技術(shù)如人工清掃、機械清掃、撒融雪劑等，存在作業(yè)效率低下、融冰化雪效果不明顯、耗時費工、成本高、污染環(huán)境等缺點；主動抑制路面除冰技術(shù)主要有電熱除冰雪技術(shù)、蓄鹽類材料除冰雪技術(shù)等；電熱除冰雪技術(shù)實施過程中需要較大功率的外接電源，且在路面中添加導電類材料，存在成本高、維修養(yǎng)護困難等問題。

蓄鹽類材料除冰雪技術(shù)操作方便、容易施工，目前應用較多，其技術(shù)路線為采用具有降低冰點的無機鹽類為主劑，添加緩釋劑、黏結(jié)劑等復合造粒，形成顆粒狀、粉狀添加劑產(chǎn)品，添加至瀝青混合料中拌和、碾壓、成型后，隨降雨、交通荷載緩慢釋放，達到低溫環(huán)境下抑制路面凝冰的應用目的。

目前，常見蓄鹽類添加劑產(chǎn)品成分以無機氯鹽類為主，氯鹽類物質(zhì)易對結(jié)構(gòu)物中的金屬（鋼筋）造成腐蝕，主要表現(xiàn)為降低酸堿度破壞鈍化膜及Cl-的去極化作用造成重復腐蝕。因此，以無機氯鹽類物質(zhì)為主劑的抗凝冰添加劑受限于其基礎成分，存在腐蝕道路結(jié)構(gòu)物配筋、損傷道路周邊植被的負面作用。

延崇高速公路北京段途經(jīng)國家級自然保護區(qū)及一級保護水源，路線穿越位置生態(tài)環(huán)境敏感，沿線旅游資源豐富，加之延崇高速公路秉承“綠色發(fā)展”理念打造“綠色工程”的需求，無法采用常見無機蓄鹽類產(chǎn)品鋪設融雪路面。因此項目組選擇符合美國SAE-AMS-1431D《航空道路除冰融冰固體化合物》國際標準的有機鹽類，并以此有機鹽類為基礎開展造粒研究，項目組通過將原材有機鹽類與成球結(jié)晶劑、黏結(jié)劑、緩釋劑復合造粒，調(diào)整蓄鹽顆粒的密度、硬度、粒徑分布，并使其耐受溫度、硬度等技術(shù)指標適宜于道路工程中瀝青混合料的直投式工藝應用，采用憎水劑對成品顆粒進行包覆蓋處理，使有機蓄鹽顆粒具備適宜的緩釋性能。

組圖：無機氯鹽類物質(zhì)對道路結(jié)構(gòu)物和植被的負面作用

采用制備樣品后，項目組系統(tǒng)開展了添加有機蓄鹽顆粒瀝青混合料的綜合性能測試工作，對其抗凝冰性能、緩釋性能及混合料高、低溫性能進行了綜合測試。采用AC-13級配開展相關性能測試，級配設計如表1所示。混合料設計指標、性能指標如表2所示。

將摻量5%的有機鹽顆粒添加至AC-13瀝青混合料中，采用旋轉(zhuǎn)壓實儀成型4厘米試件，將試件表面覆水后放置測試接頭，放入冰箱中恒溫10小時后，通過高精度測力扳手測定扭轉(zhuǎn)剪切破壞力，采用破壞力值表示覆冰凝結(jié)強度。

組圖：覆冰凝結(jié)強度試驗

表1 有機抗凝冰瀝青混合料評價級配設計

表2 有機抗凝冰瀝青混合料指標

表3 不同測試溫度下的覆冰凝結(jié)強度

表4 有機抗凝冰瀝青混合料性能

測試溫度選擇零下8攝氏度、零下13攝氏度、零下18攝氏度、零下20攝氏度、零下22攝氏度、零下25攝氏度、零下28攝氏度共計7個溫度點，測試結(jié)果如表3所示。

不同測試溫度下的覆冰凝結(jié)強度

由表3可知，有機蓄鹽顆粒添加至瀝青混合料中制備為蓄鹽瀝青混合料后，當凍結(jié)溫度低至零下18攝氏度時，破壞瀝青混合料試件表層所需扭結(jié)力逐步開始增加，因此判定其有效抗凝冰溫度為零下18攝氏度。

2018年11月22日，延崇高速公路媯水河隧道進出口開展了有機抗凝冰瀝青路面試驗路鋪筑試驗段，鋪設位置位于媯水河隧道進出口，鋪設試驗路累計600米，鋪設瀝青混合料為SBS改性瀝青SMA-13,混合料性能測試如表4所示，混合料動穩(wěn)定度、低溫小梁等技術(shù)指標均符合現(xiàn)行規(guī)范技術(shù)要求。

試驗路碾壓工藝與常規(guī)SMA-13瀝青混合料相同，采用鋼輪碾壓，碾壓工序為：靜壓1遍，振動碾壓4遍，收光2遍。碾壓完成后道路表觀與常規(guī)SMA-13瀝青混合料一致，碾壓后混合料表觀細部可見均勻裹覆瀝青的融雪添加劑球狀顆粒。

實戰(zhàn)效果顯著

綠色抗凝冰路面鋪裝技術(shù)應用效果

2019年2月14日凌晨，北京迎來今年第三次降雪，此次降雪持續(xù)時間最長，西北部山區(qū)達到中到大雪。媯水河隧道進出口應用的綠色抗凝冰路面鋪裝技術(shù)，效果顯著。

延崇高速公路進京方向路面在施工時添加了有機顆粒型主動融雪抑冰劑，出京方向為正常路面，凌晨3時養(yǎng)護單位在該路段預撒常規(guī)融雪劑；右側(cè)未采取任何除雪措施。5時開始降雪，照片拍攝于降雪后2小時，氣溫為零下15攝氏度，可以明顯看出添加有機顆粒型主動融雪抑冰劑的路面使用效果。