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(jié)冰，降雪后一般使用融雪劑進行除雪作業(yè)，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(nèi)部，并在晝夜交替過程中會出現(xiàn)凍融循環(huán)現(xiàn)象，在此過程中出現(xiàn)的鹽溶液侵蝕、結(jié)冰膨脹、鹽分結(jié)晶膨脹等作用，會隨著凍融循環(huán)次數(shù)增加，最終破壞瀝青路面。對此，可通過改善瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計、加強對普通國省干線公路的養(yǎng)護、采用微表處技術(shù)鋪設(shè)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(guān)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(jié)冰，極易引發(fā)交通事故。因此，為防止路面積雪結(jié)冰，降雪后要及時進行除雪作業(yè)，除雪作業(yè)的主要方法有人工—機械除雪法、融雪劑除雪法和鋪設(shè)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(chǎn)生破壞，國內(nèi)外學(xué)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(nèi)試驗分析認為融雪劑改善了基質(zhì)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(fā)現(xiàn)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(guī)律不同;吳金榮^[3]等通過凍融劈裂試驗發(fā)現(xiàn)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(shù)和除冰鹽濃度;瀝青混凝土的低溫性能隨著凍融次數(shù)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(yīng)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(chǎn)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(chǎn)成本低、產(chǎn)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(huán)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(chǎn)成本高，撒布到路面后會產(chǎn)生刺激氣味，僅在飛機場、停車場等處使用。氯化鈉是現(xiàn)如今最常用的融雪劑之一，價格低廉且融雪效果好，在國內(nèi)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(xiàn)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(jié)構(gòu)會出現(xiàn)變化，甚至是出現(xiàn)損壞，從而降低瀝青路面的承載能力，同時在車輛荷載反復(fù)作用下，瀝青路面就會產(chǎn)生變形和裂縫;融雪劑會使瀝青混合料中的集料出現(xiàn)軟化現(xiàn)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(jié)性，使瀝青從集料表面剝落，導(dǎo)致瀝青路面出現(xiàn)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(huán)現(xiàn)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(jié)構(gòu)，大部分的鹽溶液會沿公路排水系統(tǒng)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(nèi)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(nèi)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(nèi)部的鹽溶液會發(fā)生凍結(jié);隨著白天氣溫的升高，凍結(jié)的鹽溶液會出現(xiàn)融化現(xiàn)象，這個過程會隨晝夜交替反復(fù)進行，即凍融循環(huán)現(xiàn)象。此外，冬季殘留在瀝青路面內(nèi)部的鹽溶液，隨著春夏季節(jié)的到來，鹽溶液中的水分被蒸發(fā)，鹽晶體逐漸析出。在上述過程中出現(xiàn)的鹽溶液侵蝕、結(jié)冰膨脹、鹽分結(jié)晶膨脹等作用，對瀝青混合料產(chǎn)生不利影響，隨著凍融循環(huán)次數(shù)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(xiàn)乳化現(xiàn)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(jié)合;另一方面醋酸根離子的親水性極性端與水分子結(jié)合，在這兩種現(xiàn)象同時作用時，瀝青極易被乳化。此外，融雪劑鹽溶液中結(jié)晶的鹽晶?？赡艽唐茷r青膜，極易破壞瀝青基體與改性劑的結(jié)合程度，從而破壞瀝青的工作性能;融雪劑所含的化學(xué)成分可能與瀝青或者瀝青改性劑發(fā)生相關(guān)化學(xué)反應(yīng)，從而改變?yōu)r青的性能。李根森^[7]等人用紅外光譜對基質(zhì)瀝青進行微觀分析后發(fā)現(xiàn)，融雪劑與瀝青發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致瀝青性能發(fā)生改變，瀝青中的軟組分飽和分、芳分轉(zhuǎn)化為硬組分脂質(zhì)、瀝青質(zhì)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(nèi)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(dǎo)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(shù)量更多，瀝青與集料脫離現(xiàn)象越強烈，此過程反復(fù)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(jié)力，最終導(dǎo)致瀝青混合料發(fā)生破壞，使瀝青路面出現(xiàn)掉粒、坑槽等現(xiàn)象。

4.3瀝青路面結(jié)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(nèi)部后，隨著溫度降低，瀝青混合料空隙內(nèi)的氣體和鹽溶液開始收縮并產(chǎn)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(jié)，鹽溶液才會停止吸入，在此過程中，孔隙口凍結(jié)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(jié)冰產(chǎn)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(jié)并堵塞孔隙口，然后逐漸向孔內(nèi)部凍結(jié)，在此過程中凍結(jié)量越來越大，凍結(jié)所產(chǎn)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(jié)的鹽溶液開始向混合料內(nèi)部遷移，直至孔隙內(nèi)的鹽溶液全部凍結(jié)為止。遷移到混合料內(nèi)部的鹽溶液凍結(jié)后體積膨脹，使得瀝青混合料內(nèi)部的裂隙增大，經(jīng)過若干次凍融循環(huán)后，這些裂隙逐漸增大，最終致使瀝青混合料發(fā)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(xù)融化，孔隙內(nèi)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(nèi)外溫度平衡，但仍有部分溶液留在混合料內(nèi)部，經(jīng)過一次凍融循環(huán)，增加了瀝青混合料的含水率。

4.4瀝青路面鹽分結(jié)晶膨脹破壞機理

在凍融循環(huán)過程中，鹽溶液不斷進入瀝青混合料內(nèi)部孔隙和裂縫中并保留下來，隨著春夏季節(jié)的到來，凍融循環(huán)結(jié)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(fā)，并析出鹽晶體;隨著水分的逐漸蒸發(fā)，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(chǎn)生膨脹壓力，出現(xiàn)崩解現(xiàn)象;此外，隨著水分蒸發(fā)的進行，瀝青混合料孔隙和裂縫中鹽溶液的水分持續(xù)沿孔隙向外遷移，導(dǎo)致孔隙內(nèi)鹽溶液出現(xiàn)濃度差，由此產(chǎn)生的滲透壓力會加速瀝青的剝離現(xiàn)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(dǎo)致瀝青混合料破壞。

普通國省干線公路因為行車數(shù)量多，行車密度大，凍融循環(huán)頻率會增加，凍融循環(huán)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(dǎo)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(jié)構(gòu)設(shè)計

瀝青混凝土道路按結(jié)構(gòu)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(jīng)通道，因此在普通國省干線公路瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)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(yǎng)護

普通國省干線公路瀝青路面容易發(fā)生變形、網(wǎng)裂、掉渣等病害，特別是瀝青面層一旦出現(xiàn)此類病害，融雪劑鹽溶液就會通過面層的孔隙、網(wǎng)裂滲入到結(jié)構(gòu)層中，在鹽溶液侵蝕作用下瀝青路面會發(fā)生更嚴重的破壞，因此要定期進行路面排查，發(fā)現(xiàn)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(shè)施暢通情況，對于可能撒布融雪劑較多的路段，應(yīng)縮短道路檢查周期，增加養(yǎng)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(shù)鋪設(shè)瀝青道路

對經(jīng)常撒布融雪劑的城市瀝青道路采用微表處技術(shù)鋪設(shè)，微表處技術(shù)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?jié)B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(dǎo)致鹽溶液侵蝕瀝青、破壞瀝青與集料的粘附性、鹽分結(jié)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(fā)新型環(huán)保型融雪劑來替代氯鹽型融雪劑。

6 結(jié)論

（1）融雪劑所含的醋酸根離子會使瀝青出現(xiàn)乳化現(xiàn)象，導(dǎo)致瀝青性能發(fā)生改變。

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

（3）隨著溫度降低，瀝青混合料空隙內(nèi)產(chǎn)生負壓，負壓越大，進入孔隙的鹽溶液越多，則結(jié)冰產(chǎn)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(jié)并堵塞孔口，然后逐漸向孔內(nèi)凍結(jié)，在鹽溶液體積膨脹的擠壓作用下，未凍結(jié)的鹽溶液開始向混合料內(nèi)部遷移，遷移到混合料內(nèi)部的鹽溶液凍結(jié)后體積膨脹，致使瀝青混合料發(fā)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(nèi)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(chǎn)生膨脹壓力。

（6）可通過改善瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計、加強對普通國省干線公路的養(yǎng)護、采用微表處技術(shù)鋪設(shè)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?zhí)鞓s，男，漢族，生于1983年8月，甘肅蘭州人，大學(xué)本科學(xué)歷?，F(xiàn)在甘肅省蘭州公路局工作，主要研究方向為公路養(yǎng)護技術(shù)研究等工作。