抗凝冰材料在瀝青混凝土中的應(yīng)用

楊坤

摘要 使用抗凝冰材料代替礦粉加入瀝青混凝土中，能降低結(jié)冰層的凝冰強(qiáng)度并加快消融速度，使路面具備長效凍結(jié)抑制的功效，實(shí)現(xiàn)路面主動(dòng)除冰和融雪的功能。 現(xiàn)以濟(jì)濰高速公路項(xiàng)目抗凝冰路面施工為例，對該類材料特性及其路面施工方案進(jìn)行簡要闡述，總結(jié)出抗凝冰瀝青混凝土的配合比設(shè)計(jì)和施工工藝，并對施工中遇到的控制要點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，對今后抗凝冰瀝青路面的施工應(yīng)用提供一定的借鑒和參考。

關(guān)鍵詞 抗凝冰材料；瀝青混凝土；施工技術(shù)；要點(diǎn)控制

中圖分類號(hào) U416.217文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2023）10-0041-03

0 引言

冬季在道路積雪情況下，路面附著力、摩擦力會(huì)急劇降低，對車輛行駛的順暢度和安全性非常不利，極易造成交通事故，嚴(yán)重危及人們的財(cái)產(chǎn)及生命安全。傳統(tǒng)的融雪劑撒布和機(jī)械除雪，會(huì)對路面通行及路面結(jié)構(gòu)造成不同程度影響，并且耗費(fèi)較高成本。根據(jù)濟(jì)濰高速公路路面工程實(shí)例，采用低凝冰瀝青混凝土，對粉末狀抗凝冰改性劑的作用原理、配合比設(shè)計(jì)、施工控制要點(diǎn)進(jìn)行介紹。

1 工程概況

濟(jì)濰高速項(xiàng)目地處山東省中東部，路線呈東西走向，處于魯豫輕凍區(qū)山東丘陵副區(qū)（Ⅱ5a），路線所經(jīng)區(qū)域?qū)贉貛Т箨懶园霛駶櫦撅L(fēng)氣候區(qū)，寒暑分明，冬季嚴(yán)寒干燥有雨雪。線路設(shè)計(jì)為雙向六車道，路面寬度34.5 m，設(shè)計(jì)時(shí)速為120 km/h。為了冬季瀝青路面行車安全，在里程為K15+250～K15+495段右幅，SMA-13上面層采用抗凝冰路面設(shè)計(jì)，達(dá)到“小雪易溶、大雪易除”的效果。

2 抗凝冰劑作用原理

路面系統(tǒng)在表面層中摻入具有抑制凍結(jié)效果的粉末狀抗凝冰改性劑（鹽化物材料），鹽化物材料采用核－殼緩釋膜技術(shù)，將具有冰點(diǎn)下降功能的絡(luò)合鹽以一定的形式儲(chǔ)存在多孔隙的粉末載體中（鋁硅酸鹽骨架），并由憎水性材料（有機(jī)多元醇基化合物）包膜裹覆，形成了其公稱粒徑為0.075 mm與礦粉類似的粉末狀材料。通過與瀝青混合料中的礦粉置換，均勻分布在瀝青混凝土中的孔隙和毛細(xì)管中。在降雪環(huán)境下，受車輛動(dòng)態(tài)荷載的作用，路面產(chǎn)生的空隙滲透壓力和毛細(xì)管作用力使材料中的絡(luò)合鹽逐漸析出，并迅速溶于水中，使冰雪的飽和蒸汽壓和凝固點(diǎn)都降低向液體轉(zhuǎn)化。隨著車輛碾壓及車輪“泵吸”等作用，離子遷移加速擴(kuò)散，提高了冰雪轉(zhuǎn)化成液體的效率，從而達(dá)到除冰和融雪的功能。

3 生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)

3.1 礦料摻配比例確定

通過對各熱料倉代表性礦料進(jìn)行篩分，根據(jù)各檔熱礦料篩分結(jié)果，最終確定合成各檔礦料摻配比例為“12～18mm∶6～12mm∶4～6mm∶0～4mm∶礦粉∶

抗凝冰劑∶消石灰= 30%∶42%∶4%∶14%∶4%∶

5%∶1%”。這一合成生產(chǎn)級(jí)配與目標(biāo)級(jí)配基本吻合，并且4.75 m、2.36 mm、0.075 mm關(guān)鍵篩孔偏差均小于1%（如圖1所示）。

3.2 選定級(jí)配礦料的體積指標(biāo)

合成級(jí)配的毛體積相對密度由各檔集料的毛體積相對密度及礦粉的表觀相對密度直接計(jì)算得到。合成級(jí)配的有效相對密度則依據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）計(jì)算方法獲得，結(jié)果如表1所示。

3.3 混合料檢驗(yàn)及確定油石比

根據(jù)已確定的合成級(jí)配比例，配制合成礦料，并按規(guī)范試驗(yàn)方法室內(nèi)拌制瀝青混合料進(jìn)行馬歇爾擊實(shí)，分別以油石比6.4±0.3%成型馬歇爾試件，脫模后，按要求進(jìn)行毛體積相對密度、穩(wěn)定度、空隙率VV、流值、礦料間隙率、瀝青飽和度等相關(guān)指標(biāo)檢驗(yàn)，并計(jì)算最大理論相對密度和粗集料骨架間隙率VCAmix指標(biāo)，根據(jù)不同油石比得出的馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果繪制參數(shù)關(guān)系圖，并分析確定最佳油石比為6.4%，數(shù)據(jù)如表2所示。

3.4 生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)檢驗(yàn)

根據(jù)已確定的合成級(jí)配比例和選定的最佳油石比6.4%進(jìn)行謝倫堡析漏試驗(yàn)，并成型車轍試件、滲水試件、肯塔堡飛散試件，檢驗(yàn)結(jié)果見表3～4。

以上試驗(yàn)結(jié)果表明，選定的礦料合成級(jí)配及最佳油石比進(jìn)行檢驗(yàn)的各項(xiàng)指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

3.5 生產(chǎn)配合比確定

綜上所述，選定的抗凝冰SMA-13瀝青瑪蹄脂碎石混合料生產(chǎn)配合比見表5。

4 施工工藝

4.1 瀝青混合料拌和

按比例稱量各熱倉礦料和填料下至攪拌缸，加入木纖維干拌約10～15 s左右，加入瀝青5 s后，添加抗凝冰劑及礦粉，濕拌50 s，一個(gè)拌和周期約為60～70 s左右。

4.2 瀝青混合料運(yùn)輸

（1）汽車裝料按前、后、中移動(dòng)分三次裝料，多點(diǎn)放料形成駝峰狀，防止料堆過高產(chǎn)生離析。裝料后采用加厚棉被及帆布對頂部及車輛四周進(jìn)行覆蓋以保溫防雨。

（2）瀝青料運(yùn)輸至現(xiàn)場后，安排專人對每一車的瀝青料進(jìn)行溫度檢測，并做好記錄，對不符合規(guī)定的瀝青料采取廢棄處理[1]。

4.3 攤鋪

（1）攤鋪機(jī)熨平板應(yīng)在攤鋪前加熱至100 ℃以上，鋪筑過程中選擇熨平板的夯錘壓實(shí)裝置或振搗具有適宜的振幅和振動(dòng)頻率，以增強(qiáng)路面初始?jí)簩?shí)度[2]。

（2）攤鋪機(jī)需連續(xù)不間斷、勻速、緩慢地?cái)備?，攤鋪前進(jìn)速度應(yīng)控制在1～3 m/min范圍內(nèi)。

（3）攤鋪機(jī)的攤鋪速度與螺旋布料器旋轉(zhuǎn)速度保持一致，兩側(cè)應(yīng)具備不低于送料器2/3高度的混合料，避免攤鋪過程中出現(xiàn)混合料離析，如圖2所示。

4.4 碾壓

（1）碾壓工序遵循緊跟、慢壓、少水、高溫、高頻、低幅的原則，碾壓由低到高，梯次全幅碾壓，每遍相鄰碾壓帶應(yīng)重疊1/3～1/2輪寬。

（2）為避免碾壓時(shí)混合料產(chǎn)生推移現(xiàn)象，將驅(qū)動(dòng)輪朝向攤鋪機(jī)。壓路機(jī)的每一個(gè)折返點(diǎn)不能在同一斷面上，而隨攤鋪機(jī)的前進(jìn)而推進(jìn)，呈梯次錯(cuò)開。

（3）在不產(chǎn)生裂紋和推移的前提下，初壓、復(fù)壓和終壓都盡可能地在高溫下進(jìn)行，同時(shí)不能在低溫狀況下做反復(fù)碾壓，以避免石料壓碎、棱角磨損，破壞集料嵌擠[3]。

4.5 現(xiàn)場質(zhì)量檢測

經(jīng)檢查，試驗(yàn)段各項(xiàng)檢查指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，數(shù)據(jù)如表6所示。

4.6 融雪效果

抗凝冰瀝青路面試驗(yàn)段于2022年11月8日施工完成，2023年1月14日晚試驗(yàn)段所在區(qū)域經(jīng)歷一次降雪，降雪厚度3 cm，室外溫度?7 ℃。2023年1月15日12：00現(xiàn)場降雪停止，2 h后即14：00，經(jīng)現(xiàn)場確認(rèn)融雪效果較為明顯，達(dá)到預(yù)期效果（如圖3所示）。

5 施工要點(diǎn)控制

為了保證抗凝冰瀝青混凝土路面施工質(zhì)量，應(yīng)注意以下要點(diǎn)：

（1）添加抗凝冰劑瀝青混合料溫度下降較快，應(yīng)控制好出站、到場及碾壓溫度，其中出站溫度控制在170～185 ℃，到場溫度控制在165～170 ℃，初壓溫度不低于150 ℃，終壓溫度不低于90 ℃。

（2）混合料運(yùn)輸過程中做好保溫措施，運(yùn)輸車頂部及兩側(cè)采用棉被加帆布覆蓋。

（3）為了防止抗凝冰瀝青混合料在碾壓過程中灑水容易造成鹽分析出，可用輕質(zhì)油進(jìn)行替代[4]。

6 結(jié)語

通過濟(jì)濰高速公路項(xiàng)目抗凝冰劑的使用，使普通瀝青路面達(dá)到“小雪可溶、大雪易除”的良好效果，降低了車輛行駛中打滑概率，提高了雨雪天氣高速行車的安全系數(shù)。成本方面，除抗凝冰劑原材料費(fèi)用外，在抗凝冰瀝青混合料的生產(chǎn)、運(yùn)輸和攤鋪施工過程中，均按照正常施工程序操作，無其他特殊投入。相對于普通高速公路運(yùn)營采取的相關(guān)除雪和抗冰措施費(fèi)用而言，能節(jié)約大量機(jī)械和人工除雪成本，具有一定的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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[3]潘金發(fā). 熱拌瀝青混合料目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)探析[J]. 福建建材， 2017（9）： 82-84.

[4]白艷君. 鹽化物融雪瀝青混合料性能評(píng)價(jià)[D]. 西安： 長安大學(xué)， 2012.