淺談抗凝冰材料在北方的實際應用情況

楊煒楠

中鐵二十二局集團第一工程有限公司 黑龍江 哈爾濱 150006

中國特色社會主義現(xiàn)代化建設目前已經(jīng)取得了階段性成果，各種各樣的技術手段如同雨后春筍般涌現(xiàn)，一系列新型高效材料也迎來了新的發(fā)展契機，這為許多行業(yè)帶來了進步的可能性。抗凝冰材料是十分具有代表性的新型材料之一，它能夠在低溫條件下發(fā)揮作用，避免路面結冰等一系列問題，從而達到提升交通安全性的效果，具有十分可觀的應用價值。在這種情況下，對抗凝冰材料在北方的實際應用情況進行研究，顯然具有一定的現(xiàn)實意義。

1 案例介紹

抗凝冰材料作為一種新型材料，具有融雪和抑制結冰的功能，對其進行合理利用，已成市政道路施工的重要組成部分。比如在霽虹橋周邊配套疏解工程-霽虹街經(jīng)緯街、霽虹橋周邊配套疏解工程-霽虹廣場道路順接工程及霽虹橋改造工程中，抗凝冰材料就發(fā)揮了重要作用，根據(jù)實際施工要求，霽虹橋結構需要整體抬高1m左右，這使得順接霽虹橋兩側的市政道路橫縱坡坡率變大。但同時，案例工程所在地哈爾濱市位于我國北方地區(qū)，屬于典型的溫帶大陸性季風氣候區(qū)，具有氣溫低、降水量低的特點，冬季漫長寒冷、年平均氣溫5.6℃，全年無霜期僅有168天，在出現(xiàn)大規(guī)模降雪的情況下，市政道路會出現(xiàn)積雪結冰的問題，給車輛安全通行造成負面影響，特別是在瀝青路面上形成“黑冰”現(xiàn)象的情況下，車輛駕駛員更是很難確認道路實際情況，這在一定程度上影響了冬季車輛通行安全性。在考慮哈爾濱市冬季道路特殊問題的情況下，施工單位選擇在瀝青面層鋪設前添加了抗凝冰改性劑，最終確實取得了比較可觀的成果。

2 抗凝冰材料概述

2.1 研究背景

在過去的很長一段時間里，我國北方地區(qū)冬季路面積雪結冰問題都十分嚴重，給廣大人民群眾的生產(chǎn)生活帶來了一定的負面影響，特別是橋梁，彎道、上下坡路、高速公路上下匝道等特殊路段，更是時常在積雪、空氣濕度過大、溫度過低的情況下結冰，進而造成嚴重的交通事故。從理論角度來說，道路積雪結冰以后，車輪和路面之間的附著系數(shù)將會大幅度下降，此時車輛的制動效果必將受到影響、安全性自然也無法得到保證。根據(jù)有關實驗結果來看，在瀝青路面干燥無積雪的情況下，其附著系數(shù)約為0.6，而在路面上存在積雪的情況下，其附著系數(shù)只能達到0.2左右，這必然會導致車輛打滑、跑偏、剎車困難等問題，在這種情況下，必須要合理利用抗凝冰材料，對其在北方地區(qū)的應用情況進行深入研究。

總的來看，可以根據(jù)我國北方地區(qū)的氣溫條件可以得知，在北方一些地區(qū)特別是冬季如果能夠積極利用抗凝冰材料，則能夠在一定程度上解決車輛的行駛問題，有助于避免重大交通安全事故的發(fā)生。

2.2 抗凝冰材料應用優(yōu)勢

抗凝冰材料是最常見的主動性防冰材料之一，它能夠取代傳統(tǒng)的撒鹽融雪和人工機械鏟雪模式，確保市政道路工程的安全性和穩(wěn)定性，即使是在冰雪天氣也能確保道路暢通，并起到避免大量交通事故的效果。在實際應用中，其能夠將路面冰點降低到-35℃，從而阻止道橋表面形成結冰，應用適應性極其突出，能夠在市政道路路面上發(fā)揮作用，且不會導致原有路面結構的性能變化，讓市政道路路面結構的壓實度和摩擦系數(shù)得到有效提升[1]。另外，抗凝冰材料本身具有一定的環(huán)保特性，其能夠在避免路面結冰的基礎上，保證周邊植被、土壤、水源不會受到任何破壞和污染，整體的應用效益非?？捎^。另外，相比于其他路面抗凝冰方法，抗凝冰材料還具有使用難度比較低的特點，在鋪設市政道路瀝青路面或者進行路面結構維修之前，將提前準備好的抗凝冰材料添加到混合料中，即可使之發(fā)揮出應有的成效。

從抗冰凝材料的具體特點可以得知，抗冰凝材料在我國北方道路路面具有巨大的應用空間，通過對于該種材料的合理應能夠進一步提升路面的使用性能，對于節(jié)約公路工程施工成本以及延長公路工程使用壽命都會起到至關重要的推動作用。因此，有關方面應當對于該種材料的應用機理進行深入的分析以及研究，在籌建媒體的情況對于該類材料進行不斷的完善，不斷拓寬該類材料的實際應用空間。

2.3 抗凝冰材料緩釋機理

合理應用抗凝冰材料，是保證市政道路路面結構穩(wěn)定性、避免路面積雪結冰的必然選擇，而是之所以具有這樣的作用，主要是因為抗凝冰材料在路面結構施工結束以后，會持續(xù)不斷地從路面混合料當中析出，并確保路面結構表面總能保持一定量的抗凝冰材料，進而達到長時間處理冰雪的效果。其具體的緩釋原理可以從以下幾個方面來理解：首先，抗凝冰材料一般是用于市政道路瀝青路面的上層，因此在剛剛鋪設結束的市政道路路面結構中，本身就含有一定量的抗凝冰材料，如果此時遇到降雪天氣且氣溫降低至路面結冰點，路面上分散的抗凝冰材料將會在外界水分的作用下融化，并且持續(xù)不斷地吸濕、產(chǎn)生潮解現(xiàn)象，最終在市政道路表面形成一層含融雪劑的稀溶液，降低了與路表面相接處液體的凝固點，避免市政道路結冰問題。其次，在抗凝冰材料已經(jīng)應用一段時間的情況下，路面瀝青結構表面的抗凝冰材料將會在降水、緩釋、車輛磨損等作用下越來越少，在這個過程中，抗凝冰材料將會從瀝青路面下部向路表面緩釋析出，進而達到避免市政道路結冰的效果。在這個過程中，車輛扮演了極為重要的角色，抗凝冰材料大部分都是由于車輛輪胎對路面的擠壓作用而滲透出來的，車輛不斷在市政道路上通行，其擠壓作用就一直持續(xù)存在，此時，抗凝冰材料將會逐漸滲出、部分雪融水將會通過路面空隙不斷滲入抗凝冰瀝青路面下部，進而使下層抗凝冰材料不斷形成抗凝冰溶液，從而保證抗凝冰效果。

3 抗凝冰材料在北方的實際應用要點

3.1 應用前準備

在正式利用抗凝冰材料進行施工之前，工作人員應做好抗凝冰材料應用準備。①根據(jù)常規(guī)市政道路施工方案，對路面瀝青材料進行拌和、運輸、攤鋪等，通過合理控制配合比、合理規(guī)劃運輸路線的方式，保證瀝青材料的應用價值。②為了確?？鼓牧夏軌虬l(fā)揮出應有的作用，應安排工作人員對待作業(yè)路段進行清理，以無浮塵、無積水、無松散顆粒為標準，對清掃工作進行檢查，確認無誤后方可進入后續(xù)施工。③在正式進行抗凝冰材料應用之前的一天，測量人員需要深入現(xiàn)場，根據(jù)攤鋪機寬度與傳感器間距等參數(shù)進行標記，同時打好厚度控制線支架，為后續(xù)抗凝冰材料的應用打下堅實的基礎。

由于抗凝冰材料本身所具有的特點，在應用該類材料的過程應當提前做好相關準備工作，對于該類材料的具體特性進行深入研究，最終確定交流合理的應用方案。

3.2 抗凝冰瀝青混合料生產(chǎn)

第一，想要保證面層瀝青混合料的生產(chǎn)質(zhì)量，就必須要從根本上提升混合料的拌和效果，確保所有生產(chǎn)出來的瀝青混合料質(zhì)量都符合北方地區(qū)市政道路施工要求[2]。在進行生產(chǎn)之前，應對施工所需要的粗細集料以及其他材料進行分類堆放處理，并做好保存管理工作，通過標志牌說明材料的產(chǎn)地、規(guī)格等信息，同時利用分層堆放的方法逐層向上堆放以防止離析，避免其在實際投入應用時失去應有的性能。另外，要為避免細集料受潮，還需要利用氈蓋或棚蓋等措施對其進行保護，而礦粉等特殊材料則需要存放在室內(nèi)才能保持干燥不結塊，為后續(xù)生產(chǎn)抗凝冰瀝青混合料打下堅實的基礎。第二，想要確保抗凝冰瀝青混合料的生產(chǎn)質(zhì)量，工作人員還需充分發(fā)揮間歇式自動拌和機等設備的積極作用，在保證各種計量設備的準確度的基礎上，才能進行材料稱取和拌和，從而確保各種材料都足量準確地投放。為徹底避免不必要的生產(chǎn)問題，還需要在正式拌和混合料前進行配合比實驗，根據(jù)計算出來的最佳配合比稱量各種原材料，并嚴格遵守理論設定冷料比例、控制冷料倉流量等，在此基礎上確定配合比是否科學，從而確保實際生產(chǎn)中的配合比合理性。第三，為確保萬無一失，還需要加強對混合料的抽檢試驗，安排專門的工作人員負責對混合料質(zhì)量進行檢查監(jiān)測，以各種材料均勻一致，無花白料、無結團成塊或粗細集料離析現(xiàn)象為標準，判斷抗凝冰瀝青混合料質(zhì)量是否合格[3]。第四，在拌和結束以后，根據(jù)本次生產(chǎn)實際情況打印生產(chǎn)記錄，以便于后續(xù)進行質(zhì)量檢測。第五，為提升抗凝冰瀝青混合料現(xiàn)場制備效果，工作人員還需要采取干拌的方式添加抗凝冰改性劑，也就是需要在加入礦粉的同時將抗凝冰改性劑嚴格按比例一次性投入拌和鍋中，并且和礦料一起攪拌以形成瀝青混合料，相比于其他拌和方法，干拌法具有拌和效率高、拌和均勻性好的優(yōu)勢，在保證添加比例合理的情況下，其能夠最大程度提升抗凝冰瀝青混合料的整體生產(chǎn)質(zhì)量。

總的來看，在混合料生產(chǎn)的過程中，作為生產(chǎn)人應當嚴格遵守各項操作流程，要避免工作失誤現(xiàn)象發(fā)生，同時也要使用一些性能較好的設備，以達到不斷提高材料質(zhì)量的目的。

3.3 功能試驗

抗凝冰材料在我國北方地區(qū)有極其可觀的應用價值，特別是在市政道路施工過程中，其應用效果更是十分優(yōu)異，為了確?？鼓鶠r青混合料能發(fā)揮出應有的作用，工作人員需要盡最大努力做好功能性實驗，對抗凝冰瀝青混合料的各項實際使用性能進行檢查。由于抗凝冰材料的實際應用年限還不長等原因，目前我國針對抗凝冰材料的功能檢測方法還不成體系，總體來看主要包括硝酸銀滴定法、直接目測法和冰層狀態(tài)直接觀測法等幾種方法。第一，硝酸銀滴定法。硝酸銀溶液在與氯化物發(fā)生反應的情況下會出現(xiàn)白灼現(xiàn)象，生成的氯化銀沉淀十分易于觀察，在對應用了抗凝冰材料的市政道路進行功能實驗的過程中，工作人員可以將硝酸銀溶液滴在摻加抗凝冰劑的瀝青路面上，并根據(jù)是否出現(xiàn)氯化銀產(chǎn)物，判斷路面結構在使用中是否有抗凝冰劑析出，從而確定其在低溫冰凍條件下是否具有抗凝冰效果，檢測效果十分直觀且操作簡單。第二，冰層狀態(tài)實驗觀測法。相比于前兩種性能檢測方法，這種方法的特殊性在于，其直接在室內(nèi)模擬道路凝冰的實際形成過程，有利于工作人員更好地控制各種變量。首先將空白對照組的瀝青混合料試件和抗凝冰型瀝青混合料試件同時放進-20℃的冰箱中進行冷凍，在60分鐘冷凍結束以后，將5mm的0℃過冷水噴灑在試件表面，并將試件重新放回-20℃的冰箱中冰凍，從而更好地模擬我國北方地區(qū)市政道路的實際應用條件，仔細觀察實驗組和對照組試件的結冰情況，再利用小刀進行表層破冰，確定試件表面結冰的程度等，從而去廢狗抗凝冰材料在我國北方地區(qū)的實際應用價值。第三，層間粘結力測試法。層間粘結力測試法也是比較常見的抗凝冰劑性能檢測方法，它主要是通過人工拉拔經(jīng)冷凍的馬歇爾試件與海綿的組合體，對抗凝冰材料的應用效果進行評價。在實際應用過程中，其主要涉及到的儀器設備包括高精度拉力器、4cm×4cm×2cm的樹脂海綿、恒溫冰箱、無離子水、燒杯等。在所需實驗設備準備完成后，工作人員可進行正式試驗。首先利用燒杯取無離子水，并將海綿浸入水中，待海綿中所有的空氣順利排出以后使海綿吸滿水。再將海綿輕置于普通混合料試件以及添加抗凝冰劑的混合料試件表面，將二者放置在-5℃的冰箱中保溫四個小時，再將其放置在-10℃的條件下保溫四個小時，最后用手拉拔海綿評價其拉拔難易程度，即可判斷抗凝冰材料在我國北方地區(qū)的具體應用效果。

3.4 應用注意事項

在確定抗凝冰材料在我國北方地區(qū)的應用價值以后，工作人員還需要根據(jù)其特殊性和市政道路實際施工要求，做好抗凝冰劑的應用控制。具體來說，就是要遵循以下幾方面要求：①在正式進行抗凝冰瀝青混合料攤鋪施工之前，應保證下封層施工質(zhì)量，同時灑布粘層油，避免在攤鋪碾壓過程中材料移位而導致的不必要的質(zhì)量問題。②抗凝冰瀝青混合料施工難度比較大的一個原因在于，這種材料對溫度條件有一定的要求，比如在地表溫度低于15℃的情況下不能進行攤鋪施工、在降水天氣不能進行攤鋪，在攤鋪過程中遇到降水，應立即停工并清除未壓實成型的混合料，避免降水影響到抗凝冰瀝青混合料的使用性能。③為確?？鼓鶠r青混合料的施工質(zhì)量，應利用重型輪胎壓路機進行碾壓，在這個過程中不能進行灑水、避免混合料溫度下降導致的攤鋪問題，同時還需要加強對混合料壓實度檢測，如果檢測結果不符合施工要求需要安排復壓，避免壓實不到位導致的一系列質(zhì)量問題。④在試拌及試驗結束以后，不能對已經(jīng)確定下來的抗凝冰瀝青混合料配合比進行調(diào)整，如果確實需要進行更改，需要首先得到監(jiān)理方審批[4]。⑤在進行攤鋪施工的過程中，應實時對抗凝冰瀝青混合料施工情況進行檢查，在發(fā)現(xiàn)異常情況時，需要立即停機處理，在異常情況得到解決之前不能進行后續(xù)施工，從根本上避免可能存在的質(zhì)量問題。⑥為確保摻加了抗凝冰材料的瀝青混凝土路面施工質(zhì)量，應采用重型輪胎壓路機進行初壓，其能形成一個揉搓的碾壓狀態(tài)，可以達到較高的壓實功，提升壓實效果，另外在實際施工中應避免在輪胎壓路機碾壓過程中進行灑水，確保施工溫度保持在最佳范圍。為避免鋼輪壓路機粘料，工作人員應在碾壓過程中向鋼輪表面灑水，灑水必須均勻、少量，使之形成細微水珠的同時，避免過量灑水引起混合料溫度的驟降。

4 結語

抗凝冰材料是近年來出現(xiàn)的、具有一定應用價值的新型材料，它能夠解決我國北方地區(qū)低溫條件下各種界面結冰的問題，在實際應用中得到了人們的一致認可。以抗凝冰材料在北方地區(qū)市政道路施工中的應用情況為例，其能夠在市政道路的使用過程中，逐漸從混合料中緩釋出來，并避免市政道路路面凝冰積雪，比傳統(tǒng)的除冰措施更加先進便利。在今后的發(fā)展中，工作人員應結合北方地區(qū)實際氣候條件，對抗凝冰材料在北方的實際應用進行進一步探索。