■鄭雪莎

（保定市交通運輸局望都縣養(yǎng)路工區(qū)，保定 072450）

0 引言

2017年冬季，我國北方地區(qū)出現(xiàn)大面積降雪，多個省區(qū)高等級公路出現(xiàn)不同程度的冰凍災害。相關研究表明：干燥瀝青路面、積雪路面、結冰路面的附著系數(shù)分別為0.6、0.2、0.15[1]。路面積雪結冰后附著系數(shù)顯著降低，將導致汽車出現(xiàn)打滑、剎車失靈等現(xiàn)象，存在嚴重安全隱患?，F(xiàn)有道路除冰技術主要包括：被動式除冰技術和主動式除冰技術兩種。被動式除冰技術應用最為廣泛，主要包括：人工除冰、機械除冰、微波除冰、融雪劑除冰等[2]。主動式除冰技術包括：熱力除冰和抑制凍結鋪裝除冰等[3-4]。人工除冰、微波除冰、機械除冰的效率較低，而且每次作業(yè)成本較高；融雪劑除冰容易腐蝕路面和危害植物；熱力除冰能耗大、費用高。因此，抑制凍結鋪裝類技術逐漸受到研究人員的青睞。抑制凍結鋪裝類技術主要通過在瀝青路面上鋪裝非氯鹽類涂層或混合型融雪涂層，實現(xiàn)主動除冰。美國DOT公司于上世紀80年代提出了非氯鹽類涂層，該涂層的主要成分為醋酸鈣鎂[2]；隨后Robert等通過在氯鹽中添加碳水化合物和磷酸鹽，制備了一種混合型融雪涂層[5]?；趪鴥韧庋芯楷F(xiàn)狀，本文提出了一種大孔隙環(huán)保降噪瀝青路面融冰雪涂層，希望為今后瀝青路面融雪除冰涂層設計提供技術參考。

1 融冰雪涂層原理

融冰雪涂層屬于表面改性路面預防性養(yǎng)護措施，通過在瀝青路面上噴灑霧狀液體封層材料，使其形成一層保護膜，達到融雪除冰的目的。融冰雪涂層內部的融冰物質可以使水的冰點低于冬季最低溫度，使雪水從大孔隙瀝青中自行流走。水的冰點降低可用稀溶液原理來解釋。稀溶液中的蒸汽壓力、凝固點、沸點和滲透壓力只與溶質在溶液中的含量有關，與溶質性質無關。與純溶劑相比，稀溶液的一些物理性質會發(fā)生改變，如蒸汽壓力下降，凝固點下降、沸點上升等。

為了使融冰雪涂層具有較好的除冰能力，本文借鑒藥物控釋的思想，將涂層中的融雪材料加載到多孔材料中，然后用聚合物纖維素膜密封載體溝道，使得雪水可以緩慢釋放，達到持續(xù)融化冰雪的效果。當車輛通過路面上的融冰雪涂層時，必然會對融冰雪涂層產生磨損。涂層與路面間的粘附性能決定其耐久性，耐久性是指涂層在復雜道路環(huán)境中的穩(wěn)定性和持久性。涂層耐久性差會導致涂層失效，嚴重影響其使用壽命。陽離子乳化瀝青是一種價廉易得、與路面有良好粘結性的水性膠粘劑。作為路面封層，陽離子乳化瀝青可以增加路面的顏色和吸熱效果。同時，陽離子乳化瀝青還可以密封路面上的小裂縫，防止路面受到水損害。但陽離子乳化瀝青作為融冰雪涂層粘結劑時，不能滿足耐久性的要求。因此對陽離子乳化瀝青進行改性以滿足粘附性和耐磨性的要求。

本項目研制的乳化瀝青改性膠粘劑是一種穩(wěn)定性好、水分散性好的水分散性膠粘劑。將融雪物質加入到涂層，必須解決兩個問題：其一是“數(shù)量”問題，融雪物質的量必須能夠確保雪水可以被載體吸收，其二是融雪材料應緩慢而持久地釋放，以保證融雪層的持久性，涂層應具有1～2年使用壽命。

2 融冰雪涂層制備

本文選用的粗集料為玄武巖，骨料采用的AC-13。粘結料采用改性瀝青，添加劑選取乳化瀝青改性膠粘劑。大孔隙環(huán)保降噪瀝青孔隙率較大，其強度與普通大粒徑瀝青混合料接近。本文采用的改性瀝青混合料的空隙率為20%，級配曲線見圖1。

圖1 改性瀝青混料級配曲線

根據(jù)瀝青混料級配情況，設計了3.7%、4.2%、4.6%、5.0%、5.4%五種不同油石比，分別對其進行Marshall試驗，試驗結果見表1。Marshall試驗測量了瀝青混合料的相對密度、穩(wěn)定度、空隙率、有效瀝青含量、飛散損失、析漏損失等參數(shù)。根據(jù)Marshall試驗結果，結合相關設計參數(shù)，確定最佳油石比為4.6%。

表1 馬歇爾試驗結果

本文試驗方法如下：1）根據(jù)常規(guī)瀝青混合料制備方法，確定原料的Marshall密度和配合比，采用旋轉壓實法制備150mm×150mm的試件。2）采用切割機將瀝青混合料試件切成厚度為10mm～15mm的薄片，切片洗凈后置于爐中烘干。3）在試樣表面涂覆涂層。涂層厚度以完全覆蓋表面為原則，考慮到噴涂實際操作范圍，經過大量的試驗，最終確定涂刷量為0.6 kg/m2。4）涂層干燥后，將熱熔性瀝青將平整切片試件粘接在瀝青氈上。5）將切片標本置于定量水中，以空白試樣作為參照物。將樣品和水置于-10℃低溫培養(yǎng)箱中，模擬冬季氣候。其中培養(yǎng)皿中水量為300ml，相當于一個區(qū)域中約18mm的降水量。6）3h后取出標本，在距離地面50cm處自由落體一個0.5kg重的輪胎模型，模擬汽車輪胎對路面的碾壓，觀察冰層開裂和結冰對涂層的影響。7）將冰塊置于涂層切片上并置于-10℃低溫培養(yǎng)箱中，每隔1h溫度升高2℃，升溫前后分別測量試件質量，設置空白組作為對照。

3 瀝青路面融冰雪性能分析

輪胎碾壓試驗發(fā)現(xiàn)，涂層試樣表面冰層在經輪胎模型敲擊后能完全吸收沖擊力并斷裂，冰層基本上與試樣表面分離。而對照組表面冰層是透明的，冰層致密且與試件緊密結合，在經輪胎模型敲擊后不能去除。試驗結果表明：在-10℃條件下，涂層能有效地阻止冰層與試件之間的粘結，使冰層與試件分離，使冰層完全吸收沖擊力。結果表明，融冰雪涂層具有良好的除冰能力。通過測量冰塊減少量來測量融冰雪涂層的融冰能力，試驗結果見圖2。當溫度低于0℃時，對照組試樣表面冰質量幾乎相等，而加裝涂層的試樣表面冰質量卻在逐漸降低，表明涂層可以融化部分冰塊，從而降低了冰的質量。當溫度在0℃以上，對照組表面冰質量和涂層試樣表面冰質量均降低，此時環(huán)境溫度是冰融化的主要影響因素。

圖2 融冰雪性能結果

考慮到融冰涂層耐久性，需要開展循環(huán)凍融試驗，對涂層長期除冰能力進行驗證。以輪胎模型自由落體中撞擊冰層，如果冰層疏松且易碎，則涂層具有除冰效果，清除試樣表面上的冰層，將試樣置于定量水中，并將培養(yǎng)皿放置于-10℃的冷藏箱中，如此重復。試驗結果表明：在連續(xù)7次循環(huán)凍融試驗中，冰層表面與涂層試樣表面都能基本分離，說明涂層具有良好的除冰效果，至少能滿足1年內的除冰要求，這主要是由于涂層具有控釋功能。

通過室內抗滑實驗對大孔隙環(huán)保降噪瀝青路面融冰雪涂層的抗滑性能進行研究。根據(jù)公路設計規(guī)程中的相關方法，在車轍板上開展抗滑實驗，試驗結果見表2。

表2 抗滑實驗測量結果

由表2可以看出，融冰雪涂層使車轍板表面摩擦系數(shù)顯著下降，涂刷量越大，車轍板表面的摩擦系數(shù)越小。試驗結果都能滿足《公路瀝青路面設計規(guī)范》中關于路面摩擦系數(shù)的要求（≥42）。

4 結論

鑒于現(xiàn)有融雪除冰方法存在各種問題，基于國內外研究現(xiàn)狀，本文提出了一種大孔隙環(huán)保降噪瀝青路面融冰雪涂層。研究表明：1）涂層試樣表面冰層在經輪胎模型敲擊后能完全吸收沖擊力并斷裂，冰層基本上與試樣表面分離，涂層具有良好的除冰效果，至少能滿足1年內的除冰要求；2）當溫度低于0℃時，涂層可以融化部分冰層，從而降低了冰的質量；3）融冰雪涂層使車轍板表面摩擦系數(shù)顯著下降，涂刷量越大，車轍板表面的摩擦系數(shù)越小。希望為今后瀝青路面融雪除冰涂層設計提供技術參考。

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