抗凝冰材料在瀝青混凝土中的應用

楊坤

摘要 使用抗凝冰材料代替礦粉加入瀝青混凝土中，能降低結冰層的凝冰強度并加快消融速度，使路面具備長效凍結抑制的功效，實現路面主動除冰和融雪的功能。 現以濟濰高速公路項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行簡要闡述，總結出抗凝冰瀝青混凝土的配合比設計和施工工藝，并對施工中遇到的控制要點進行總結，對今后抗凝冰瀝青路面的施工應用提供一定的借鑒和參考。

關鍵詞 抗凝冰材料；瀝青混凝土；施工技術；要點控制

中圖分類號 U416.217文獻標識碼 A文章編號 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，嚴重危及人們的財產及生命安全。傳統的融雪劑撒布和機械除雪，會對路面通行及路面結構造成不同程度影響，并且耗費較高成本。根據濟濰高速公路路面工程實例，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、配合比設計、施工控制要點進行介紹。

1 工程概況

濟濰高速項目地處山東省中東部，路線呈東西走向，處于魯豫輕凍區山東丘陵副區（Ⅱ5a），路線所經區域屬溫帶大陸性半濕潤季風氣候區，寒暑分明，冬季嚴寒干燥有雨雪。線路設計為雙向六車道，路面寬度34.5 m，設計時速為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計，達到“小雪易溶、大雪易除”的效果。

2 抗凝冰劑作用原理

路面系統在表面層中摻入具有抑制凍結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，將具有冰點下降功能的絡合鹽以一定的形式儲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管中。在降雪環境下，受車輛動態荷載的作用，路面產生的空隙滲透壓力和毛細管作用力使材料中的絡合鹽逐漸析出，并迅速溶于水中，使冰雪的飽和蒸汽壓和凝固點都降低向液體轉化。隨著車輛碾壓及車輪“泵吸”等作用，離子遷移加速擴散，提高了冰雪轉化成液體的效率，從而達到除冰和融雪的功能。

3 生產配合比設計

3.1 礦料摻配比例確定

通過對各熱料倉代表性礦料進行篩分，根據各檔熱礦料篩分結果，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%”。這一合成生產級配與目標級配基本吻合，并且4.75 m、2.36 mm、0.075 mm關鍵篩孔偏差均小于1%（如圖1所示）。

3.2 選定級配礦料的體積指標

合成級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算得到。合成級配的有效相對密度則依據《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40—2004）計算方法獲得，結果如表1所示。

3.3 混合料檢驗及確定油石比

根據已確定的合成級配比例，配制合成礦料，并按規范試驗方法室內拌制瀝青混合料進行馬歇爾擊實，分別以油石比6.4±0.3%成型馬歇爾試件，脫模后，按要求進行毛體積相對密度、穩定度、空隙率VV、流值、礦料間隙率、瀝青飽和度等相關指標檢驗，并計算最大理論相對密度和粗集料骨架間隙率VCAmix指標，根據不同油石比得出的馬歇爾試驗結果繪制參數關系圖，并分析確定最佳油石比為6.4%，數據如表2所示。

3.4 生產配合比設計檢驗

根據已確定的合成級配比例和選定的最佳油石比6.4%進行謝倫堡析漏試驗，并成型車轍試件、滲水試件、肯塔堡飛散試件，檢驗結果見表3～4。

以上試驗結果表明，選定的礦料合成級配及最佳油石比進行檢驗的各項指標均符合設計及規范要求。

3.5 生產配合比確定

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，一個拌和周期約為60～70 s左右。

4.2 瀝青混合料運輸

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

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

4.3 攤鋪

（1）攤鋪機熨平板應在攤鋪前加熱至100 ℃以上，鋪筑過程中選擇熨平板的夯錘壓實裝置或振搗具有適宜的振幅和振動頻率，以增強路面初始壓實度[2]。

（2）攤鋪機需連續不間斷、勻速、緩慢地攤鋪，攤鋪前進速度應控制在1～3 m/min范圍內。

（3）攤鋪機的攤鋪速度與螺旋布料器旋轉速度保持一致，兩側應具備不低于送料器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，每遍相鄰碾壓帶應重疊1/3～1/2輪寬。

（2）為避免碾壓時混合料產生推移現象，將驅動輪朝向攤鋪機。壓路機的每一個折返點不能在同一斷面上，而隨攤鋪機的前進而推進，呈梯次錯開。

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

4.5 現場質量檢測

經檢查，試驗段各項檢查指標均滿足設計及規范要求，數據如表6所示。

4.6 融雪效果

抗凝冰瀝青路面試驗段于2022年11月8日施工完成，2023年1月14日晚試驗段所在區域經歷一次降雪，降雪厚度3 cm，室外溫度?7 ℃。2023年1月15日12：00現場降雪停止，2 h后即14：00，經現場確認融雪效果較為明顯，達到預期效果（如圖3所示）。

5 施工要點控制

為了保證抗凝冰瀝青混凝土路面施工質量，應注意以下要點：

（1）添加抗凝冰劑瀝青混合料溫度下降較快，應控制好出站、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）混合料運輸過程中做好保溫措施，運輸車頂部及兩側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，可用輕質油進行替代[4]。

6 結語

通過濟濰高速公路項目抗凝冰劑的使用，使普通瀝青路面達到“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。成本方面，除抗凝冰劑原材料費用外，在抗凝冰瀝青混合料的生產、運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營采取的相關除雪和抗冰措施費用而言，能節約大量機械和人工除雪成本，具有一定的社會意義和經濟價值。

參考文獻

[1]裴立明. 瀝青路面施工方法與質量控制[J]. 黑龍江交通科技， 2011（11）： 40-47.

[2]厲向鋒， 郭江波. 改性瀝青及SMA路面的施工與質量管理[J]. 科技傳播， 2011（8）： 43.

[3]潘金發. 熱拌瀝青混合料目標配合比設計探析[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價[D]. 西安： 長安大學， 2012.