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抗凝冰劑/低冰點(diǎn)材料（摻瀝青混合料的4-7%）

一、技術(shù)背景

近年來，受全球氣候變化的影響，國(guó)內(nèi)冬季低溫冰雪凍害對(duì)交通運(yùn)輸?shù)挠绊懭找鎳?yán)重。如2008年1月的凍雨及雪災(zāi)，“五縱七橫”干線9條近2萬公里封閉、7千公里中斷；68條國(guó)道21條共4萬公里遭到嚴(yán)重影響；22萬公里普通公路交通受阻。公路基礎(chǔ)設(shè)施大面積**，給人民群眾的生產(chǎn)生活造成了極大的影響，直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)100億以上。在除冰過程中需要通過大量的人力物力進(jìn)行作業(yè)，而大量采用融雪鹽會(huì)對(duì)路面結(jié)構(gòu)物、自然環(huán)境和人類健康產(chǎn)生持續(xù)性損害；機(jī)械作業(yè)又存在難以**除冰、對(duì)路面損害較大等影響。因此采用主動(dòng)長(zhǎng)效、安全環(huán)保的除冰雪技術(shù)將成為重要的解決方案。

二、抗凝冰材料簡(jiǎn)介

抗凝冰材料是在國(guó)外相關(guān)技術(shù)上進(jìn)行改進(jìn)研發(fā)生產(chǎn)的新型主動(dòng)型融雪化冰瀝青混凝土添加材料，該材料具有與礦粉相似的粒級(jí)組成，可以置換瀝青混合料中部分或全部礦粉。摻入抗凝冰材料的瀝青混凝土能主動(dòng)融冰除雪，在積雪路段、低溫暗冰路段、長(zhǎng)大縱坡等特殊路段上發(fā)揮長(zhǎng)效作用。

抗凝冰材料微觀結(jié)構(gòu)為多孔火成巖包裹鹽分結(jié)構(gòu)，單粒徑約為0.075mm，與礦粉類似。該材料置換礦粉作為填料均勻分散在瀝青混合料中。降雪時(shí)抗凝冰材料的鹽分通過滲透壓作用和毛細(xì)管現(xiàn)象以及車輛的輕微摩擦效果，在拉烏爾定律蒸汽壓平衡的作用下冰雪開始融化，從而起到防止和延緩路面結(jié)冰的效果。

三、抗凝冰材料的性質(zhì)與特征

抗凝冰材料主要以代替礦粉的形式摻入瀝青混合料中，故其主要特征宜與礦粉相似。抗凝冰材料密度與礦粉相近，采用與礦粉粒度相似的級(jí)配組成。其特征指標(biāo)如表1所示。

表1 抗凝冰材料的性質(zhì)與特征

四、抗凝冰材料的緩釋作用機(jī)理及主要特點(diǎn)

作用機(jī)理

抗凝冰材料主要采用多孔結(jié)構(gòu)的火山巖包裹氯化物等具有使凝固點(diǎn)下降作用成分的粉末狀物質(zhì)?？鼓牧涎心コ煞勰╊w粒和瀝青混合物中的礦粉置換，使鹽分充分分散在混合料中。通過滲透壓和毛細(xì)管現(xiàn)象，使抗凝冰材料中的鹽分從瀝青混合料內(nèi)部濃度較高的狹小空間，逐漸向鹽分濃度較低的路面表面析出，并迅速溶于水中，使水的液相蒸汽壓下降，但冰的固態(tài)蒸汽壓不變。為達(dá)到冰水混合物的固液蒸汽壓的平衡，冰雪開始融化，從而防止和延緩冬季路面的冰凍。作用原理圖如圖1所示。

圖1 作用原理圖

4主要特點(diǎn)

1、替代礦粉摻入瀝青混凝土中，對(duì)瀝青混凝土性能影響小，不影響瀝青混凝土路面的路用性能；

2、將路面凍結(jié)溫度降至-5℃~-20℃，提高路面露出率，降低交通事故發(fā)生率；

3、提高路面和冰的剝離性，提高除雪效率，有效保護(hù)路面；

4、雪后路面抗滑性能好，行車安全系數(shù)高；

5、環(huán)保產(chǎn)品，鋼腐蝕率低，有效減少鹽害發(fā)生；

6、長(zhǎng)效主動(dòng)除冰融雪，經(jīng)濟(jì)效益明顯。持續(xù)有效時(shí)間達(dá)到6~10年；

7、可適用于瀝青混凝土路面和水泥混凝土路面。

五、抗凝冰材料的使用方法及用量

使用方法

抗凝冰材料是氯化物系的路面凍結(jié)抑制劑鋪裝用材料，當(dāng)在路面表層用瀝青混合物鋪設(shè)時(shí)，可使用內(nèi)摻的方式部分或全部替換瀝青混合料中的礦粉成分。

將抗凝冰材料向混合物中以4%~7%的質(zhì)量比添加、混合并鋪設(shè)后，可實(shí)現(xiàn)路面溫度降至-5℃~-20℃時(shí)不易結(jié)冰，并可長(zhǎng)效發(fā)揮較好的除冰雪效果。

用量

以瀝青混合物密度為2.44t/m3、路面表層厚度為0.04m、抗凝冰材料添加質(zhì)量比為5%為例，鋪裝面積為1㎡的路面表層，需要抗凝冰材料的質(zhì)量計(jì)算公式為：

1㎡（面積）× 0.04m（厚度） × 2440kg/m3（瀝青混合物密度） × 0.05（抗凝冰材料添加質(zhì)量比） = 4.88kg

添加1t的抗凝冰材料，按路面表層厚度為0.04m 、抗凝冰材料添加質(zhì)量比為5%為例，能進(jìn)行面積為205㎡的路面表層鋪裝。

六、抗凝冰材料的使用性能

抗凝冰材料瀝青混凝土性能

＊抗凝冰瀝青路面凍結(jié)抑制劑的碳鋼腐蝕率符合《融雪劑》（DB11/T 161-2012）的相關(guān)要求。

＊抗凝冰瀝青混合料的穩(wěn)定性、流值、車轍動(dòng)穩(wěn)定度、凍融劈裂殘留強(qiáng)度比、殘留穩(wěn)定度、低溫彎曲試驗(yàn)**應(yīng)變、滲水系數(shù)等指標(biāo)，均符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）的相關(guān)要求。

＊抗凝冰瀝青混合料在﹣5℃時(shí)相對(duì)于普通瀝青混合料容易鏟除結(jié)冰。（在﹣10℃抗凝冰瀝青混合料仍然具有防冰效果，但比較﹣5℃時(shí)防冰效果稍差）

＊經(jīng)實(shí)際觀測(cè)，抗凝冰瀝青混合料的抗凝冰有效時(shí)間可達(dá)5到10年。

七、抗凝冰材料的工程案例

自抗凝冰材料在國(guó)內(nèi)使用以來，已在北京、浙江、江蘇、黑龍江、山東、河北、湖南、山西、新疆、甘肅等全國(guó)十余個(gè)省市得以驗(yàn)證并使用。各地道路科研機(jī)構(gòu)和施工數(shù)據(jù)均反映良好，眾多的案例也表明了抗凝冰材料在國(guó)內(nèi)復(fù)雜環(huán)境中的良好適應(yīng)性。

1、大廣高速項(xiàng)目

該項(xiàng)目位于大廣高速黑龍江大慶至肇源段，工程項(xiàng)目地處嚴(yán)寒地區(qū)，年高氣溫39.8℃，極端**氣溫-39.2℃，路面溫差大，路面的冰雪和極端溫度條件引起的損壞問題突出。該高速公路是國(guó)家高速公路“7918工程”規(guī)劃網(wǎng)中縱向的第五條線，其中大慶至肇源段為連接黑吉兩省的重要通道，交通量大。

2 大廣高速項(xiàng)目

項(xiàng)目試驗(yàn)路段為大廣高速的單幅路面中60米長(zhǎng)的一段，在右幅 K108+810—K108+875（施工樁號(hào)）。路面結(jié)構(gòu)為：上面層AC-16，5cm；中面層 AC-20，6cm；下面層AC-25，7cm。該段試驗(yàn)路于2010年鋪筑完成。 該路段為《極端氣候?qū)仿坊访娴挠绊懞蛯?duì)策研究 》的依托工程，交通部公路科學(xué)研究院在該項(xiàng)目完成后對(duì)該項(xiàng)目的融釋技術(shù)、**摻入比例都進(jìn)行了一系列研究，結(jié)果表明，抗凝冰材料能很好的代替礦粉，并持續(xù)發(fā)揮抗凝冰作用。

2、青銀高速項(xiàng)目

該項(xiàng)目位于青銀高速山東濟(jì)南至聊城段，工程項(xiàng)目位于團(tuán)結(jié)河大橋，是高速中修工程橋面銑铇重鋪上面層工程?？鼓牧铣煞种泻刑厥獾匿摻罘冷P蝕劑，在鋼蝕試驗(yàn)中低于自來水腐蝕，能有效減少對(duì)橋梁的危害。該工程采用SMA-13改性混合料面層，將抗凝冰材料以瀝青混合料質(zhì)量的7.1%摻入生產(chǎn)。施工地點(diǎn)位于中心樁號(hào)為 K398+205 的團(tuán)結(jié)河大橋，試驗(yàn)段選在下行道（南幅）的超車道及行車道，寬度共8.5米，長(zhǎng)度180米，厚度0.04米。由山東高速路橋養(yǎng)護(hù)有限公司施工。

 3青銀高速項(xiàng)目

工程完成后經(jīng)室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，熱拌瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)指標(biāo)、水穩(wěn)定性、車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度和滲水系數(shù)滿足相關(guān)規(guī)范中關(guān)于工程質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)的要求。施工完成后對(duì)路面進(jìn)行硝酸銀滴定試驗(yàn)，如圖7所示，路面滲出大量氯化鹽，表明該路面能有效抵抗冬季路面凍結(jié)，提高道路行駛的安全性。

3、浙江湖州項(xiàng)目

該項(xiàng)目為同濟(jì)大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院與當(dāng)?shù)毓房蒲袡C(jī)構(gòu)合作的橋面鋪裝項(xiàng)目，項(xiàng)目后續(xù)試驗(yàn)檢測(cè)均由同濟(jì)大學(xué)完成。

浙江湖州的東泊橋（又名王家斗橋）項(xiàng)目位于湖鹽線和孚鎮(zhèn)路段上，平面位于圓曲線上，右偏角90度。左幅中心樁號(hào)K11+483，配跨13+3×10+13m，全長(zhǎng)56m，寬9.5m。根據(jù)施工圖設(shè)計(jì)方案，東泊橋橋面鋪裝方案為： 4cm AC-13C瀝青砼+粘層+6cm AC-20C瀝青砼+下封層，橋面鋪裝總厚度10cm。

4 浙江湖州項(xiàng)目

該項(xiàng)目完成后，同濟(jì)大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院的試驗(yàn)檢測(cè)表明：混合料中鹽化物的滴定試驗(yàn)表明摻抗凝冰材料后瀝青混合料后氯化鹽含量明顯提高；現(xiàn)場(chǎng)取樣的室內(nèi)路用性能試驗(yàn)表明此次東泊橋上面層鋪裝所用混合料高溫穩(wěn)定性與低溫抗裂性均能夠滿足技術(shù)要求，水穩(wěn)定性方面，凍融劈裂強(qiáng)度比指標(biāo)能夠滿足技術(shù)要求。室內(nèi)抑制凍結(jié)性能分析表明，抗凝冰材料能夠降低冰點(diǎn)，起到抑制凍結(jié)的作用。

2015年冬，湖州迎來**場(chǎng)雪，該橋面表面完全無積雪，與普通路段對(duì)比鮮明。抗凝冰材料在湖州的使用受到了當(dāng)?shù)孛癖姷囊恢路Q贊，并在湖州日?qǐng)?bào)和湖州晚報(bào)中得以報(bào)導(dǎo)。

4、新疆市政項(xiàng)目

該項(xiàng)目位于新疆烏魯木齊三屯碑，是市政道路二標(biāo)高架橋匝道工程。新疆烏魯木齊當(dāng)?shù)囟練夂驀?yán)寒，雪質(zhì)蓬松干燥；且大雪氣候比較常見，經(jīng)常發(fā)生風(fēng)吹雪等極端氣候現(xiàn)象。

抗凝冰材料鋪裝段位于三屯碑二標(biāo)高架橋K1+190處psw004~007，寬6m，長(zhǎng)56m。匝道鋪裝方案采用4cm SMA-13瀝青砼+6cm AC-20C瀝青砼+下封層，橋面鋪裝總厚度10cm。由于當(dāng)?shù)貫r青品種不同，加之抗凝冰材料須略微提高拌合溫度，瀝青拌合溫度調(diào)整至175℃至180℃。

5 新疆市政項(xiàng)目

該項(xiàng)目完成后，經(jīng)新疆交建集團(tuán)進(jìn)行的檢測(cè)表明，該路段瀝青混合料完全滿足相關(guān)規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。2016年11月新疆迎來優(yōu)場(chǎng)大雪，抗凝冰材料試鋪路段表現(xiàn)亮眼，得到新疆當(dāng)?shù)囟嗉颐襟w的爭(zhēng)相報(bào)導(dǎo)，抗凝冰材料的使用將使烏魯木齊市區(qū)繁重的冬季除雪任務(wù)得到很大的緩解。

除此之外，我們的工程案例已遍布全國(guó)。