基于多孔隙沥青混凝土的道路除冰技术探究 任彬滔

基于多孔隙沥青混凝土的道路除冰技术探究任彬滔

发表时间：2018-08-08T18:42:02.160Z 来源：《基层建设》2018年第19期作者：任彬滔

[导读] 摘要：在寒冷的冬季，路面凝冰会给道路畅通带来严重的不良影响。

深圳市城市交通规划设计研究中心有限公司 518000

摘要：在寒冷的冬季，路面凝冰会给道路畅通带来严重的不良影响。冰雪使路面附着系数大大降低，有数据显示，干燥的沥青路面路面的附着系数为0.6，结冰路面的附着系数约为0.15。随着附着系数的降低，车辆的制动稳定性、转向操作稳定性都将变差，使汽车打滑、制动距离延长，极易引起交通拥堵和交通事故。本项目在国内外道路除冰技术和多孔隙沥青路面研究的基础上，针对我国河南河北地区的气候特点，提出沥青路面道路除冰技术构想。对尺寸为300mm*200mm*20mm的普通钢板进行设计，在其表面设置规则形状并按照设计方案对钢板进行加工制作。利用钢板磨具，对多空隙沥青混凝土表面层进行改良——多孔隙沥青混凝土路面模型成型前，通过一定的技术手段在其表面造成理想粗糙度以达到除冰效果。从原理上论证了本方法的合理性，并制作实物模型，设计除冰试验，在实验室条件下试验其除冰性能。科学分析实验结果，最终得出相关结论。提出后续研究构想，并根据当前项目的完成程度，对应用前景做了展望。

关键词：多孔隙沥青混凝土表面层；表面处理；除冰；试验分析

1．引言

在寒冷的冬季，路面凝冰会给道路畅通带来严重的不良影响。冰雪使路面附着系数大大降低，有数据显示，干燥的沥青路面路面的附着系数为0.6，结冰路面的附着系数约为0.15。随着附着系数的降低，车辆的制动稳定性、转向操作稳定性都将变差，使汽车打滑、制动距离延长，严重影响驾驶。2008年1月中旬至二月初，我国出现50年一遇的雨雪冰冻灾害，造成了严重的交通中断，多条高速公路封闭，飞机停航，给人们的出行造成了很大不便，造成了巨大经济损失。科学有效的路面除冰雪技术的开发研究具有非常重要的社会经济价值。在当前的沥青路面类型中，多孔隙沥青混凝土路面凭借其良好的排水性能在一些地区得到推广应用。

多孔隙沥青路面表面层（PAWC）的组成以单一粒径碎石为主，按照嵌挤机理形成骨架——空隙结构，其表面层横向透水系数达到900ml/15s，具有良好的排水效果。当前的多孔隙沥青路面技术具有减少交通噪音、减少雨后道路交通事故、减轻夜晚行车眩光的作用。但是在道路除冰方面没有良好的效果。

目前，有效的道路除冰雪技术主要分为被动型和主动型。被动型除冰雪就是在冰雪凝结于地面后采取措施的方法，主要有撒盐或者融雪剂、人工清除法、机械清除法；主动型除冰雪即在冰雪形成前就采取措施的方法，主要有自应力弹性沥青混凝土路面、蓄盐路面、热力融冰雪类路面。主动型除冰雪技术是当前除冰技术的发展趋向，但是自应力弹性沥青混凝土路面的耐久度差.蓄盐类沥青路面对路面表层有一定的腐蚀作用，并且会污染环境。热力融冰雪类路面建设成本和维护成本过大。因此，目前的主动除冰雪技术尚没有大量用于实践。

2．设计原理

PAWC有两个方面的特点，一、表面构造深度大二、具有良好的透水性能。但是在道路除冰方面没有良好的效果。本项目针对河南河北地区的气候特征，进行了设计。用表面具有一定规则的钢板在PAWC成型前在其表面造成理想的粗糙度。在路面凝冰或冰层较薄的情况下，冰粒隐藏于路表的空隙内，使得路面仍有良好的抗滑能力。冰溶化后从PAWC排出路面，路面不易形成水膜，使得抗滑功能得以维持。宏观上，增大的构造深度使其抗滑性能得以加强。微观上，PAWC表面粗糙度的加大，使得水的凝结需要更大的应力，需要更大温度的降低才能凝结。

洒水量小于800g 时，结冰后路面摩擦系数缓慢下降，碾压后路面摩擦系数基本恢复原来的状态。这是因为水量较小时，所形成的冰粒藏于路表空隙内，道路抗滑性能受到的影响不大。但是当洒水量超过800g 后，摩擦系数下降较快。这表明，当路面结冰超过一定的程度后，此方法效果不明显。通过查阅相关资料得知，自1961年以来，河南地区最低月平均气温为-4.6℃，河北地区为-9.4℃。冬季平均降水量河南地区为8.5 mm ，河北地区为5.6mm 。考虑到气候特征，此方法对于解决河南、河北地区冬季路面冰雪灾害理论上有很好的效果。

同时在试验的过程中发现一个现象，在-8℃的温度下，烧杯中的水完全冻结只需一个小时，而同样时间下，路面尚未发现明显冰层。直至5个小时后路面才最终形成冰层。这表明PAWC表面粗糙度的加大，使得水的凝结需要更大的应力，延迟了冻结时间。

图5 -8℃下路面水与烧杯中水的结冰情况对比

4.创新点及结论

（1）路面粗糙度影响道路成冰过程，通过一定的技术手段增大路面粗糙度可以达到抑制道路结冰、减少道路结冰可能性，延迟路面冻结时间，缩短冻结期的效果。

（2）制作了钢板磨具，通过控制相关条件在PAWC表面造成了理想粗糙度。通过方案比选和对比分析，合理选择钢板磨具的各项指标和尺寸，合理控制碾压力度在PAWC表面造成了理想粗糙度。

（3）经过处理后的PAWC减少了道路结冰的可能性，延迟了路面的冻结时间，缩短了冻结期。以往对于多孔隙沥青混凝土的研究主要集中于减少交通噪音、减少雨后道路交通事故、减轻夜晚行车眩光等方面，尚未有人就其进行除冰方面的研究。利用其较良好的透水性能，通过技术手段，加大其表面粗糙度，在试验室条件下达到了良好的除冰效果。

（4）针对河南河北地区的气候特征，设计了除冰路面。气候特征对于该地区的道路结冰有着重要影响，决定了结冰期的长短、冰层的厚度以及人工清除的难度。以往的研究往往忽略气候差异，试图找出一种通用的解决方案。本项目因地制宜、实事求是，针对特定地区

的气候特点，提出解决方案，达到了良好的除冰效果。为除冰技术的研究和应用提供了参考意见。

5.后续研究

（1）改变钢板表面的形状（圆球露出的比例及相互之间的距离）及碾压的力度，找出其规律性，在粗糙度与行车舒适性之间找到平衡点。

（2）对其耐久度、平整度、高温稳定性、低温抗裂性的研究。

（3）对施工工艺的研究。

6.应用展望

这一路面与普通路面相比具有明显的冻结抑制效果，考虑到目前探究的完成程度，在冬季冰雪道路的路面管理中，可以将其与机械除雪、喷洒融雪剂等其他除雪方式并用，适用于如下场所

（1）车辆需要减速或急转弯处，如陡坡路段、城市道路的交叉口、公铁交叉口等。

（2）路面状况变化显著的地方，如隧道出入口，隧道内温度较高，在隧道的出入口处内外温差变化较大。在风力及车辆轮胎的作用下会有部分冰雪进入隧道口，路面容易冻结，与正常路面相比。抗滑性能下降显著，是交通事故高发区。

（3）特别容易冻结的地方，如山涧背阴处、桥面上等。桥面上的路面厚度很薄，路面温度受气温影响较大。道路冰雪容易冻结。影响道路的行驶安全。

（4）需要尽可能减少喷洒融雪剂的地方。如与农耕地相临近的地方或住户密集区等。尽可能减少融雪剂的喷洒量，减少氯盐对农作物及土壤的破坏。

（5）在缺少除雪车或者除雪车无法作业的地方以及喷洒融雪剂困难的地方。

参考文献：

[1]曹东伟，刘清泉，唐国奇，排水沥青路面，人民交通出版社，2010.3

[2]交通部，中华人民共和国行业标准公路沥青路面设计规范，人民交通出版社，2007

[3]伍必庆，道路建筑材料，人民交通出版社，2007.1

[4]刘西雷，沥青路面主动型除冰雪原理及新工艺，交通世界2012年第20期

[5]刘红瑛，郝培文，道路除冰雪技术及其发展趋势，长安大学道路材料与结构国家重点试验室

[6]张姝为，多孔隙沥青混凝土试验研究，海南省交通厅