路面除冰雪技術(shù)與方法綜述

1、路面除冰雪技術(shù)與方法綜述 潘尚啟1 路面除冰雪的背景與意義據(jù)統(tǒng)計，我國約有60%的高速公路冬季存在積雪現(xiàn)象，冬季約15%30%左右的交通事故與路面積雪有關(guān)。嚴重的路面積雪將造成道路關(guān)閉，給道路暢通帶來了嚴重影響，甚至造成巨大的經(jīng)濟損失。有資料顯示，瀝青路面在干燥狀態(tài)下附著系數(shù)約為 0.6，而在積雪狀態(tài)下路面附著系數(shù)為 0.2，在結(jié)冰狀態(tài)下道路的路面附著系數(shù)僅為 0.15。因此，在冰雪路面上汽車容易發(fā)生打滑、跑偏等現(xiàn)象，制動距離顯著延長，車輛的操作穩(wěn)定性和安全性顯著降低，交通事故發(fā)生率較高。調(diào)查統(tǒng)計表明：相比同時期非雪天環(huán)境，冰雪環(huán)境條件下交通事故的傷亡率增加25%，事故率上升100%；冰雪環(huán)境

2、條件下每百萬車輛每公里車輛碰撞、刮擦事故為5.86 起，而處于非雪天環(huán)境，每百萬車輛每公里發(fā)生車輛碰撞、刮擦事故僅為 0.41 起，二者之間的差異高達 13倍之多。2008 年初的全國大范圍雪災(zāi)，給我國特別是南方地區(qū)帶來巨大災(zāi)害。降雪量之大、降雪時間之長、受災(zāi)區(qū)域之廣、造成交通中斷堵塞時間之長，都是百年不遇的，直接經(jīng)濟損失達537.9 億元。受冰雪災(zāi)害的影響，僅福建省就發(fā)生道路交通事故1867起，死亡379人，受傷2000余人，財產(chǎn)損失不計其數(shù)。路面冰雪問題一直困擾著世界各國交通部門，嚴重影響交通、經(jīng)濟及人的出行及工作，人們?yōu)榇俗髁舜罅垦芯?，探索出許多抑制、控制和消除冰雪的技術(shù)和方法。2 路面

3、除冰雪技術(shù)目前，冬季除冰雪的技術(shù)主要有兩種：路面外部技術(shù)和路面內(nèi)部技術(shù)。外部技術(shù)包括清除法和融化法，內(nèi)部技術(shù)主要包括熱力融冰雪技術(shù)和抑制凍結(jié)鋪裝技術(shù)。路面除冰雪技術(shù)分類如圖1所示。圖1 路面除冰雪技術(shù)2.1 路面外部除冰雪技術(shù)2.1.1清除法路面外部清除法包括人工清除法和機械除冰雪法。2.1.1.1 人工清除法人工清除法是最傳統(tǒng)的除冰雪方法，即使用人力來清除路面積雪和結(jié)冰。該方法可以比較有效地除去路面冰凍，但是耗費人力很大，而除冰的效率卻很低，除冰的同時還要限制車輛的行駛，只適用于需要重點清除路段。2.1.1.2 機械除冰雪法機械除冰雪是目前采用的最普遍的方法，可分為機械鏟冰雪和機械吹雪兩類。

4、機械鏟冰雪方法是采用專業(yè)機械設(shè)備對路面冰雪進行清除，專業(yè)設(shè)備工作效率高，適合大面積清除作業(yè)，但是除凈率不理想。高速公路除冰雪機械有：（1）拋投式除雪機，拋投式除雪機的除雪效率，一般20008000噸/小時不等，拋出距離最遠達50米。一般是通過銑刀式或葉輪式轉(zhuǎn)子除雪軸送雪，再利用雪風機和拋雪筒拋雪于運雪車或指定位置。（2）推移式除雪機，它是通過安裝在鏟土機械及車輛前部的推雪鏟刀、除雪犁(V形犁)、路面平整板、側(cè)向排雪板等除雪裝置將雪推走，開出通道或堆積后用卡車運走，或直接將雪推出路邊。另外，還有諸如新型滾軸錐子破冰機、冰雪粉碎機等。機械吹雪方法安全環(huán)保，但機械需求量大，費用高，因此適用范圍較小，

5、通常只適用于機場等便于管理的較小范圍的除雪及未經(jīng)碾壓過的厚度較薄的路面積雪，不適合交通量較大的公路和城市道路除雪。對于公路交通而言，在特殊路段比如橋梁、匝道、長大縱坡、山地區(qū)域等，大型除雪機械的操作和運行都有其局限性。而且國內(nèi)生產(chǎn)的鏟雪機功能單一，設(shè)備利用率低；國外多功能綜合性的除冰雪機械價格昂貴，經(jīng)濟效益較差。加拿大在這方面走在世界前列，它地處北緯地區(qū)，是交通積雪嚴重的國家。他們將信息、計算機、機、電、液一體化高新科技成果都應(yīng)用到除冰雪機械上，向著更加柔性化、智能化、高度自動化的方向發(fā)展，發(fā)明了不少操作便捷、成本低廉、效率較高的除冰雪機械，如智能鏟、吹、灑布多功能計算機控制除冰雪機等。這些機

6、械的發(fā)展和應(yīng)用前景廣闊。 2.1.2 融化法2.1.2.1 人工或機械撒布融雪劑通過在路面上撒布化學藥劑來降低冰雪融點，使冰雪融化，進而清除積雪和積冰，是國際上較常用的一種路面除冰雪的手段。國內(nèi)外常用的融冰雪劑主要有鹽類和醇類。在一定的環(huán)境條件下，撒布融雪劑可以有效清除道路冰雪，改善道路安全狀況，提高道路運輸效率。但是，醇類融雪劑的除冰雪效果受環(huán)境溫度影響較大，并具有反結(jié)冰現(xiàn)象。一旦環(huán)境溫度下降，被融化的積雪會再凍結(jié)成冰，且如果降雪量過大，融雪劑自身很難快速溶解、融化，使得路面更滑，交通安全更加堪憂，同時還導致綜合成本大幅升高。而絕大多數(shù)的鹽類融雪劑產(chǎn)品都存在腐蝕性，易腐蝕破壞道路結(jié)構(gòu)和機動車

7、輛，還會對土壤、水體和大氣等造成污染，破壞生態(tài)環(huán)境。根據(jù)美國和加拿大的一項統(tǒng)計報告，在每年使用1000萬噸融雪劑的情況下，會對道路、車輛造成29億59億美元的損失，對停車場造成0.75億1.5億美元的損失，導致5%10%的植物病變甚至枯死。另外，在2003年，融雪劑的使用曾造成北京4000多棵大樹和4萬多株灌木死亡，草地受害面積達3萬多平方米，直接經(jīng)濟損失1500多萬元。因此，近年來國內(nèi)外都不斷開發(fā)環(huán)保型融雪劑，如美國和加拿大的專家開發(fā)出的生物降解型融雪劑等，具有無毒性和無腐蝕性的特點，可以起到較好的效果。各種融雪劑的性能對比如表1所示?？偟膩碚f，這種中外都采用的傳統(tǒng)方法對冰雪的清除比較徹底，

8、但效率低、費用高，作業(yè)時影響車輛通行及行車安全，不能長時間作業(yè)，適用于雪量較小時或重點、難點路段的冰雪清除。表1 常用融雪劑性能對比融雪劑種類對金屬的腐蝕性/%對水泥的腐蝕性(250次凍融)/%對土壤的影響對地下水的影響最低冰點/融雪速度/%適宜工作的溫度/保持時間（雪前噴灑）/d氯化鈉100100強烈破壞造成土壤板結(jié)鈉質(zhì)增高對人的影響較大-21100-1-101氯化鈣507025強烈破壞土壤150輕度板結(jié)鈣質(zhì)增高對人的影響較小-50150-1-3012氯化鎂40605輕微破壞影響較小鎂質(zhì)增高對人無害-33150-1-2023環(huán)保型融雪劑5201無破壞改良堿性土壤鎂質(zhì)增高對人無害-60200-

9、1-40471.2.2 撒布砂石材料在冰雪路面上撒布一定粒徑的砂石材料，如砂、石屑、爐灰、煤渣和砂鹽混合料等，能提高冰雪路面的摩擦系數(shù)。砂石的存在一方面使冰雪層的凍結(jié)強度不均勻，另一方面，砂石在冰雪層的運動使得雪不易壓實，達到了抗滑的目的。該方法在注重環(huán)保的歐洲，如德國、瑞典、丹麥、芬蘭等國應(yīng)用非常廣泛。山于砂石材料既經(jīng)濟又環(huán)保，且事后清理也較為便捷，故受到這些國家的青睞。2.2 路面內(nèi)部除冰雪技術(shù)2.2.1 熱力和能量轉(zhuǎn)化型融冰雪技術(shù)和方法2.2.1.1 利用外加熱源融冰雪外加熱源融冰雪方法，是利用熱水或者熱融雪劑溶液，將其噴灑在積冰雪高速公路上，不僅利用熱液體的熱能，同時利用和發(fā)揮融雪劑降

10、低冰點的作用，更加迅速地使高速公路上的積雪融化，使得交通能快速恢復(fù)。近年來，除了上述方法，汽車加熱-機械融化法也得到大力研發(fā)。通過汽車供熱裝置加熱液體或者融雪劑溶液，將其噴灑到公路上，然后利用汽車上附加的機械設(shè)備鏟除冰雪和清掃冰雪融化以后的水，這樣就將熱力、融雪劑、機械除雪三者進行有機結(jié)合，大大加快了高速公路融雪化冰的速度和效率，為快速開放交通打下基礎(chǔ)。這項工程已經(jīng)在我國山東省開始研究和應(yīng)用。還可在普通汽車上裝載熱源(如鍋爐、煤氣罐、發(fā)動機蓄電加熱板等)，從熱源處接出氣管，氣管出口端裝接在距地面適當高度處的噴氣管或煤氣燃燒器上。通過從噴氣管噴出的熱蒸汽或點燃煤氣，加熱或燃燒冰雪，使之迅速熔化冰

11、雪，被熔化的水流入路邊下水道。在瑞士AS高速公路Darligen路橋段，以及去首都伯爾尼的機場路上，這個方法作為快速恢復(fù)交通的手段得到重視和應(yīng)用。此類方法融雪化冰雖效果較好，但往往會產(chǎn)生大量的融雪液體(水或者融雪劑溶液)以及融化雪水，這些水進入路面結(jié)構(gòu)時，勢必會對高速公路帶來各種水危害，并且它還是沒有擺脫使用融雪劑所帶來的負面效應(yīng)。另外，新型熱源(如燒煤或天然氣、電加熱器等)加熱燃燒冰雪，其清除冰雪方便有效，省時省力，但這種方法的使用消耗能源較大，還會污染環(huán)境。2.2.1.2 能量轉(zhuǎn)化型融冰雪技術(shù)能量轉(zhuǎn)化型融冰雪技術(shù)是通過能量轉(zhuǎn)化設(shè)備，將其它形式的能量轉(zhuǎn)化為熱能，達到融冰雪的目的?？梢岳玫哪?/p>

12、量主要有工業(yè)電能、太陽能和地熱等多種能量。該項技術(shù)可以提高能源利用率，而且清潔環(huán)保，適合于機場、橋面和高速公路的長大縱坡等局部路段的融冰雪。常見的有發(fā)熱電纜法、太陽能加熱法、土壤源熱管法與電熱絲法、紅外線熱源法、儲能熱流體循環(huán)法等。由于受能量來源的限制，利用土壤源熱管和熱流體循環(huán)技術(shù)、太陽能電管的融冰雪技術(shù)正逐步成為研究熱點。（1）發(fā)熱電纜法。發(fā)熱電纜加熱系統(tǒng)是以電力為能源，發(fā)熱電纜為發(fā)熱體，將電能轉(zhuǎn)化為熱能，通過結(jié)構(gòu)層內(nèi)的導熱將熱量傳到物體表而，再通過物體表而與冰雪之間的顯熱和潛熱交換進行融雪化冰。發(fā)熱電纜加熱系統(tǒng)具有無污染、運行費用低、熱穩(wěn)定性好、控制方便等優(yōu)勢。發(fā)熱電纜用于路而融雪化冰在

13、北歐國家已經(jīng)有所應(yīng)用。（2）太陽能加熱法。太陽能加熱法是夏季將太陽能產(chǎn)生的熱能存儲起來，在冬季里利用所存熱能來融雪化冰。為此需建立一套太陽能融雪系統(tǒng)，該系統(tǒng)由集熱裝置、蓄熱體和融雪裝置三部分組成。集熱裝置的任務(wù)是收集陽光的熱量并將其輸送到蓄熱體中，熱量在蓄熱體中積聚和保存以備冬季融雪用，融雪裝置的任務(wù)是在需要的時候?qū)⒈４嬖谛顭狍w中的熱量輸送到路而下，使路面的溫度升高從而融化路面上的冰雪。但是考慮到經(jīng)濟方而的原因，這種系統(tǒng)還只能用于那些特殊地方的特殊路段。（3）土壤源熱管法與電熱絲法。土壤源熱管融冰雪技術(shù)是在路(橋)面內(nèi)埋置熱管，利用土壤源熱管，經(jīng)地下?lián)Q熱器從地下提取熱土壤中的低位熱能，經(jīng)熱管提

14、升后，通過水泵把溫度較高的流體輸送到路(橋)面內(nèi)的排管循環(huán)換熱系統(tǒng)里面，從而達到路面融冰雪的目的。電熱絲法即在路面上加入電熱絲用于加熱，此方法不需要使用變壓器或服務(wù)設(shè)施，加熱的效果也不錯。（4）導電鋪面法該項技術(shù)是在路面鋪裝材料中摻入聚合物類、碳類或金屬類導電摻合料，目前最常用的是碳類和金屬類（如碳粉、石墨粉、碳纖維、鋼纖維、鋼屑等），國內(nèi)外研究較多的主要是碳纖維砼，使高絕緣性的路面鋪裝材料具備熱和電的感知和轉(zhuǎn)換能力，將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽瑹崮芡ㄟ^鋪面材料與冰雪的接觸面向上傳導，冰雪吸收熱量后溫度逐漸升高，實現(xiàn)融冰雪的目的。該方法是武漢理工大學開發(fā)和提出的，它耗能較大，路面絕緣材料的研究和應(yīng)用還尚

15、待完成，其研究和推廣值得進一步的探討和升華。在國外，美國、日本及北歐一些國家在道路熱源融冰雪技術(shù)領(lǐng)域開展了許多研究和工程實踐。如美國芝加哥O Hare國際機場滑行跑道SNOW FREE融冰雪示范試驗工程，他們進行了循環(huán)熱流體和熱管傳遞等方式的融雪道面研究；冰島國利用豐富的地熱水資源，推廣道路融冰雪工程應(yīng)用，全國和首都雷克雅未克地區(qū)利用面積分別達74萬平方米和46萬平方米；挪威首都奧斯陸GAR-DEREN機場的地源熱管空調(diào)系統(tǒng)和停機坪熱循環(huán)流體融冰雪系統(tǒng)；日本二戶市的高速公路彎坡道路全自動熱融冰雪系統(tǒng)Gaia工程(全自動路面集熱蓄能循環(huán)熱流體融冰雪系統(tǒng))；日本第八技術(shù)咨詢公司與山口大學合作，對U

16、shinogou高速公路隧道出口處融冰雪方案進行研究和比較，最終確定以熱管附帶自然熱源(積聚溫泉水和地熱)的方式為最佳；波蘭Goleniow機場地源熱棒地面融冰雪系統(tǒng)等。我國在公路熱融冰雪研究方面還處于起步階段。1997年，吉林大學率先提出太陽能蓄熱融冰雪在我國北方應(yīng)用的設(shè)想，并不斷在地下蓄能及公路融雪技術(shù)領(lǐng)域開展研究工作。此外，北京市市政工程研究院也在開展發(fā)熱電纜用于橋梁坡道融雪的工程實踐，華瑞科技和愛德姆等公司在發(fā)熱電纜等方面提供技術(shù)支持。但這種能量轉(zhuǎn)換公路融冰雪技術(shù)的能源轉(zhuǎn)換儲存系統(tǒng)目前還是一個難點。此類研究的不足勢必導致單位高速公路工程的造價增大，能源和資源沒有得到充分利用，且應(yīng)用推廣

17、價值欠佳。2.2.2 抑制凍結(jié)鋪裝技術(shù)抑制凍結(jié)鋪裝技術(shù)包括化學類鋪裝技術(shù)和物理類鋪裝技術(shù)?；瘜W類鋪裝技術(shù)是指在瀝青混合料中添加一定量的化學類抑制凍結(jié)材料(鹽化物等)，形成的具有抑制凍結(jié)功能的路面。鹽化物的有效抑制凍結(jié)成分主要為氯鹽(氯化鈉、氯化鈣等)。在毛細管壓力及車輛碾壓作用下,路面內(nèi)部鹽分逐漸析出，從而降低道路表面水的冰點，延緩道路表面積雪結(jié)冰。2.2.2.1 物理類凍結(jié)抑制路面物理類凍結(jié)抑制鋪裝技術(shù)是將橡膠顆粒等彈性材料加入到瀝青混合料中，或者在路面表面嵌入彈性材料，從而改變路面與輪胎的接觸狀態(tài)和路面的變形特性。利用添加的特殊材料的變形能力較強的特性，通過路面在外荷載作用下產(chǎn)生的自應(yīng)力，

18、使路面冰層破碎，從而有效地抑制路面積雪和結(jié)冰，達到路面抗滑的目的。雖然達不到諸如撒布融雪劑、熱力融冰雪以及機械除雪等的除雪效果，但在降雪和凍結(jié)初期效果明顯，在冬季道路管理中，與其他除冰雪方法綜合使用,能達到較好的經(jīng)濟效益。抑制凍結(jié)路面的研究，成為現(xiàn)在道路融雪抗滑研究的一個新方向。采用此項技術(shù)的路面通常分為橡膠顆粒彈性除冰路面、鑲嵌類鋪裝技術(shù)路面和粗糙型鋪裝技術(shù)路面。2.2.2.1.1 橡膠顆粒彈性除冰路面橡膠顆粒彈性除冰路面是將廢舊橡膠輪胎破碎成一定形狀和粒徑的顆粒，以骨料的形式直接添加于瀝青混合料中，用以代替部分集料而形成的新型的除冰路面。由于橡膠顆粒瀝青混合料中的橡膠顆粒具有較大的彈性變形

19、能力，可以有效提高路面的變形能力，改善冰雪與路面的粘結(jié)狀態(tài)，在車輛荷載作用下通過自應(yīng)力可以有效抑制路面積雪結(jié)冰。橡膠顆粒彈性除冰路面經(jīng)濟性好、綠色環(huán)保、除冰較為徹底、同時兼具優(yōu)良的振動衰減性能和一定的吸聲性能，可以用于路面降噪，這些諸多優(yōu)點使其在多種路面除冰雪方式中脫穎而出，成為新型除冰路面的必然發(fā)展趨勢。（一） 橡膠顆粒彈性除冰路面研究現(xiàn)狀對于橡膠顆粒瀝青混合料技術(shù)的研究開始于上世紀80年代末期。Heitzman 嘗試將 6.4mm0.85mm 的橡膠顆粒直接加入到斷級配瀝青混合料中用來代替部分石料，并將其用作磨耗層；Van Kirk, Jack L 等人將一定粒徑的橡膠顆粒摻于密級配瀝青混

20、合料中，用來代替部分石料以滿足級配要求，同時部分改善瀝青性能。該方法要求用于面層鋪裝的瀝青混合料中的橡膠顆粒的摻量不能大于混合料質(zhì)量的 2%，且橡膠顆粒的粒徑偏細，主要是替代混合料中的細集料部分。利用該方法，佛羅里達州、紐約州、俄勒岡州和安大略州分別修筑了試驗路段。美國工程兵寒冷地區(qū)工程實驗室研究發(fā)現(xiàn)，橡膠顆粒彈性路面可以通過自身的大變形特性達到除冰的目的。研究將 4.75mm9.5mm 的橡膠顆粒添加入混合料中，并對不同橡膠顆粒摻量的瀝青混合料進行了相關(guān)試驗。試驗結(jié)果表明，橡膠顆粒用量越多，除冰雪效果越明顯。但由于未能很好的解決混合料的成型和耐久性等問題，該方法仍處于室內(nèi)試驗階段。加利福尼亞

21、州運輸部采用細度較大的橡膠顆粒替代混合料中的部分細集料拌制瀝青混合料，修筑了4條試驗路段，雖然均不同程度的出現(xiàn)了裂縫和車轍等破壞，但總體情況好于傳統(tǒng)的密級配瀝青路面。明尼蘇達州運輸部于 1989 年開始，也鋪筑了橡膠顆粒彈性除冰路面，橡膠顆粒的摻量為 2%，實踐證明，路面的除冰雪效果不明顯，但其他路用性能良好。此后德克薩斯州、華盛頓州、安大略等地也先后鋪筑了橡膠顆粒路面，但路用性能和除冰雪效果都不理想。日本的做法是在剛完工的瀝青路面上鋪撒直徑2cm的橡膠顆粒，用壓路機將其壓入瀝青路面，橡膠顆粒有小部分露出路面，增加了路面的摩擦力。同時，車輛荷載的作用使橡膠顆粒變形，車輛通過后的反彈力使冰破碎。

22、1998年在東京-長野的高速公路上鋪筑了試驗路段。研究結(jié)果表明，此項技術(shù)可以有效地清除路面積雪結(jié)冰，提高路面抗滑能力。但此種路面的耐久性差，橡膠顆粒極易從路面表面脫落，造成路面平整度下降，甚至松散、坑槽。在我國，對于廢舊輪胎橡膠在路面工程中的應(yīng)用研究主要集中在橡膠粉改性瀝青及其混合料的研究，對于橡膠顆粒瀝青混合料的研究較少。自 1998 年，哈爾濱建筑大學開始了廢舊輪胎橡膠顆粒瀝青混合料技術(shù)的探索性研究。劉曉鴻首先通過室內(nèi)試驗對橡膠顆粒瀝青混合料的路用性能和除冰性能進行了研究，結(jié)果表明橡膠顆粒瀝青路面具有一定的除冰效果。但關(guān)于橡膠顆粒的物理力學性質(zhì)、混合料的成型工藝及除冰雪機理等尚未開展研究；

23、除冰效果的研究也僅限于室內(nèi)靜載試驗，與實際情況有一定差別，缺乏實體工程檢驗。 2006 年，哈爾濱工業(yè)大學周純秀等對橡膠顆粒瀝青混合料的性能和彈性除冰路面的除冰性能進行了研究。研究首先從橡膠顆粒自身的技術(shù)性質(zhì)入手，得出了橡膠顆粒的生產(chǎn)工藝、顆粒形狀和表面特性等因素對混合料性能的影響；進而對橡膠顆粒瀝青混合料的路用性能進行了驗證，結(jié)果表明其各項性能指標均能滿足規(guī)范要求，且間斷級配性能更佳；該研究還提出了針對橡膠顆粒瀝青混合料的成型工藝、施工工藝；初步分析了橡膠顆粒彈性路面的除冰機理，采用室內(nèi)試驗對除冰效果進行了驗證，并鋪筑了試驗路。2009 年，長安大學的張洪偉對橡膠顆粒的技術(shù)性質(zhì)、橡膠顆粒瀝青

24、混合料的路用性能、除冰機理和試驗儀器開發(fā)等方面進行了研究，并與陜西省交通建設(shè)集團合作，在藍商高速秦嶺隧道右線出口 K71+045K71+435 處，長度 390m，鋪設(shè)了橡膠顆粒除冰試驗路。 2011 年，河北省交通規(guī)劃設(shè)計院與石家莊市第六市政建設(shè)有限公司合作，完成了自除冰瀝青路面技術(shù)研究課題，對橡膠顆粒的表面活化、橡膠顆粒瀝青混合料的生產(chǎn)工藝、橡膠顆粒瀝青混合料的級配組成、橡膠顆粒瀝青混合料的路用性能和橡膠顆粒瀝青路面的除冰效果進行了分析，提出了采用環(huán)烷油預(yù)處理橡膠顆粒和添加橡膠維他連接劑兩種提高路面耐久性的措施，并在石家莊市環(huán)城公路南環(huán) K62+200K63+200 外側(cè)輔道鋪筑了試驗路。

25、 綜合國內(nèi)外關(guān)于橡膠顆粒彈性除冰路面的研究應(yīng)用情況可以發(fā)現(xiàn)，目前國內(nèi)外關(guān)于此項技術(shù)均處于探索和研究階段，在各個方面均不成熟，并沒有形成一套完整的設(shè)計施工標準和規(guī)范，造成了國內(nèi)外為數(shù)不多的試驗路大部分在短期使用后出現(xiàn)了不同程度的損壞，綜合分析研究現(xiàn)狀主要存在以下幾點不足： （1）沒有深入地分析彈性路面早期破壞嚴重的真正原因，未提出有效的改善措施和方法；（2）對于針對橡膠顆粒瀝青混合料的耐久性的分析和相應(yīng)的耐久性評價指標和方法的分析還存在諸多不足； （3）對于橡膠顆粒彈性除冰路面來說，混合料的彈性模量直接影響路面的除冰能力和效果，對于不同混合料的彈性模量與除冰能力的具體關(guān)系缺乏深入的研究。（二）

26、橡膠顆粒瀝青混合料配合比設(shè)計及路用性能橡膠顆粒在密度、吸油量和力學性能等方面與石料有很大不同，而橡膠顆粒這些自身性能均會對混合料的性能產(chǎn)生很大影響。橡膠顆粒的密度約為 1.15 g/cm3，而礦質(zhì)集料的密度在 2.53.0 g/cm3，兩者相差甚遠，為保護原有級配組成及嵌擠結(jié)構(gòu)，通常采取同體積橡膠顆粒置換的方法完成礦質(zhì)混合料和橡膠顆粒的級配組成設(shè)計。為了彌補被橡膠顆粒吸收的瀝青，需要增加瀝青用量，所以最佳瀝青用量較普通瀝青混合料要大一些，可達到5%-6.5%。加入橡膠顆粒以后，混合料的動穩(wěn)定度整體有所提高，這種現(xiàn)象主要源于橡膠顆粒的良好的變形恢復(fù)能力，且連續(xù)級配混合料提高的程度要大于間斷級配；

27、對于同一種級配類型的橡膠顆粒瀝青混合料，橡膠顆粒用量并非越多越好。加入橡膠顆粒以后，混合料的低溫抗裂性能有所提高，主要是因為橡膠比石料的應(yīng)力松弛性能要好得多，在溫度急劇下降時，能夠減少路面裂紋的產(chǎn)生。橡膠顆粒彈性路面目前最大的問題在于在使用初期出現(xiàn)嚴重的松散剝落現(xiàn)象，即耐久性不足。在采用常規(guī)試驗方法評價橡膠顆粒瀝青混合料的水穩(wěn)定性和抗飛散性能時，其性能雖然有所下降，但均能滿足規(guī)范要求，而實際使用過程中橡膠顆粒瀝青路面仍經(jīng)常出現(xiàn)早期松散剝落破壞的現(xiàn)象，這是因為橡膠顆粒瀝青路面和普通瀝青路面在荷載作用下，內(nèi)部細觀結(jié)構(gòu)受力和變形特點不同，現(xiàn)行規(guī)范條文是針對普通瀝青混合料而制定的，并不適用于橡膠顆粒瀝

28、青混合料。國內(nèi)外關(guān)于橡膠顆粒瀝青混合料耐久性的研究較少，相關(guān)文獻中提出修正的短期老化方法，對比未經(jīng)老化和經(jīng)過老化的橡膠顆粒瀝青混合料的劈裂抗拉強度比，來表征老化對橡膠顆粒瀝青混合料的水穩(wěn)定性能的影響；又通過室內(nèi)磨耗試驗后測得的磨耗深度和擺值來評價橡膠顆粒瀝青混合料的磨耗耐久性，研究了不同瀝青用量和不同橡膠顆粒用量對磨耗深度和擺值的影響。日本通過不同曝露時間后混合料的動穩(wěn)定度來評價橡膠顆粒瀝青混合料的除冰耐久性。河北省交通規(guī)劃設(shè)計院提出修正的凍融劈裂試驗和修正的肯塔堡飛散試驗，即對經(jīng)過不同凍融循環(huán)次數(shù)和經(jīng)過不同養(yǎng)生次數(shù)的試件進行試驗，分析其抗水損害性能和抗飛散性能的優(yōu)劣。姚莉莉在已有相關(guān)研究工作

29、的基礎(chǔ)上，從橡膠顆粒彈性路面與普通瀝青路面的本質(zhì)區(qū)別高彈特性出發(fā)，對橡膠顆粒彈性路面的耐久性提出新的見解。其認為橡膠顆粒彈性除冰路面破壞的過程首先是因為彈性路面自身材料組成的特殊性，在行車荷載反復(fù)作用下橡膠顆粒反復(fù)地壓縮和回彈，導致橡膠顆粒和瀝青接觸的邊緣剝離而造成大量細微的縫隙，再加上雨水的浸泡和動水壓力的作用，從而造成路面表面出現(xiàn)松散剝落的破壞現(xiàn)象。并提出了針對橡膠顆粒瀝青混合料耐久性的試驗方法，即增加旋轉(zhuǎn)次數(shù)的飛散試驗和飛散后浸水飛散試驗。并以這兩個實驗的指標作為評價橡膠顆粒瀝青混合料的耐久性指標，需同時滿足才能說明混合料的耐久性滿足要求。增加旋轉(zhuǎn)次數(shù)的飛散試驗，即將飛散次數(shù)增加到 10

30、00 次（連續(xù)級配）或 1500 次（間斷級配），針對使用普通瀝青的普通瀝青混合料、使用普通瀝青的橡膠顆粒瀝青混合料和使用 TPS 高粘瀝青的橡膠顆粒瀝青混合料三種混合料，進行耐久性分析。結(jié)果表明，使用 TPS 高粘瀝青后橡膠顆粒瀝青混合料的抗飛散性能明顯改善。飛散后浸水飛散試驗，即先進行 500 次（連續(xù)級配）或 800 次（間斷級配）飛散試驗，將試驗后的試件再進行浸水飛散試驗，再旋轉(zhuǎn) 500 次（連續(xù)級配）或 1000 次（間斷級配），同樣對以上三種混合料進行耐久性試驗，結(jié)果表明，使用 TPS 高粘瀝青后橡膠顆粒瀝青混合料的抗水損害性能明顯改善。（三） 橡膠顆粒彈性除冰路面除冰能力及效果周

31、純秀在其博士論文中也對分布在路面表面的橡膠顆粒如何除冰采用有限元方法進行了數(shù)值模擬分析，發(fā)現(xiàn)路面表面的冰層受力不均勻，在橡膠顆粒的位置處出現(xiàn)明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象，橡膠顆粒表面的冰層呈現(xiàn)受拉狀態(tài)，其最大拉應(yīng)變和最大剪應(yīng)變均出現(xiàn)在橡膠顆粒的角隅處。其通過室內(nèi)除冰雪試驗，對橡膠顆粒瀝青路面除冰雪效果進行了試驗觀測研究，結(jié)果表明橡膠顆粒瀝青路面的除冰雪效果是橡膠顆粒單體作用和路面整體變形共同作用的結(jié)果，其除冰雪性能受多因素影響，橡膠顆粒摻量和面層厚度越大，橡膠顆粒瀝青路面的除冰雪效果越好，反之則效果變差；基層類型的變化，對橡膠顆粒瀝青路面的除冰雪性能影響顯著，柔性基層條件下橡膠顆粒路面的除冰雪效果較好。

32、橡膠顆粒瀝青路面的除冰雪效果是有一定適用范圍的，當冰膜厚度大于9mm或溫度低于-12時，橡膠顆粒瀝青路面的除冰雪性能失效。張洪偉所在課題組研發(fā)的路面破冰試驗儀STAP(Simulating Tester for Antifreeze Pavement)，可以室內(nèi)模擬試驗驗證各種形式路面的破冰能力。其借助路面破冰模擬試驗儀進行了抑制凍結(jié)試驗和破冰試驗，結(jié)果表明橡膠顆粒除冰雪瀝青路面與普通瀝青路面相比不易結(jié)冰，且路面結(jié)冰后冰層易破碎。橡膠顆粒瀝青混合料的抑制結(jié)冰能力、破冰能力與混合料回彈模量具有很好的相關(guān)性，回彈模量越低抑制結(jié)冰能力、破冰能力越強。2.2.2.1.2鑲嵌類鋪裝技術(shù)在普通瀝青路面鋪筑

33、完成后，通過一定的施工工藝將彈性材料鑲嵌在路面表面，單純利用彈性變形降低冰雪對路面的粘結(jié)程度，提高冰雪破碎的幾率，從而達到破除路面積雪結(jié)冰的目的。 在鋪筑的瀝青混凝土表面按一定間距開一個直徑50 mm、深25 mm的小洞，然后壓入同樣尺寸的橡膠小圓柱體，并同時用纖維添隙料填充。在結(jié)冰后只要行車碾壓，由于橡膠的彈性，冰層就會自動破裂。在開級配瀝青混合料中，用聚氨基甲酸乙酷浸透后鋪筑或在薄面層鋪筑后，以刻槽形式壓入聚氨基甲酸乙酷彈勝層。以其彈性和光滑避免了冰雪的附著，從而提高了抗冰凍的能力。日本道路建設(shè)公司還研究了一種利用橡膠顆粒防止路而凍結(jié)而避免車輛打滑的技術(shù)。其方法是在剛完工的瀝青路而上鋪撒直

34、徑2 cm的五角形橡膠顆粒，用壓路機將其壓入瀝青路而。壓入路而內(nèi)的橡膠顆粒有小部分露出路面，增加了路面的摩擦力。同時，車輛荷載的作用使橡膠顆粒變形，車輛通過后的反彈力使冰破碎，從而防止路而打滑。1998年在東京一長野的高速公路上鋪筑了試驗路段。研究結(jié)果表明，此項技術(shù)可以有效地清除路而積雪結(jié)冰，提高路而抗滑能力。鑲嵌類鋪裝技術(shù)雖然具有一定的除冰雪效果，但由于在鑲嵌橡膠塊的過程中會破壞路面原有的狀態(tài)，橡膠塊周圍會出現(xiàn)薄弱面，在行車荷載的作用下，橡膠顆粒極易從路而表面脫落，造成路面平整度下降，甚至出現(xiàn)松散、坑槽。2.2.2.1.3粗糙型鋪裝技術(shù)采用大粒徑、開級配瀝青混凝土鋪筑而層，增加面層的粗糙度。

35、冰凍后，行車碾壓時，水平力的作用使結(jié)凍層很快被磨耗掉，也增加了制動效果。具體有以下幾種方式。（1）深用大粒徑的半開級配瀝青混凝土鋪筑而成。結(jié)冰后行車時，輪胎和路而間的局部顆粒作用，使結(jié)冰層承受不均勻受力，而成為凸形形狀及破碎。一般采用改性瀝青混合料，空隙率在10%-20%石左右。（2）將一定數(shù)量的堅硬的廢舊陶瓷屑填入熱拌瀝青混合料進行面層鋪筑或罩面，從而提高抗冰凍和抗滑作用。（3）深用間斷級配瀝青混凝土鋪筑，細料成分較少，分為25F和13F兩種，相當于我國的AC25，AC13表而粗糙，具有一定抗滑效果。 粗糙型鋪裝技術(shù)曾經(jīng)在日本扎幌市除冰雪路而中有所應(yīng)用，同時進行了除冰雪性能、抗滑性與耐久性方

36、而的研究。2.2.2.2 化學類凍結(jié)抑制路面化學類凍結(jié)抑制路面是指通過在瀝青混合料中摻入具有抑制凍結(jié)效果的化學類材料所形成的具有凍結(jié)抑制功能的路面。此種路面能夠降低表面冰點，在較低的溫度條件下融化路面表面積雪，使積雪與路面之間變得松散，提高除雪作業(yè)效率，從而確保車輛行駛安全。國外在添加蓄鹽材料的瀝青混合料的研究中發(fā)展較快，應(yīng)用也比較廣泛，日本及歐洲一些國家已經(jīng)將研發(fā)的產(chǎn)品應(yīng)用于路面鋪筑。歐洲、美國、加拿大、日本等15個國家在上世紀70至80年代間，對300多個城市的道路路面進行一系列研究后，瑞士首先成功的在路面中添加了一種氯化鈣化學復(fù)合填料Verglimit防凍劑，俗稱V-260。日本在國外研

37、究的基礎(chǔ)上研發(fā)了Mafilon，并于1986年首次在山形縣鋪筑粉體鹽化物瀝青路面，90年代初期成功的進行了本土化研究。隨著新型化學類凍結(jié)抑制材料研究的逐漸深入，鹽化物瀝青路面在日本大部分地區(qū)進行了成功推廣，截止到2002年3月，日本國內(nèi)鹽化物瀝青路面施工事例超過2000例，鋪筑面積約380萬平米。同時，日本對國內(nèi)鹽化物瀝青路面做了長期跟蹤監(jiān)測檢驗，1996年，日本對國內(nèi)1990年鋪筑的一條密級配鹽化物瀝青路面(AC-13F，鹽化物添加量為8%)進行了6年的跟蹤調(diào)查，采集了自1990年至1996年凍結(jié)抑制路面施工6年后的鹽分變化數(shù)據(jù)。相比于國外，我國相應(yīng)的研究尚處于起步階段，長安大學新型路面研究

38、所在國內(nèi)最早開展了對鹽化物摻配比例、鹽化物混合料級配設(shè)計、鹽化物混合料路用性能、融雪效果評價、自主鹽化物研發(fā)等方面的技術(shù)研究，2007年進行了試驗段實體工程研究，并于2012年率先進行鹽化物瀝青路面的耐久性與融雪持久性研究。（一）化學類凍結(jié)抑制材料的主要類型化學類凍結(jié)抑制材料的有效凍結(jié)抑制成分主要為鹽分（氯化鈉、氯化鈣等）通過不同的加工工藝將鹽分加工成顆?；蛘叻勰┑炔煌问剑砑拥綖r青混合料中，主要類型如下:1、用水泥將鹽分固化成不同粒徑的顆粒,通常用于置換混合料中4.7513.2mm、2.364.75mm的碎石，添加量約為8%，鋪筑后這種特殊骨料中鹽分的逐漸析出使路面具有凍結(jié)抑制功能；2、鹽

39、分以顆粒形式表面裹油后置換混合料中10mm以下的骨料和填料，凍結(jié)抑制材料的有效成分從路面表面逐漸析出，從而發(fā)揮凍結(jié)抑制功能，代表產(chǎn)品有V-260，其耐熱性能好，能夠適應(yīng)改性瀝青混合料的高溫性能；3、用多孔結(jié)構(gòu)的火成巖包裹鹽分，研磨成粉末狀顆粒置換混合料中的填料，鹽分充分分散在混合料中，有效成分逐漸從路面表面析出，從而持續(xù)發(fā)揮凍結(jié)抑制效果，添加量為6%8%，代表產(chǎn)品有Mafilon，簡稱MFL。（二）路面的適用范圍化學類凍結(jié)抑制路面主要是通過鹽分的析出來有效降低路面冰雪的冰點，使冰雪融化后與路面脫離。在降雪量較小或路面凍結(jié)開始階段，這種路面與普通路面相比具有明顯的凍結(jié)抑制效果，但當短時間內(nèi)降雪量

40、較大或者溫度變化特別顯著時，卻不能夠達到如熱力學融雪、機械除雪和撒布融雪劑等除雪方法帶來的路面裸露效果。因此，在冬季冰雪道路的路面管理中，為了保證道路的交通暢通，確保車輛行駛安全，需要將其與機械除雪、噴灑融雪劑等其他除雪方式并用，適用于如下場所：1、車輛需要減速或急轉(zhuǎn)彎處，如陡坡路段、城市道路的交叉口、公鐵交叉口等；2、路面狀況變化顯著的地方，如隧道出入口，隧道內(nèi)溫度較高，在隧道的出入口處內(nèi)外溫差變化較大，在風力及車輛輪胎的作用下會有部分冰雪進入隧道口，路面容易凍結(jié)，與正常路面相比，抗滑性能下降顯著，是交通事故高發(fā)區(qū)；3、特別容易凍結(jié)的地方，如山澗背陰處、橋面上等，橋面上的路面厚度很薄，路面溫

41、度受氣溫影響較大，道路冰雪容易凍結(jié)，影響道路的行駛安全；4、需要盡可能減少噴灑融雪劑的地方如與農(nóng)耕地相臨近的地方或住戶密集區(qū)等，盡可能減少融雪劑的噴灑量，減少氯鹽對農(nóng)作物及土壤的破壞；5、在缺少除雪車或者除雪車無法作業(yè)的地方以及噴灑融雪劑困難的地方。（三）路面凍結(jié)抑制材料的作用機理化學類凍結(jié)抑制材料的有效凍結(jié)抑制成分主要是氯化鈉。氯化鈣等易溶鹽，由于路面結(jié)構(gòu)空隙的存在，水分逐漸進入混合料內(nèi)部，使得有效凍結(jié)抑制成分溶解。在毛細管壓力及車輛碾壓作用下，易溶鹽溶液從瀝青混合料內(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擴散，從而降低道路表面的冰點，延遲道路表面積雪結(jié)冰，并能在較低的溫度條件下使

42、道路表面冰層與路面脫離。析出的易溶鹽也逐漸隨著輪胎滾動和路面表面的流水而流失。 同時，輪胎的反復(fù)碾壓和流動的降雨或降雪加速了可溶鹽的濃度擴散，從而加速了有效凍結(jié)抑制成分的散失。溫度升高，離子擴散速度加快，易溶鹽擴散加速。因此，夏季高溫多雨是化學類凍結(jié)抑制路面有效凍結(jié)抑制成分散失的主要原因。最后，總結(jié)不同類型路面除冰雪技術(shù)的優(yōu)缺點，如表2所示。表2 不同類型除冰雪方法及各自特點融雪化冰方法優(yōu)點缺點清除法人工清除法除雪較徹底效率低、影響交通、浪費人力機械清除法機械設(shè)備鏟雪除雪面積大、速度較快清除不徹底、影響交通、設(shè)備昂貴且閑置時間長、經(jīng)濟效益差機械吹雪除雪安全環(huán)保使用范圍小、費用高融化法化學融化法

43、氯化物融化法材料來源廣泛、價格便宜降低路面耐久性、污染環(huán)境、影響路面的抗滑性能環(huán)保型融雪劑環(huán)保、融雪較氯鹽快價格昂貴難以推廣添加鹽化物技術(shù)較長時間內(nèi)防積雪、降低除冰難度難以保證瀝青路面本身的性能、添加量有限熱融化法地熱管法利用清潔能源、綠色環(huán)保融雪效率低、初期投入大、且耐久性較差紅外線管加熱法自動融雪、易于控制升溫過于遲緩且受外部風向的影響大、現(xiàn)已基本不用電熱絲法不需變壓器等服務(wù)設(shè)施、加熱效果好電熱絲易被行車荷載破壞、不易維修、限制了其應(yīng)用導電砼法自動融雪、綠色環(huán)保安全性不好、價格昂貴、不易控制流體加熱法利用自然熱水源或太陽能加熱、綠色環(huán)保系統(tǒng)本身與安裝價格昂貴、換熱管道易滲漏而影響加熱效果抑制凍結(jié)鋪裝橡膠顆粒填充自應(yīng)力有效抑制路面積雪結(jié)冰、路面性能得到改善、低噪環(huán)保路面不易達到充分密實，不能移除冰雪鑲嵌類鋪裝路面抗冰凍、抗滑破壞路面原有狀態(tài)，填充物易脫落，路面易出現(xiàn)松散、坑槽粗糙型鋪裝一定的抗凍、抗滑效果路面空隙率大