抗凝冰劑/低冰點材料（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，國內(nèi)冬季低溫冰雪凍害對交通運輸?shù)挠绊懭找鎳乐?。?/span>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條國道21條共4萬公里遭到嚴重影響；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)濟損失高達100億以上。在除冰過程中需要通過大量的人力物力進行作業(yè)，而大量采用融雪鹽會對路面結(jié)構(gòu)物、自然環(huán)境和人類健康產(chǎn)生持續(xù)性損害；機械作業(yè)又存在難以**除冰、對路面損害較大等影響。因此采用主動長效、安全環(huán)保的除冰雪技術(shù)將成為重要的解決方案。
二、抗凝冰材料簡介
抗凝冰材料是在國外相關(guān)技術(shù)上進行改進研發(fā)生產(chǎn)的新型主動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融冰除雪，在積雪路段、低溫暗冰路段、長大縱坡等特殊路段上發(fā)揮長效作用。
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。降雪時抗凝冰材料的鹽分通過滲透壓作用和毛細管現(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配組成。其特征指標如表1所示。
表1 抗凝冰材料的性質(zhì)與特征
性質(zhì) | 真密度 | 2.25~2.35 | |
堆積密度 | 0.93~0.99 | ||
粒度級配 | 篩孔 | 通過質(zhì)量百分比（%） | |
150μm以下 | 90以上 | ||
75μm以下 | 75~90 | ||
pH | 8.0~8.5 | ||
水分含量 | 0.5%以下 | ||
外觀 | 粉末狀 | ||
主要成分 | 氯化鈉、碳酸鈣、三氧化二鐵等 | ||
四、抗凝冰材料的緩釋作用機理及主要特點
作用機理
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
1、替代礦粉摻入瀝青混凝土中，對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、長效主動除冰融雪，經(jīng)濟效益明顯。持續(xù)有效時間達到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，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，可實現(xiàn)路面溫度降至-5℃~-20℃時不易結(jié)冰，并可長效發(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、車轍動穩(wěn)定度、凍融劈裂殘留強度比、殘留穩(wěn)定度、低溫彎曲試驗**應(yīng)變、滲水系數(shù)等指標，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℃時相對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℃時防冰效果稍差）
＊經(jīng)實際觀測，抗凝冰瀝青混合料的抗凝冰有效時間可達5到10年。
七、抗凝冰材料的工程案例
自抗凝冰材料在國內(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、甘肅等全國十余個省市得以驗證并使用。各地道路科研機構(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內(nèi)復(fù)雜環(huán)境中的良好適應(yīng)性。
1、大廣高速項目
該項目位于大廣高速黑龍江大慶至肇源段，工程項目地處嚴寒地區(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 大廣高速項目
項目試驗路段為大廣高速的單幅路面中60米長的一段，在右幅 K108+810—K108+875（施工樁號）。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Σ哐芯?/span> 》的依托工程，交通部公路科學(xué)研究院在該項目完成后對該項目的融釋技術(shù)、**摻入比例都進行了一系列研究，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、青銀高速項目
該項目位于青銀高速山東濟南至聊城段，工程項目位于團結(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，在鋼蝕試驗中低于自來水腐蝕，能有效減少對橋梁的危害。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)。施工地點位于中心樁號為 K398+205 的團結(jié)河大橋，試驗段選在下行道（南幅）的超車道及行車道，寬度共8.5米，長度180米，厚度0.04米。由山東高速路橋養(yǎng)護有限公司施工。
3青銀高速項目
工程完成后經(jīng)室內(nèi)試驗和現(xiàn)場檢測，熱拌瀝青混合料馬歇爾試驗指標、水穩(wěn)定性、車轍試驗動穩(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)量控制標準的要求。施工完成后對路面進行硝酸銀滴定試驗，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、浙江湖州項目
該項目為同濟大學(xué)交通運輸工程學(xué)院與當(dāng)?shù)毓房蒲袡C構(gòu)合作的橋面鋪裝項目，項目后續(xù)試驗檢測均由同濟大學(xué)完成。
浙江湖州的東泊橋（又名王家斗橋）項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K11+483，配跨13+3×10+13m，全長56m，寬9.5m。根據(jù)施工圖設(shè)計方案，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 浙江湖州項目
該項目完成后，同濟大學(xué)交通運輸工程學(xué)院的試驗檢測表明：混合料中鹽化物的滴定試驗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)場取樣的室內(nèi)路用性能試驗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，凍融劈裂強度比指標能夠滿足技術(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，起到抑制凍結(jié)的作用。
2015年冬，湖州迎來**場雪，該橋面表面完全無積雪，與普通路段對比鮮明。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，并在湖州日報和湖州晚報中得以報導(dǎo)。
4、新疆市政項目
該項目位于新疆烏魯木齊三屯碑，是市政道路二標高架橋匝道工程。新疆烏魯木齊當(dāng)?shù)囟練夂驀篮?，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高架橋K1+190處psw004~007，寬6m，長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 新疆市政項目
該項目完成后，經(jīng)新疆交建集團進行的檢測表明，該路段瀝青混合料完全滿足相關(guān)規(guī)范及設(shè)計要求。2016年11月新疆迎來優(yōu)場大雪，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的爭相報導(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。
抗凝冰材料產(chǎn)品應(yīng)用路段匯總（國內(nèi)） | |||
序號 | 鋪設(shè)地點 | 位置 | 類型 |
1 | 黑龍江—大慶 | 大廣高速（大慶往肇源方向）K108起 | 新建 |
2 | 北京—昌平區(qū) | 京藏高速山羊洼橋 | 養(yǎng)護 |
3 | 河北—張家口 | 張承高速（單幅，張家口往承德方向）K90起 | 新建 |
4 | 江蘇—淮安 | 寧宿徐高速 | 養(yǎng)護 |
5 | 浙江—湖州 | 和孚王家斗橋 | 養(yǎng)護 |
6 | 山東—泰安 | 泰山索道路段 | 養(yǎng)護 |
7 | 山東—德州 | 山東省高速（團結(jié)河大橋路段） | 養(yǎng)護 |
8 | 山東—威海 | 鴻遠公路王家河立交橋 | 新建 |
9 | 山東—萊蕪 | 濱萊高速萊蕪段 | 養(yǎng)護 |
10 | 新疆—烏魯木齊 | 三屯碑2標 | 新建 |
11 | 北京—昌平區(qū) | 南雁路S219，21公里處，菩薩鹿村村口向北 | 養(yǎng)護 |
12 | 山西—忻州 | 五寨 | 新建 |
13 | 湖南—吉優(yōu) | 茶吉高速 | 養(yǎng)護 |
14 | 河北—保定 | 保津高速 | 養(yǎng)護 |
