一种氯盐型抗凝冰罩面铺筑及其融雪化冰有效性预测方法与流程

本发明属于道路工程，特别涉及一种氯盐型抗凝冰罩面铺筑及其融雪化冰有效性预测方法。

背景技术：

1、据统计，中国冬季70％以上的公路会受到冰雪天气的影响。预防冬季道路积雪结冰，提高冰雪天气道路的通行能力和安全性成为了冬季道路养护部门的首要工作。目前，针对路面积雪凝冰现象，传统人工清除、机械清除及撒布融雪剂等均为被动式融雪除冰方法，耗时耗力并且效率不高，近年来主动式融雪化冰罩面技术成为发展新业态。

2、抗凝冰罩面材料，较传统的抗凝冰沥青混合料大幅减少了抗凝冰剂用量，节约成本。通过预先主动在罩面材料中添加抗凝冰剂，在渗透压和行驶车辆不断摩擦碾压的作用下，抗凝冰剂会逐渐析出并在路表形成隔离层使道路表面水的冰点下降，从而使路面具有融雪化冰的功能。同时由于罩面层薄，既可用于新建路面，也可用于旧路面的养护，属于建养通用型技术。后期维护时，方便清理，维护修复简单。

3、抗凝冰罩面技术的关键在于所加入的抗凝冰剂。抗凝冰剂的具体类型以及其在路面的扩散析出情况直接影响着融雪化冰的效果及有效性。通常以氯化钠为主的传统氯盐型抗凝冰剂的原料廉价易得、融雪化冰效果显著。目前在国内外众多抗凝冰剂产品的使用中，氯盐型抗凝冰剂仍是主流产品，约占市场份额的90％。

4、然而抗凝冰罩面中具有融雪化冰功效的抗凝冰剂的析出受多重因素影响，且经历长时间的车辆碾压及雨水冲刷，抗凝冰剂会不断析出。所铺罩面服役多久后仍具有融雪化冰的效果不得而知。加之近年来抗凝冰剂尤其是缓释型抗凝冰剂的使用，使得抗凝冰剂内部盐化物析出速率更是难以获取。上述黑箱问题直接导致目前对抗凝冰罩面融雪化冰有效性难以估量预测，这成为掣肘抗凝冰技术在道路领域广泛推广的技术难题。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种氯盐型抗凝冰罩面铺筑及其融雪化冰有效性预测方法。本发明通过预先主动在罩面材料中添加抗凝冰剂，使得所铺罩面在延长路面使用寿命的同时具有融雪化冰的功能。针对道路融雪化冰有效性难以预测的技术问题，本发明可对所铺抗凝冰罩面融雪化冰有效性进行有效预测。

2、所述氯盐型抗凝冰罩面由集料、水泥或消石灰、胶结料和抗凝冰剂组成；水泥或消石灰的质量不超过集料质量的5％，胶结料的质量是集料质量的5-15％，抗凝冰剂的质量是集料质量的0.1-5％；所述集料按质量份由30-65份粒径5-10mm集料、20-50份粒径3-5mm集料和15-55份粒径≤3mm集料组成。

3、所述集料选自玄武岩、石灰岩、花岗岩、石英岩、正长岩、闪长岩、辉绿岩、白云岩、片麻岩中的一种或几种；其中粒径≤3mm集料中20-80wt％为符合粒径要求的金属颗粒。

4、所述胶结料为乳化沥青、改性乳化沥青、液体沥青中的一种或几种。

5、所述抗凝冰剂为含氯有机盐、含氯无机盐中的一种或几种，但不包括cacl2。

6、所述氯盐型抗凝冰罩面的铺筑施工工艺为：首先将集料和抗凝冰剂于搅拌设备中充分混合均匀，然后加水润湿，再将水泥或消石灰、胶结料加入混匀后进行罩面的摊平施工，待干燥后可开放交通。

7、所述氯盐型抗凝冰罩面融雪化冰有效性预测方法为：

8、(1)选取位于相同地形条件，具有相同气候条件和交通条件的两条路段进行罩面铺设，两罩面路段分别记为抗凝冰路段r1路段和对比路段r0路段，r1路段使用抗凝冰剂，r0路段不使用抗凝冰剂，其余所用材料及施工工艺两路段均相同；

9、(2)两路段罩面铺筑厚度均为h，待铺筑完成后，分别在r1路段和r0路段起始铺筑处各选取面积为s的区域，然后沿铺筑方向每间隔不少于50m处同样选取面积为s的区域，总选取个数i不少于3；

10、(3)将r1路段和r0路段选取的面积为s的区域表面喷涂三氯乙烯、甲苯或二甲苯溶解掉胶结料使集料完全呈现，采用金属探测成像获取金属颗粒分布并计算出金属颗粒面积；r1路段得到的面积为s的区域内的金属颗粒面积记为m1i，r0路段得到的面积为s的区域内的金属颗粒面积记为m0i，则r1路段单位面积内金属颗粒加权平均质量r0路段单位面积内金属颗粒加权平均质量为

11、ρ为金属颗粒密度；

12、(4)步骤(3)测试完后补涂胶结料使其恢复罩面铺筑伊始状态；

13、(5)待路段通车时间t后或经历n次雨雪冻融循环后，将两路段选定的面积为s的区域相同条件、相同方法提取出集料，测试并计算出r1路段中各个面积为s的区域内金属颗粒质量f1i和单位面积的加权平均质量则r1路段面积为s的区域的总体腐蚀速率测试并计算出r0路段中各个面积为s的区域内金属颗粒质量f0i和单位面积加权平均质量则r0路段面积为s的区域的总体腐蚀速率式中，为一个大于1的调整系数，根据室内测试与室外实际环境中金属颗粒腐蚀速率的差异进行修正；

14、(6)由步骤(5)计算出由于含氯抗凝冰剂的使用导致对面积为s的区域罩面的腐蚀速率为fv1-fv0；根据腐蚀速率反推出面积s的区域抗凝冰罩面路段所需消耗的氯离子的浓度，结合罩面服役期间路段雨雪量，可计算出面积s的区域罩面所消耗含氯抗凝冰剂的质量k；抗凝冰路段罩面总抗凝冰剂用量除以路段总面积再乘以s可获得面积s的区域路段投入的抗凝冰剂质量z；

15、(7)根据公式从而可进行含氯抗凝冰剂罩面有效性预测评价，即通车时间或经历次雨雪冻融循环后，抗凝冰罩面不再具有融雪化冰效果。

16、借由上述技术方案，本发明的有益效果如下：

17、(1)多重融雪化冰机理协同作用

18、通过渗透压和毛细作用，抗凝冰剂从罩面逐渐向盐分浓度较低的路表析出并溶于雨雪中，使水的液相蒸气压下降，但冰的固态蒸气压不变。为达到冰水混合物的固液蒸气压平衡，使得冰雪融化，从而实现融雪化冰的效果。此外，抗凝冰剂溶解于冰雪时具有放热特性，如无水氯化镁的溶解热达6.05×104j/mol，从而强化了融雪化冰的效果。此外，罩面材料中所加抗凝冰剂遇水形成的盐化物溶液会对本罩面中金属颗粒进行腐蚀，而腐蚀现象发生的电化学反应亦具有放热的技术特征。抗凝冰剂降低体系凝冰点的技术特性，加之其溶解以及电化学反应的双重放热效果，使得多重融雪化冰机理得以相互协同，由此使得本技术实现的抗凝冰罩面的融雪化冰效果得以最大化实现。

19、(2)实现融雪化冰效果的精确量化预测

20、抗凝冰剂在路面材料中的迁移扩散会受多重因素的影响，加之服役期间车辆荷载及所在区域雨雪情况的差异，导致通常抗凝冰路面实际融雪化冰的效果难以量化预测。本发明巧妙的通过预先将金属颗粒加入替代部分集料，根据服役时间内金属颗粒的腐蚀速率，推算出已消耗的抗凝冰剂剂量，进而获得剩余抗凝冰剂的含量，由此可量化估算出抗凝冰罩面的剩余有效时间。本发明中金属颗粒的作用如下：替代集料支撑荷载；腐蚀标的物，量化计算有效时限；“牺牲自我”避免对路面及沿线构造物的腐蚀；腐蚀放热进一步融雪化冰。此外，cacl2作为抗凝冰剂时会不利于路面的重复再生，本发明排除了传统cacl2作为抗凝冰剂不利于路面再生的缺陷。

21、本发明抗凝冰罩面及其有效性预测方法，综合考虑了实际交通荷载和区域气候的交互作用，相比常规室内抗凝冰淋滤等方法更具有可靠性和真实性。