一種瀝青路面抗凝冰涂層材料性能研究

王佳煒 彭志強 張志剛 柴明明

交通運輸部公路科學研究院；北京新橋技術發展有限公司

1 引言

瀝青路面具有優良的路用性能和舒適的行車性能，在國內外高等級公路中得到廣泛應用。據統計，我國約有60%的高速公路冬季存在積雪和結冰現象，使路面附著系數大大降低，導致汽車打滑、剎車失靈、方向失控，極易造成交通事故，嚴重影響道路交通安全。數據顯示，冰雪道路環境下交通事故傷亡率增加25%，事故率上升100%。同一時期，雪天每百萬車輛每公里就會發生5.86 起的車輛碰撞、刮擦事故，而在非雪天，每百萬車輛每公里發生車輛碰撞、刮擦事故僅為0.41起，二者之間的差異高達13倍多。解決冬季路面積雪問題刻不容緩。

2 路面融冰化學技術的發展現狀

在積雪結冰路面撒布融雪化冰劑是解除冰雪危害的常用手段，但常用的融冰雪劑主要為氯鹽類，使用后，存在于路面的氯鹽會加速瀝青路面的破壞，氯鹽在雨水的沖刷下流入河溝會嚴重污染地表水，并且會對道路兩旁綠色植被造成破壞，對土壤、水體和大氣等造成污染，破壞生態環境。而且撒布融雪化冰劑屬于被動法除雪融冰，工作量大，成本高。

近些年來，融雪瀝青路面受到越來越多的重視。融雪瀝青路面主要是將融雪劑摻入瀝青混合料中鋪筑瀝青路面，在雨水和車輛載荷的作用下融雪成分析出以起到融雪化冰作用，具有實時性強的優點。由于現有融雪劑在雨水作用下會逐漸析出，融雪化冰效果逐漸減弱，析出的融雪劑并不能通過一定手段進行補充，因此通過該技術建設的路面融雪化冰功能使用壽命較短。此外，融雪瀝青混合料只適用于新建路面，無法應用于已修建完成的道路，限制了其推廣應用范圍。

抗凝冰涂層材料技術是最近幾年提出的一種新的除冰方法。它的原理是通過將環保的可降低表面冰點的材料負載到涂層載體材料上制成抗凝冰材料，通過人工涂刷或機械灑布的形式噴灑到瀝青路面上，當降雨或降雪時，抗凝冰涂層降低了路面的表面冰點，起到融雪除冰的作用。相較于其他只能用于新建路面的融雪瀝青路面技術，抗凝冰涂層材料技術可應用于各種已建路面，適用范圍更廣。

3 抗凝冰涂層材料的制備

3.1 抗凝冰劑

表1 抗凝冰劑主要性能

抗凝冰劑是一種具有降低涂層表面結冰點作用的固態粉末，可均勻分散于載體材料中，通常為環保型復合材料，對環境不產生氯離子污染。本文采用IM2 型抗凝冰劑，其主要性能指標如表1。

3.2 涂層載體

常見路面抗凝冰涂層材料的載體為改性乳化瀝青和有機硅溶液。本文采用改性乳化瀝青作為涂層載體，其主要性能指標如表2。

表2 改性乳化瀝青主要性能

3.3 雙組分拌合

將抗凝冰劑按一定摻配比例緩慢加入改性乳化瀝青中，邊加邊攪拌，使抗凝冰劑在乳液中均勻分散，形成抗凝冰涂層材料。兩種組分的拌合性能情況如表3。

表3 雙組分拌合性能

4 試驗方法

4.1 試件制備方法

按照JTG E20規程中T0702瀝青混合料試件制作方法（擊實法）制作尺寸為φ101.6mm×63.5mm馬歇爾試件，試件級配為AC-13，按推薦標準級配范圍取中值。將抗凝冰涂層材料以400g/m2用量均勻涂刷在制備好的馬歇爾試塊表面，待乳化瀝青破乳后干燥成膜使用。

將制備好的普通試件浸泡于純凈水中，液面高于試件表面2cm，浸泡24或48h后取出用濕布擦干，得到浸水試件。

4.2 抗凝冰性能試驗方法

按2%、4%、6%、8%的抗凝冰劑摻量分別制備普通試件及浸水試件，并使用改性乳化瀝青制備試樣作為0摻量的空白對比。依照JT/T 1239-2019《瀝青路面抗凝冰涂層材料技術條件》中的要求分別進行涂層表面結冰點、涂層表面冰層黏附力試驗。

5 試驗結果

5.1 涂層表面結冰點

表4 和圖1 為不同抗凝冰劑摻量的抗凝冰涂層表面結冰點試驗結果。

表4 不同抗凝冰劑摻量的涂層表面結冰點（單位：℃）

圖1 不同抗凝冰劑摻量的涂層表面結冰點

圖2 不同抗凝冰劑摻量的涂層表面冰層黏附力

整體來看，加入抗凝冰劑后，馬歇爾試件表面的結冰點有明顯降低。隨著抗凝冰劑摻量的增加，馬歇爾試件表面的結冰點呈下降趨勢，且隨著摻量的提高下降趨勢逐漸減緩。

在未浸泡的情況下，當摻量在2%～6%間變化時，結冰點變化幅度較大，摻量2%時表面結冰點為-3.5℃，摻量在6%時，表面結冰點在-5.2℃；當摻量在6%～8%間變化時，表面結冰點仍有所下降，但降低幅度已明顯減小，差值僅為0.1℃。

經過純凈水24h的浸泡，所有試件的表面結冰點均有一定程度的升高，抗凝冰劑的摻量越高，結冰點上升幅度越大，但從結果來看，經過浸泡后，摻量高的涂層表面結冰點仍比摻量低的涂層表面結冰點要低，抗凝冰性能更好。

經48h浸泡的試件比經過24h浸泡的試件結冰點仍有上升，上升幅度在0.1℃～0.2℃左右，說明在經歷浸泡初期性能的小量損失后，隨著浸泡時間的延長，涂膜表面結冰點變化很小，涂層具有良好的耐水性。

5.2 涂層表面冰層黏附力

表5 和圖2 為不同抗凝冰劑摻量的抗凝冰涂層表面冰層黏附力試驗結果。

表5 不同抗凝冰劑摻量的涂層表面冰層黏附力（單位：N）

整體來看，加入抗凝冰劑后，馬歇爾試件表面的冰層黏附力顯著降低。隨著抗凝冰劑摻量的增加，試件表面的冰層黏附力呈下降趨勢。

對無浸泡的試件，在-15℃的試驗條件下，冰層與空白樣（涂層抗凝冰劑摻量為0）之間的黏附力為150N，摻加2%抗凝冰劑的試件表面冰層的黏附力降低至36N，效果顯著。在試驗區間內，摻量每提高2%涂層表面冰層黏附力約降低3N 左右。當摻量大于6%時，涂膜與冰層的黏附力降低至30N 以下，僅為空白樣的1/5，具有較強的抗凝冰效果。

經過純凈水24h的浸泡，所有試件的表面冰層黏附力均有一定程度的上升，抗凝冰劑的摻量越高，結冰點上升幅度越小。經48h 浸泡的試件比經過24h 浸泡的試件表面冰層黏附力仍有上升，上升幅度在4N～5N左右。結合兩種浸泡曲線來看，高摻量的抗凝冰涂層在表面冰層黏附力指標上具有更好的耐水性。

6 結束語

本文采用IM2型抗凝冰劑與改性乳化瀝青復合制備了抗凝冰涂層材料，研究了不同抗凝冰劑摻量對涂層表面結冰點及涂層表面冰層黏附力的影響規律，結果顯示：

（1）選擇的雙組分原材料拌合性好，具有較強的適配性，滿足抗凝冰涂層材料制備需要。

（2）與未添加抗凝冰的空白樣對比，抗凝冰涂層能顯著降低試件表面的結冰點及冰層黏附力，具有優秀的抗凝冰性能。

（3）在2%～8%的摻量試驗區間內，摻量越高，涂層抗凝冰性能（涂層表面結冰點、涂層表面冰層黏附力）越強。涂層表面結冰點隨著摻量的增長下降幅度逐漸降低，涂層表面冰層黏附力隨著摻量的增長程線性降低。

（4）涂層在浸泡后抗凝冰性能有所減弱，但經過初期性能損失后（24h），繼續浸泡試件（48h）性能變化幅度很小，浸泡48h后涂層抗凝冰性能仍能滿足要求，具有一定的耐水性。

（5）綜合考慮性能與經濟性，6%為最佳抗凝冰劑摻量。此時，摻量的提高對涂層表面結冰點的影響甚微，二涂層表面冰層黏附力已降低至空白樣的1/5，而經過水48h浸泡，涂層仍能體現出較好的抗凝冰性能，耐久性好。