重庆交通大学 土木工程学院 重庆 400074
摘要：为解决解决桥面凝冰问题，本文尝试将低导热材料和蓄盐类材料结合在一起掺入到沥青混合料中，形成一种低导热蓄盐类沥青混合料，用来防治桥面凝冰灾害。本文在SMA-13混合料最佳级配的基础上，采用等体积置换法，用4.75-9.5mm的陶瓷废料替换本档集料，用融冰剂MFL替换矿粉，试验发现陶瓷废料的掺入可以有效降低混合料的热传导率；试验结果证明，随着蓄盐掺量的增加，融冰量逐渐增多，但考虑到其路用性能，建议掺量不超过60%。
关键词：桥面铺装；低导热；蓄盐；除冰
0引言
为了解决沥青混凝土桥面凝冰这一难题，采用主动除冰雪技术，把陶瓷和合适的抗凝冰材料掺入到沥青混合料中，使得桥面铺装结构层具有融雪化冰的功能，形成低导热蓄盐桥面铺装结构。上世纪80年代日本研发出的抗凝冰剂MFL，经过在国内外多个实验路段铺筑，具有良好的融雪除冰效果。低导热蓄盐桥面铺装，不仅能够起到融冰化雪的作用，还能减少对桥梁附属结构以及环境的污染[2]。关于低导热蓄盐桥面铺装的研究，能够进一步推动交通运输行业对冰雪灾害的防治。
1低导热蓄盐桥面铺装混合料热传导率
低导热蓄盐沥青混合料级配设计依据SMA-13级配推荐范围[3]，考虑到交通量和气候的因素选取中值作为级配设计值，并用4.75-9.5mm陶瓷废料等体积替换相同粒径的骨料，用MFL等体积替换矿粉，级配SMA-13，选取各材料比例为：10-16mm：5-10mm：3-5mm：0-3mm：矿粉：=43：32：3：12：10，纤维用量为0.3%。佳油石比为6.2
测量低导热蓄盐沥青混合料热传导率实验所需用的沥青、集料、矿粉、陶瓷、MFL、纤维等材料与配合比设计时采用的一致[4]，配合比成型四组马歇尔试件，陶瓷掺量分别0%，20%，40%，60%。将试件脱模后切切割成直径为101.6mm，厚度为10mm的圆片。
不同掺量下低导热蓄盐沥青混合料的热传导率见表2所示。
表2热传导率测试结果https://fanyi.baidu.com/?fr=websearch_submit&pid=sogou-site-c91e3483cf4f9005-0001 - zh/en/javascript:void(0);
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从表2可知：沥青混合料的热传导率随着陶瓷增量的增加而减小。未掺入陶瓷材料的普通SMA-13沥青混合料的热传导率为4680J/m•h•℃，陶瓷掺量为40%时，低导热桥面铺装的热传导率为普通SMA-13混合料的52.8%。由此可见，陶瓷废料的掺入可以有效降低混合料的热传导率[5]。因陶瓷的掺入会降低混合料的路用性能，所以陶瓷掺量的范围不宜过高。
2低导热蓄盐桥面铺装融冰效果实验
为了研究抗凝冰剂MFL对桥面凝冰的融化效果，设计低导热蓄盐桥面铺装的融冰实验。该方法可用于测试和评估马歇尔试件的低导热蓄盐沥青混合料的融冰效果。主要实验设备包括标准的马歇尔标本模具和底座（Φ101.6mm×63.5mm），防腐膜，恒温冰箱，电子天平等。评价低导热蓄盐沥青混合来的融冰效果用在相同时间质量损失率表示，可以简称为冰块融化速率[6]，冰块融化速率LR按式（1）计算。按照规范标准分别制作融冰剂掺量分别为0、30%、60%、90%的马歇尔试件，然后分别对每组掺量进行融冰效果实验，每组掺量进行两次，取平均值。
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(1)
式中：
LR—冰块融化速率，%；
m0—冰块融化前质量，g；
2.1融冰效果实验步骤
（1）按照规范标准分别制作融冰剂掺量分别为0、30%、60%、90%的低导热蓄盐沥青混合料马歇尔试件，且每组低导热蓄盐沥青混合料马歇尔试件的数量不得少于3个。
（2）在制备低导热蓄盐沥青混合料马歇尔试件后，利用马歇尔试件模具制作冰块[7]。制作冰块利用保鲜膜密封模具与底座，然后向烘干的模具中掺入自来水60g。将掺自来水的磨具放入冰箱冷冻室中冷冻，制成冰块备用。
（3）将低导热蓄盐沥青混合料马歇尔试样放在25℃恒温水域中浸泡，目的是使马歇尔试件充分湿润，减小马歇尔试件的吸水率对冰块融化速率的影响。
（4）从冰箱冷冻室中取出制作好的冰块，立即用称取冰块质量M0，称取质量后，立即将冰块放在低导热蓄盐沥青混合来马歇试件上，然后将其放入冰箱中，冰箱温度提前12小时设置为0℃，让冰块在低温下自然融化。
（5）记录冰块放入冰箱的时间，每隔5分钟称取冰块质量为Mi，称取过程要迅速，减少冰块在称取质量过程中的融化，称取完质量后立即将冰块放回冰箱中，反复以上操作直至冰块完全融化，记录每次称取冰块的质量Mi（i=1，2，3……）
2.2融冰实验结果
低导热蓄盐沥青混合料融冰实验结果见表3从表3可以看出：冰块质量的损失速度随着融冰剂掺量的增加而增加，未掺融冰剂试件，在25分钟时表面冰的质量损失率为9.9%，融冰剂掺量为30%时，在25分钟时表面冰的质量损失率达到了52.1%。当MFL含量为60%时，在25分钟时表面冰的质量损失率为83.1%。当MFL含量为90%时，在25分钟时表层冰的质量损失率为95.1%。考虑到过多的融冰剂会降低低导热蓄盐沥青混合料的路用性能，因此MFL的含量不应太高，拟定的抗凝冰掺量60%比较适宜[8]。
3结论
（1）沥青混合料的热传导率随着陶瓷增量的增加而减小。未掺入陶瓷材料的普通SMA-13沥青混合料的热传导率为4680J/m•h•℃，陶瓷掺量为40%时，低导热桥面铺装的热传导率为2473J/m•h•℃，是普通SMA-13混合料的52.8%。由此可见，陶瓷废料的掺入可以有效降低混合料的热传导率。因陶瓷的掺入会降低混合料的路用性能，所以陶瓷掺量的范围不宜过高，陶瓷掺量确定为40%。
（2）冰块质量的损失速度随着融冰剂掺量的增加而增加，未掺融冰剂试件，在25分钟时表面冰的质量损失率为9.9%，融冰剂掺量为30%时，在25分钟时表面冰的质量损失率达到了52.1%。当MFL含量为60%时，在25分钟时表面冰的质量损失率为83.1%。当MFL含量为90%时，在25分钟时表层冰的质量损失率为95.1%。考虑到过多的融冰剂会降低低导热蓄盐沥青混合料的路用性能，因此MFL的含量不应太高，拟定的抗凝冰掺量60%比较适宜。
参考文献：
[1]牛凯.自防冰桥面铺装技术研究[D].西安:长安大学,2013
[2]胡一舟.抗凝冰橡胶颗粒沥青混合料性能研究[D].重庆交通大学,2014.
[3]肖健.河北省沥青桥面使用环境和使用状况调查分析及桥面温度场模型研究[D].石家庄铁道大学,2019.
[4]任永利.陶瓷废料用于沥青桥面隔热层混合料的性能研究[D].华南理工大学,2011.
作者简介：涂永圣（1995-），男，汉族，重庆巫山人，重庆交通大学硕士，研究方向：路面材料