路面除冰雪技术与方法综述
2020-03-02 01:11:27 来源：范文大全收藏下载本文
路面除冰雪技术与方法综述
142477 潘尚启
1路面除冰雪的背景与意义
据统计，我国约有60%的高速公路冬季存在积雪现象，冬季约15%~30%左右的交通事故与路面积雪有关。严重的路面积雪将造成道路关闭，给道路畅通带来了严重影响，甚至造成巨大的经济损失。有资料显示，沥青路面在干燥状态下附着系数约为 0.6，而在积雪状态下路面附着系数为 0.2，在结冰状态下道路的路面附着系数仅为 0.15。因此，在冰雪路面上汽车容易发生打滑、跑偏等现象，制动距离显著延长，车辆的操作稳定性和安全性显著降低，交通事故发生率较高。调查统计表明：相比同时期非雪天环境，冰雪环境条件下交通事故的伤亡率增加25%，事故率上升100%；冰雪环境条件下每百万车辆每公里车辆碰撞、刮擦事故为5.86 起，而处于非雪天环境，每百万车辆每公里发生车辆碰撞、刮擦事故仅为 0.41 起，二者之间的差异高达 13倍之多。
2008 年初的全国大范围雪灾，给我国特别是南方地区带来巨大灾害。降雪量之大、降雪时间之长、受灾区域之广、造成交通中断堵塞时间之长，都是百年不遇的，直接经济损失达537.9 亿元。受冰雪灾害的影响，仅福建省就发生道路交通事故1867起，死亡379人，受伤2000余人，财产损失不计其数。
路面冰雪问题一直困扰着世界各国交通部门，严重影响交通、经济及人的出行及工作，人们为此作了大量研究，探索出许多抑制、控制和消除冰雪的技术和方法。
2 路面除冰雪技术
目前，冬季除冰雪的技术主要有两种：路面外部技术和路面内部技术。外部技术包括清除法和融化法，内部技术主要包括热力融冰雪技术和抑制冻结铺装技术。路面除冰雪技术分类如图1所示。
图1 路面除冰雪技术
2.1路面外部除冰雪技术
2.1.1清除法
路面外部清除法包括人工清除法和机械除冰雪法。 2.1.1.1 人工清除法
人工清除法是最传统的除冰雪方法，即使用人力来清除路面积雪和结冰。该方法可以比较有效地除去路面冰冻，但是耗费人力很大，而除冰的效率却很低，除冰的同时还要限制车辆的行驶，只适用于需要重点清除路段。
2.1.1.2 机械除冰雪法
机械除冰雪是目前采用的最普遍的方法，可分为机械铲冰雪和机械吹雪两类。 机械铲冰雪方法是采用专业机械设备对路面冰雪进行清除，专业设备工作效率高，适合大面积清除作业，但是除净率不理想。高速公路除冰雪机械有：
（1）抛投式除雪机，抛投式除雪机的除雪效率，一般2000~8000吨/小时不等，抛出距离最远达50米。一般是通过铣刀式或叶轮式转子除雪轴送雪，再利用雪风机和抛雪筒抛雪于运雪车或指定位置。
（2）推移式除雪机，它是通过安装在铲土机械及车辆前部的推雪铲刀、除雪犁(V形犁)、路面平整板、侧向排雪板等除雪装置将雪推走，开出通道或堆积后用卡车运走，或直接将雪推出路边。另外，还有诸如新型滚轴锥子破冰机、冰雪粉碎机等。
机械吹雪方法安全环保，但机械需求量大，费用高，因此适用范围较小，通常只适用于机场等便于管理的较小范围的除雪及未经碾压过的厚度较薄的路面积雪，不适合交通量较大的公路和城市道路除雪。
对于公路交通而言，在特殊路段比如桥梁、匝道、长大纵坡、山地区域等，大型除雪机械的操作和运行都有其局限性。而且国内生产的铲雪机功能单一，设备利用率低；国外多功能综合性的除冰雪机械价格昂贵，经济效益较差。加拿大在这方面走在世界前列，它地处北纬地区，是交通积雪严重的国家。他们将信息、计算机、机、电、液一体化高新科技成果都应用到除冰雪机械上，向着更加柔性化、智能化、高度自动化的方向发展，发明了不少操作便捷、成本低廉、效率较高的除冰雪机械，如智能铲、吹、洒布多功能计算机控制除冰雪机等。这些机械的发展和应用前景广阔。
2.1.2 融化法
2.1.2.1 人工或机械撒布融雪剂
通过在路面上撒布化学药剂来降低冰雪融点，使冰雪融化，进而清除积雪和积冰，是国际上较常用的一种路面除冰雪的手段。国内外常用的融冰雪剂主要有盐类和醇类。在一定的环境条件下，撒布融雪剂可以有效清除道路冰雪，改善道路安全状况，提高道路运输效率。但是，醇类融雪剂的除冰雪效果受环境温度影响较大，并具有反结冰现象。一旦环境温度下降，被融化的积雪会再冻结成冰，且如果降雪量过大，融雪剂自身很难快速溶解、融化，使得路面更滑，交通安全更加堪忧，同时还导致综合成本大幅升高。而绝大多数的盐类融雪剂产品都存在腐蚀性，易腐蚀破坏道路结构和机动车辆，还会对土壤、水体和大气等造成污染，破坏生态环境。
根据美国和加拿大的一项统计报告，在每年使用1000万吨融雪剂的情况下，会对道路、车辆造成29亿~59亿美元的损失，对停车场造成0.75亿~1.5亿美元的损失，导致5%~10%的植物病变甚至枯死。另外，在2003年，融雪剂的使用曾造成北京4000多棵大树和4万多株灌木死亡，草地受害面积达3万多平方米，直接经济损失1500多万元。因此，近年来国内外都不断开发环保型融雪剂，如美国和加拿大的专家开发出的生物降解型融雪剂等，具有无毒性和无腐蚀性的特点，可以起到较好的效果。各种融雪剂的性能对比如表1所示。
总的来说，这种中外都采用的传统方法对冰雪的清除比较彻底，但效率低、费用高，作业时影响车辆通行及行车安全，不能长时间作业，适用于雪量较小时或重点、难点路段的冰雪清除。
表1 常用融雪剂性能对比
对水泥的对金属的融雪剂种腐蚀性类
/% 融)/% 100 氯化钠 100 强烈破坏
25 氯化钙 50~70 强烈破坏
5 氯化镁 40~60 轻微破坏
环保型融5~20 雪剂 无破坏
土壤
无害
改良碱性影响较小
无害 镁质增高对人
-60
200
-1~-40
4~7
轻度板结
的影响较小 镁质增高对人
-33
150
-1~-20
2~3
板结 土壤150
的影响较大 钙质增高对人
-50
150
-1~-30
1~2
造成土壤
钠质增高对人
-21
100
-1~-10
1 (250次冻
影响
响
/℃
/%
/℃
洒）/d 腐蚀性
对土壤的
对地下水的影
冰点
速度
的温度
（雪前喷
最低
融雪
适宜工作
保持时间1.2.2 撒布砂石材料
在冰雪路面上撒布一定粒径的砂石材料，如砂、石屑、炉灰、煤渣和砂盐混合料等，能提高冰雪路面的摩擦系数。砂石的存在一方面使冰雪层的冻结强度不均匀，另一方面，砂石在冰雪层的运动使得雪不易压实，达到了抗滑的目的。该方法在注重环保的欧洲，如德国、瑞典、丹麦、芬兰等国应用非常广泛。山于砂石材料既经济又环保，且事后清理也较为便捷，故受到这些国家的青睐。
2.2路面内部除冰雪技术
2.2.1 热力和能量转化型融冰雪技术和方法 2.2.1.1 利用外加热源融冰雪
外加热源融冰雪方法，是利用热水或者热融雪剂溶液，将其喷洒在积冰雪高速公路上，不仅利用热液体的热能，同时利用和发挥融雪剂降低冰点的作用，更加迅速地使高速公路上的积雪融化，使得交通能快速恢复。
近年来，除了上述方法，汽车加热-机械融化法也得到大力研发。通过汽车供热装置加热液体或者融雪剂溶液，将其喷洒到公路上，然后利用汽车上附加的机械设备铲除冰雪和清扫冰雪融化以后的水，这样就将热力、融雪剂、机械除雪三者进行有机结合，大大加快了高
速公路融雪化冰的速度和效率，为快速开放交通打下基础。这项工程已经在我国山东省开始研究和应用。还可在普通汽车上装载热源(如锅炉、煤气罐、发动机蓄电加热板等)，从热源处接出气管，气管出口端装接在距地面适当高度处的喷气管或煤气燃烧器上。通过从喷气管喷出的热蒸汽或点燃煤气，加热或燃烧冰雪，使之迅速熔化冰雪，被熔化的水流入路边下水道。在瑞士AS高速公路Darligen路桥段，以及去首都伯尔尼的机场路上，这个方法作为快速恢复交通的手段得到重视和应用。
此类方法融雪化冰虽效果较好，但往往会产生大量的融雪液体(水或者融雪剂溶液)以及融化雪水，这些水进入路面结构时，势必会对高速公路带来各种水危害，并且它还是没有摆脱使用融雪剂所带来的负面效应。另外，新型热源(如烧煤或天然气、电加热器等)加热燃烧冰雪，其清除冰雪方便有效，省时省力，但这种方法的使用消耗能源较大，还会污染环境。
2.2.1.2 能量转化型融冰雪技术
能量转化型融冰雪技术是通过能量转化设备，将其它形式的能量转化为热能，达到融冰雪的目的。可以利用的能量主要有工业电能、太阳能和地热等多种能量。该项技术可以提高能源利用率，而且清洁环保，适合于机场、桥面和高速公路的长大纵坡等局部路段的融冰雪。常见的有发热电缆法、太阳能加热法、土壤源热管法与电热丝法、红外线热源法、储能热流体循环法等。由于受能量来源的限制，利用土壤源热管和热流体循环技术、太阳能电管的融冰雪技术正逐步成为研究热点。
（1）发热电缆法。
发热电缆加热系统是以电力为能源，发热电缆为发热体，将电能转化为热能，通过结构层内的导热将热量传到物体表而，再通过物体表而与冰雪之间的显热和潜热交换进行融雪化冰。发热电缆加热系统具有无污染、运行费用低、热稳定性好、控制方便等优势。发热电缆用于路而融雪化冰在北欧国家已经有所应用。
（2）太阳能加热法。
太阳能加热法是夏季将太阳能产生的热能存储起来，在冬季里利用所存热能来融雪化冰。为此需建立一套太阳能融雪系统，该系统由集热装置、蓄热体和融雪装置三部分组成。集热装置的任务是收集阳光的热量并将其输送到蓄热体中，热量在蓄热体中积聚和保存以备冬季融雪用，融雪装置的任务是在需要的时候将保存在蓄热体中的热量输送到路而下，使路面的温度升高从而融化路面上的冰雪。但是考虑到经济方而的原因，这种系统还只能用于那些特殊地方的特殊路段。
（3）土壤源热管法与电热丝法。
土壤源热管融冰雪技术是在路(桥)面内埋置热管，利用土壤源热管，经地下换热器从地下提取热土壤中的低位热能，经热管提升后，通过水泵把温度较高的流体输送到路(桥)面内的排管循环换热系统里面，从而达到路面融冰雪的目的。电热丝法即在路面上加入电热丝用于加热，此方法不需要使用变压器或服务设施，加热的效果也不错。
（4）导电铺面法
该项技术是在路面铺装材料中掺入聚合物类、碳类或金属类导电掺合料，目前最常用的是碳类和金属类（如碳粉、石墨粉、碳纤维、钢纤维、钢屑等），国内外研究较多的主要是碳纤维砼，使高绝缘性的路面铺装材料具备热和电的感知和转换能力，将电能转变为热能，热能通过铺面材料与冰雪的接触面向上传导，冰雪吸收热量后温度逐渐升高，实现融冰雪的目的。该方法是武汉理工大学开发和提出的，它耗能较大，路面绝缘材料的研究和应用还尚待完成，其研究和推广值得进一步的探讨和升华。
在国外，美国、日本及北欧一些国家在道路热源融冰雪技术领域开展了许多研究和工程实践。如美国芝加哥O\' Hare国际机场滑行跑道SNOW FREE融冰雪示范试验工程，他们进行了循环热流体和热管传递等方式的融雪道面研究；冰岛国利用丰富的地热水资源，推广道路融冰雪工程应用，全国和首都雷克雅未克地区利用面积分别达74万平方米和46万平方米；挪威首都奥斯陆GAR-DEREN机场的地源热管空调系统和停机坪热循环流体融冰雪系统；日本二户市的高速公路弯坡道路全自动热融冰雪系统Gaia工程(全自动路面集热蓄能循环热流体融冰雪系统)；日本第八技术咨询公司与山口大学合作，对Ushinogou高速公路隧道出口处融冰雪方案进行研究和比较，最终确定以热管附带自然热源(积聚温泉水和地热)的方式为最佳；波兰Goleniow机场地源热棒地面融冰雪系统等。
我国在公路热融冰雪研究方面还处于起步阶段。1997年，吉林大学率先提出太阳能蓄热融冰雪在我国北方应用的设想，并不断在地下蓄能及公路融雪技术领域开展研究工作。此外，北京市市政工程研究院也在开展发热电缆用于桥梁坡道融雪的工程实践，华瑞科技和爱德姆等公司在发热电缆等方面提供技术支持。但这种能量转换公路融冰雪技术的能源转换储存系统目前还是一个难点。此类研究的不足势必导致单位高速公路工程的造价增大，能源和资源没有得到充分利用，且应用推广价值欠佳。
2.2.2 抑制冻结铺装技术
抑制冻结铺装技术包括化学类铺装技术和物理类铺装技术。化学类铺装技术是指在沥青混合料中添加一定量的化学类抑制冻结材料(盐化物等)，形成的具有抑制冻结功能的路面。盐化物的有效抑制冻结成分主要为氯盐(氯化钠、氯化钙等)。在毛细管压力及车辆碾压作用下,路面内部盐分逐渐析出，从而降低道路表面水的冰点，延缓道路表面积雪结冰。
2.2.2.1 物理类冻结抑制路面
物理类冻结抑制铺装技术是将橡胶颗粒等弹性材料加入到沥青混合料中，或者在路面表面嵌入弹性材料，从而改变路面与轮胎的接触状态和路面的变形特性。利用添加的特殊材料的变形能力较强的特性，通过路面在外荷载作用下产生的自应力，使路面冰层破碎，从而有效地抑制路面积雪和结冰，达到路面抗滑的目的。虽然达不到诸如撒布融雪剂、热力融冰雪以及机械除雪等的除雪效果，但在降雪和冻结初期效果明显，在冬季道路管理中，与其他除冰雪方法综合使用,能达到较好的经济效益。抑制冻结路面的研究，成为现在道路融雪抗滑研究的一个新方向。
采用此项技术的路面通常分为橡胶颗粒弹性除冰路面、镶嵌类铺装技术路面和粗糙型铺装技术路面。
2.2.2.1.1 橡胶颗粒弹性除冰路面
橡胶颗粒弹性除冰路面是将废旧橡胶轮胎破碎成一定形状和粒径的颗粒，以骨料的形式直接添加于沥青混合料中，用以代替部分集料而形成的新型的除冰路面。由于橡胶颗粒沥青混合料中的橡胶颗粒具有较大的弹性变形能力，可以有效提高路面的变形能力，改善冰雪与路面的粘结状态，在车辆荷载作用下通过自应力可以有效抑制路面积雪结冰。
橡胶颗粒弹性除冰路面经济性好、绿色环保、除冰较为彻底、同时兼具优良的振动衰减性能和一定的吸声性能，可以用于路面降噪，这些诸多优点使其在多种路面除冰雪方式中脱颖而出，成为新型除冰路面的必然发展趋势。
（一）橡胶颗粒弹性除冰路面研究现状
对于橡胶颗粒沥青混合料技术的研究开始于上世纪80年代末期。Heitzman 尝试将 6.4mm～0.85mm 的橡胶颗粒直接加入到断级配沥青混合料中用来代替部分石料，并将其用作磨耗层；Van Kirk, Jack L 等人将一定粒径的橡胶颗粒掺于密级配沥青混合料中，用来代替部分石料以满足级配要求，同时部分改善沥青性能。该方法要求用于面层铺装的沥青混合料中的橡胶颗粒的掺量不能大于混合料质量的 2%，且橡胶颗粒的粒径偏细，主要是替代混合料中的细集料部分。利用该方法，佛罗里达州、纽约州、俄勒冈州和安大略州分别修筑了试验路段。
美国工程兵寒冷地区工程实验室研究发现，橡胶颗粒弹性路面可以通过自身的大变形特性达到除冰的目的。研究将 4.75mm～9.5mm 的橡胶颗粒添加入混合料中，并对不同橡胶颗粒掺量的沥青混合料进行了相关试验。试验结果表明，橡胶颗粒用量越多，除冰雪效果越明显。但由于未能很好的解决混合料的成型和耐久性等问题，该方法仍处于室内试验阶段。
加利福尼亚州运输部采用细度较大的橡胶颗粒替代混合料中的部分细集料拌制沥青混合料，修筑了4条试验路段，虽然均不同程度的出现了裂缝和车辙等破坏，但总体情况好于传统的密级配沥青路面。明尼苏达州运输部于 1989 年开始，也铺筑了橡胶颗粒弹性除冰路面，橡胶颗粒的掺量为 2%，实践证明，路面的除冰雪效果不明显，但其他路用性能良好。此后德克萨斯州、华盛顿州、安大略等地也先后铺筑了橡胶颗粒路面，但路用性能和除冰雪效果都不理想。
日本的做法是在刚完工的沥青路面上铺撒直径2cm的橡胶颗粒，用压路机将其压入沥青路面，橡胶颗粒有小部分露出路面，增加了路面的摩擦力。同时，车辆荷载的作用使橡胶颗粒变形，车辆通过后的反弹力使冰破碎。1998年在东京-长野的高速公路上铺筑了试验路段。研究结果表明，此项技术可以有效地清除路面积雪结冰，提高路面抗滑能力。但此种路面的耐久性差，橡胶颗粒极易从路面表面脱落，造成路面平整度下降，甚至松散、坑槽。
在我国，对于废旧轮胎橡胶在路面工程中的应用研究主要集中在橡胶粉改性沥青及其混合料的研究，对于橡胶颗粒沥青混合料的研究较少。
自 1998 年，哈尔滨建筑大学开始了废旧轮胎橡胶颗粒沥青混合料技术的探索性研究。刘晓鸿首先通过室内试验对橡胶颗粒沥青混合料的路用性能和除冰性能进行了研究，结果表明橡胶颗粒沥青路面具有一定的除冰效果。但关于橡胶颗粒的物理力学性质、混合料的成型工艺及除冰雪机理等尚未开展研究；除冰效果的研究也仅限于室内静载试验，与实际情况有一定差别，缺乏实体工程检验。
2006 年，哈尔滨工业大学周纯秀等对橡胶颗粒沥青混合料的性能和弹性除冰路面的除冰性能进行了研究。研究首先从橡胶颗粒自身的技术性质入手，得出了橡胶颗粒的生产工艺、颗粒形状和表面特性等因素对混合料性能的影响；进而对橡胶颗粒沥青混合料的路用性能进行了验证，结果表明其各项性能指标均能满足规范要求，且间断级配性能更佳；该研究还提出了针对橡胶颗粒沥青混合料的成型工艺、施工工艺；初步分析了橡胶颗粒弹性路面的除冰机理，采用室内试验对除冰效果进行了验证，并铺筑了试验路。
2009 年，长安大学的张洪伟对橡胶颗粒的技术性质、橡胶颗粒沥青混合料的路用性能、除冰机理和试验仪器开发等方面进行了研究，并与陕西省交通建设集团合作，在蓝商高速秦岭隧道右线出口 K71+045～K71+435 处，长度 390m，铺设了橡胶颗粒除冰试验路。
2011 年，河北省交通规划设计院与石家庄市第六市政建设有限公司合作，完成了《自除冰沥青路面技术研究》课题，对橡胶颗粒的表面活化、橡胶颗粒沥青混合料的生产工艺、橡胶颗粒沥青混合料的级配组成、橡胶颗粒沥青混合料的路用性能和橡胶颗粒沥青路面的除
冰效果进行了分析，提出了采用环烷油预处理橡胶颗粒和添加橡胶维他连接剂两种提高路面耐久性的措施，并在石家庄市环城公路南环 K62+200～K63+200 外侧辅道铺筑了试验路。
综合国内外关于橡胶颗粒弹性除冰路面的研究应用情况可以发现，目前国内外关于此项技术均处于探索和研究阶段，在各个方面均不成熟，并没有形成一套完整的设计施工标准和规范，造成了国内外为数不多的试验路大部分在短期使用后出现了不同程度的损坏，综合分析研究现状主要存在以下几点不足：
（1）没有深入地分析弹性路面早期破坏严重的真正原因，未提出有效的改善措施和方法；
（2）对于针对橡胶颗粒沥青混合料的耐久性的分析和相应的耐久性评价指标和方法的分析还存在诸多不足；
（3）对于橡胶颗粒弹性除冰路面来说，混合料的弹性模量直接影响路面的除冰能力和效果，对于不同混合料的弹性模量与除冰能力的具体关系缺乏深入的研究。
（二）橡胶颗粒沥青混合料配合比设计及路用性能
橡胶颗粒在密度、吸油量和力学性能等方面与石料有很大不同，而橡胶颗粒这些自身性能均会对混合料的性能产生很大影响。橡胶颗粒的密度约为 1.15 g/cm3，而矿质集料的密度在 2.5～3.0 g/cm3，两者相差甚远，为保护原有级配组成及嵌挤结构，通常采取同体积橡胶颗粒置换的方法完成矿质混合料和橡胶颗粒的级配组成设计。为了弥补被橡胶颗粒吸收的沥青，需要增加沥青用量，所以最佳沥青用量较普通沥青混合料要大一些，可达到5%-6.5%。
加入橡胶颗粒以后，混合料的动稳定度整体有所提高，这种现象主要源于橡胶颗粒的良好的变形恢复能力，且连续级配混合料提高的程度要大于间断级配；对于同一种级配类型的橡胶颗粒沥青混合料，橡胶颗粒用量并非越多越好。加入橡胶颗粒以后，混合料的低温抗裂性能有所提高，主要是因为橡胶比石料的应力松弛性能要好得多，在温度急剧下降时，能够减少路面裂纹的产生。
橡胶颗粒弹性路面目前最大的问题在于在使用初期出现严重的松散剥落现象，即耐久性不足。在采用常规试验方法评价橡胶颗粒沥青混合料的水稳定性和抗飞散性能时，其性能虽然有所下降，但均能满足规范要求，而实际使用过程中橡胶颗粒沥青路面仍经常出现早期松散剥落破坏的现象，这是因为橡胶颗粒沥青路面和普通沥青路面在荷载作用下，内部细观结构受力和变形特点不同，现行规范条文是针对普通沥青混合料而制定的，并不适用于橡胶颗粒沥青混合料。
国内外关于橡胶颗粒沥青混合料耐久性的研究较少，相关文献中提出修正的短期老化方法，对比未经老化和经过老化的橡胶颗粒沥青混合料的劈裂抗拉强度比，来表征老化对橡胶
颗粒沥青混合料的水稳定性能的影响；又通过室内磨耗试验后测得的磨耗深度和摆值来评价橡胶颗粒沥青混合料的磨耗耐久性，研究了不同沥青用量和不同橡胶颗粒用量对磨耗深度和摆值的影响。日本通过不同曝露时间后混合料的动稳定度来评价橡胶颗粒沥青混合料的除冰耐久性。河北省交通规划设计院提出修正的冻融劈裂试验和修正的肯塔堡飞散试验，即对经过不同冻融循环次数和经过不同养生次数的试件进行试验，分析其抗水损害性能和抗飞散性能的优劣。
姚莉莉在已有相关研究工作的基础上，从橡胶颗粒弹性路面与普通沥青路面的本质区别—高弹特性出发，对橡胶颗粒弹性路面的耐久性提出新的见解。其认为橡胶颗粒弹性除冰路面破坏的过程首先是因为弹性路面自身材料组成的特殊性，在行车荷载反复作用下橡胶颗粒反复地压缩和回弹，导致橡胶颗粒和沥青接触的边缘剥离而造成大量细微的缝隙，再加上雨水的浸泡和动水压力的作用，从而造成路面表面出现松散剥落的破坏现象。并提出了针对橡胶颗粒沥青混合料耐久性的试验方法，即增加旋转次数的飞散试验和飞散后浸水飞散试验。并以这两个实验的指标作为评价橡胶颗粒沥青混合料的耐久性指标，需同时满足才能说明混合料的耐久性满足要求。增加旋转次数的飞散试验，即将飞散次数增加到 1000 次（连续级配）或 1500 次（间断级配），针对使用普通沥青的普通沥青混合料、使用普通沥青的橡胶颗粒沥青混合料和使用 TPS 高粘沥青的橡胶颗粒沥青混合料三种混合料，进行耐久性分析。结果表明，使用 TPS 高粘沥青后橡胶颗粒沥青混合料的抗飞散性能明显改善。飞散后浸水飞散试验，即先进行 500 次（连续级配）或 800 次（间断级配）飞散试验，将试验后的试件再进行浸水飞散试验，再旋转 500 次（连续级配）或 1000 次（间断级配），同样对以上三种混合料进行耐久性试验，结果表明，使用 TPS 高粘沥青后橡胶颗粒沥青混合料的抗水损害性能明显改善。
（三）橡胶颗粒弹性除冰路面除冰能力及效果
周纯秀在其博士论文中也对分布在路面表面的橡胶颗粒如何除冰采用有限元方法进行了数值模拟分析，发现路面表面的冰层受力不均匀，在橡胶颗粒的位置处出现明显的应力集中现象，橡胶颗粒表面的冰层呈现受拉状态，其最大拉应变和最大剪应变均出现在橡胶颗粒的角隅处。其通过室内除冰雪试验，对橡胶颗粒沥青路面除冰雪效果进行了试验观测研究，结果表明橡胶颗粒沥青路面的除冰雪效果是橡胶颗粒单体作用和路面整体变形共同作用的结果，其除冰雪性能受多因素影响，橡胶颗粒掺量和面层厚度越大，橡胶颗粒沥青路面的除冰雪效果越好，反之则效果变差；基层类型的变化，对橡胶颗粒沥青路面的除冰雪性能影响显著，柔性基层条件下橡胶颗粒路面的除冰雪效果较好。橡胶颗粒沥青路面的除冰雪效果是
有一定适用范围的，当冰膜厚度大于9mm或温度低于-12℃时，橡胶颗粒沥青路面的除冰雪性能失效。
张洪伟所在课题组研发的路面破冰试验仪STAP(Simulating Tester for Antifreeze Pavement)，可以室内模拟试验验证各种形式路面的破冰能力。其借助路面破冰模拟试验仪进行了抑制冻结试验和破冰试验，结果表明橡胶颗粒除冰雪沥青路面与普通沥青路面相比不易结冰，且路面结冰后冰层易破碎。橡胶颗粒沥青混合料的抑制结冰能力、破冰能力与混合料回弹模量具有很好的相关性，回弹模量越低抑制结冰能力、破冰能力越强。
2.2.2.1.2镶嵌类铺装技术
在普通沥青路面铺筑完成后，通过一定的施工工艺将弹性材料镶嵌在路面表面，单纯利用弹性变形降低冰雪对路面的粘结程度，提高冰雪破碎的几率，从而达到破除路面积雪结冰的目的。
在铺筑的沥青混凝土表面按一定间距开一个直径50 mm、深25 mm的小洞，然后压入同样尺寸的橡胶小圆柱体，并同时用纤维添隙料填充。在结冰后只要行车碾压，由于橡胶的弹性，冰层就会自动破裂。
在开级配沥青混合料中，用聚氨基甲酸乙酷浸透后铺筑或在薄面层铺筑后，以刻槽形式压入聚氨基甲酸乙酷弹胜层。以其弹性和光滑避免了冰雪的附着，从而提高了抗冰冻的能力。
日本道路建设公司还研究了一种利用橡胶颗粒防止路而冻结而避免车辆打滑的技术。其方法是在刚完工的沥青路而上铺撒直径2 cm的五角形橡胶颗粒，用压路机将其压入沥青路而。压入路而内的橡胶颗粒有小部分露出路面，增加了路面的摩擦力。同时，车辆荷载的作用使橡胶颗粒变形，车辆通过后的反弹力使冰破碎，从而防止路而打滑。1998年在东京一长野的高速公路上铺筑了试验路段。研究结果表明，此项技术可以有效地清除路而积雪结冰，提高路而抗滑能力。
镶嵌类铺装技术虽然具有一定的除冰雪效果，但由于在镶嵌橡胶块的过程中会破坏路面原有的状态，橡胶块周围会出现薄弱面，在行车荷载的作用下，橡胶颗粒极易从路而表面脱落，造成路面平整度下降，甚至出现松散、坑槽。
2.2.2.1.3粗糙型铺装技术
采用大粒径、开级配沥青混凝土铺筑而层，增加面层的粗糙度。冰冻后，行车碾压时，水平力的作用使结冻层很快被磨耗掉，也增加了制动效果。具体有以下几种方式。
（1）深用大粒径的半开级配沥青混凝土铺筑而成。结冰后行车时，轮胎和路而间的局部颗粒作用，使结冰层承受不均匀受力，而成为凸形形状及破碎。一般采用改性沥青混合料，空隙率在10%-20%石左右。
（2）将一定数量的坚硬的废旧陶瓷屑填入热拌沥青混合料进行面层铺筑或罩面，从而提高抗冰冻和抗滑作用。
（3）深用间断级配沥青混凝土铺筑，细料成分较少，分为25F和13F两种，相当于我国的AC25，AC13表而粗糙，具有一定抗滑效果。
粗糙型铺装技术曾经在日本扎幌市除冰雪路而中有所应用，同时进行了除冰雪性能、抗滑性与耐久性方而的研究。
2.2.2.2化学类冻结抑制路面
化学类冻结抑制路面是指通过在沥青混合料中掺入具有抑制冻结效果的化学类材料所形成的具有冻结抑制功能的路面。此种路面能够降低表面冰点，在较低的温度条件下融化路面表面积雪，使积雪与路面之间变得松散，提高除雪作业效率，从而确保车辆行驶安全。
国外在添加蓄盐材料的沥青混合料的研究中发展较快，应用也比较广泛，日本及欧洲一些国家已经将研发的产品应用于路面铺筑。欧洲、美国、加拿大、日本等15个国家在上世纪70至80年代间，对300多个城市的道路路面进行一系列研究后，瑞士首先成功的在路面中添加了一种氯化钙化学复合填料Verglimit防冻剂，俗称V-260。日本在国外研究的基础上研发了Mafilon，并于1986年首次在山形县铺筑粉体盐化物沥青路面，90年代初期成功的进行了本土化研究。随着新型化学类冻结抑制材料研究的逐渐深入，盐化物沥青路面在日本大部分地区进行了成功推广，截止到2002年3月，日本国内盐化物沥青路面施工事例超过2000例，铺筑面积约380万平米。同时，日本对国内盐化物沥青路面做了长期跟踪监测检验，1996年，日本对国内1990年铺筑的一条密级配盐化物沥青路面(AC-13F，盐化物添加量为8%)进行了6年的跟踪调查，采集了自1990年至1996年冻结抑制路面施工6年后的盐分变化数据。
相比于国外，我国相应的研究尚处于起步阶段，长安大学新型路面研究所在国内最早开展了对盐化物掺配比例、盐化物混合料级配设计、盐化物混合料路用性能、融雪效果评价、自主盐化物研发等方面的技术研究，2007年进行了试验段实体工程研究，并于2012年率先进行盐化物沥青路面的耐久性与融雪持久性研究。
（一）化学类冻结抑制材料的主要类型
化学类冻结抑制材料的有效冻结抑制成分主要为盐分（氯化钠、氯化钙等）通过不同的加工工艺将盐分加工成颗粒或者粉末等不同形式，添加到沥青混合料中，主要类型如下:
1、用水泥将盐分固化成不同粒径的颗粒,通常用于置换混合料中4.75~13.2mm、2.36~4.75mm的碎石，添加量约为8%，铺筑后这种特殊骨料中盐分的逐渐析出使路面具有冻结抑制功能；
2、盐分以颗粒形式表面裹油后置换混合料中10mm以下的骨料和填料，冻结抑制材料的有效成分从路面表面逐渐析出，从而发挥冻结抑制功能，代表产品有V-260，其耐热性能好，能够适应改性沥青混合料的高温性能；
3、用多孔结构的火成岩包裹盐分，研磨成粉末状颗粒置换混合料中的填料，盐分充分分散在混合料中，有效成分逐渐从路面表面析出，从而持续发挥冻结抑制效果，添加量为6%~8%，代表产品有Mafilon，简称MFL。
（二）路面的适用范围
化学类冻结抑制路面主要是通过盐分的析出来有效降低路面冰雪的冰点，使冰雪融化后与路面脱离。在降雪量较小或路面冻结开始阶段，这种路面与普通路面相比具有明显的冻结抑制效果，但当短时间内降雪量较大或者温度变化特别显著时，却不能够达到如热力学融雪、机械除雪和撒布融雪剂等除雪方法带来的路面裸露效果。因此，在冬季冰雪道路的路面管理中，为了保证道路的交通畅通，确保车辆行驶安全，需要将其与机械除雪、喷洒融雪剂等其他除雪方式并用，适用于如下场所：
1、车辆需要减速或急转弯处，如陡坡路段、城市道路的交叉口、公铁交叉口等；
2、路面状况变化显著的地方，如隧道出入口，隧道内温度较高，在隧道的出入口处内外温差变化较大，在风力及车辆轮胎的作用下会有部分冰雪进入隧道口，路面容易冻结，与正常路面相比，抗滑性能下降显著，是交通事故高发区；
3、特别容易冻结的地方，如山涧背阴处、桥面上等，桥面上的路面厚度很薄，路面温度受气温影响较大，道路冰雪容易冻结，影响道路的行驶安全；
4、需要尽可能减少喷洒融雪剂的地方如与农耕地相临近的地方或住户密集区等，尽可能减少融雪剂的喷洒量，减少氯盐对农作物及土壤的破坏；
5、在缺少除雪车或者除雪车无法作业的地方以及喷洒融雪剂困难的地方。
（三）路面冻结抑制材料的作用机理
化学类冻结抑制材料的有效冻结抑制成分主要是氯化钠。氯化钙等易溶盐，由于路面结构空隙的存在，水分逐渐进入混合料内部，使得有效冻结抑制成分溶解。在毛细管压力及车辆碾压作用下，易溶盐溶液从沥青混合料内部浓度较高的狭小空间逐渐向盐分浓度较低的路面表面扩散，从而降低道路表面的冰点，延迟道路表面积雪结冰，并能在较低的温度条件下使道路表面冰层与路面脱离。析出的易溶盐也逐渐随着轮胎滚动和路面表面的流水而流失。同时，轮胎的反复碾压和流动的降雨或降雪加速了可溶盐的浓度扩散，从而加速了有效冻结抑制成分的散失。温度升高，离子扩散速度加快，易溶盐扩散加速。因此，夏季高温多雨是
化学类冻结抑制路面有效冻结抑制成分散失的主要原因。最后，总结不同类型路面除冰雪技术的优缺点，如表2所示。
表2不同类型除冰雪方法及各自特点
融雪化冰方法
人工清除法
清机械除清除法
法 机械吹雪
除雪安全环保
使用范围小、费用高 降低路面耐久性、污染环境、影响氯化物融化法
化学融化法 环保型融雪剂 添加盐化物技
较长时间内防积雪、降低除冰难度
术
加量有限
融雪效率低、初期投入大、且耐久融化红外线管加热法
法
热融
不需变压器等服务设施、加热效果化法 电热丝法
好
导电砼法
自动融雪、绿色环保 利用自然热水源或太阳能加热、绿流体加热法
色环保
抑橡胶颗粒填充
制冻镶嵌类铺装
结铺粗糙型铺装
装
一定的抗冻、抗滑效果
限，表面磨耗后效果散失
路面抗冰冻、抗滑
落，路面易出现松散、坑槽 路面空隙率大，抗积雪结冰效果有
面性能得到改善、低噪环保
冰雪
破坏路面原有状态，填充物易脱
自应力有效抑制路面积雪结冰、路
道易渗漏而影响加热效果 路面不易达到充分密实，不能移除
修、限制了其应用
安全性不好、价格昂贵、不易控制 系统本身与安装价格昂贵、换热管电热丝易被行车荷载破坏、不易维
自动融雪、易于控制
响大、现已基本不用 升温过于迟缓且受外部风向的影地热管法
利用清洁能源、绿色环保
性较差
环保、融雪较氯盐快 材料来源广泛、价格便宜
路面的抗滑性能 价格昂贵难以推广
难以保证沥青路面本身的性能、添机械设备铲雪
除雪面积大、速度较快
且闲置时间长、经济效益差 清除不彻底、影响交通、设备昂贵
优点 除雪较彻底
缺点
效率低、影响交通、浪费人力
3 路面除冰雪技术总结与发展趋势
综上所述，目前的道路除冰雪技术和方法虽然较多，但都有各自的优缺点和适用范围，没有一种方法和技术是完全优于其他方法而普遍适用各自场合的。因此，要做到有效除雪还要合理地结合多种除冰雪方式。
首先，需要建立“预防除雪”、“实时除雪”理念，变被动除雪为主动除雪。由于传统的除雪理念是雪停后才开始除雪，从工程学的角度看，积雪被压实的过程需要消耗大量能量，雪被行车压实后再把它从地而清除掉就要加倍消耗更大能量和更多时间。除雪工作首先是一种理念的转变，而机械化“实时除雪”才是比较科学合理的除雪方式。除雪机械在降雪过程中实时除雪，在不中断交通的情况下及时地完成除雪工作，是未来城市、机场、高速公路等道路除雪的发展方向。
其次，实行“因地制宜”原则。根据降雪情况和“因地制宜”的原则，分别采取小雪防滑、中雪及时扫、大雪机械清、暴雪局部适量撒环保型融雪剂的方式来进行。尤其是融雪剂，应尽量少用或者不用，只在强降雪及低温天气时，在市区主干道、高速公路陡坡路段适量撒施环保型融雪剂，尽量减少对基础设施和生态环境造成的损害。此外，应规范融雪剂的配备策略、使用技术、使用范围和市场，禁止使用工业盐和劣质融雪剂，严禁将己混合融雪剂的积雪推到人行道或绿化带内，并提出相应的防“盐害”措施；同时注重引进与研发低价、环保型融雪剂。
再者，多种技术综合运用。由于不同的除冰雪技术特点和适应的情况不尽相同，应依据道路所处地理位置、降雪量、气温及经济条件等合理发展与应用除雪技术。人工除雪低效落后，融雪剂除雪会损坏道路、桥梁、车辆、污染城市环境等。中国道路融冰雪技术的发展多式多样，尽管目前应用更多的还是采用传统型的融冰雪方法。目前新技术和方法都有其局限性，各地区应按照“因地制宜”的原则合理地去选择、发展和推广。
最后，随着太阳能和地热能等能源的可循环再利用，绿色能源的大力发掘，中外高速公路融雪化冰技术和方法势必会融入节能思想、环保意识以及循环可持续性发展的内涵，使得深受冰雪灾害影响的区域交通不再因冰雪的原因而中断和堵塞，经济也可进入持续高速发展阶段。
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