凝冻灾害性天气在我国南方部分省区市均有发生，云贵高原是频发地区，湖北、湖南、江西、安徽、江苏等地每年均有发生，其中贵州是冬季出现凝冻天气最频繁的省份。

在冬季凝冻灾害天气频发地区，潮湿路面易形成薄冰层或暗冰。这种较薄冰层使路面上的冰层表面处于润湿状态，薄冰上的水膜使得路表完全丧失摩擦力，大幅度地降低了路面抗滑性能，行车安全性显著降低，给交通安全带来了巨大隐患中国沥青网sinoasphalt.com。一直以来，冬季路面结冰问题都是道路交通安全的严重威胁，而开发和选择有效的除冰雪技术也是国内外道路工作者研究的重点之一。目前，国内外的除冰雪方式主要包括：人工除雪、撒布除冰盐、掺橡胶弹性颗粒除冰雪、蓄能的道路热融雪化冰技术和撒布自融雪涂层等。其中，人工除雪效率低，且在以路面结冰为主要特征的南方凝冻地区不适用；撒布工业除冰盐则会使盐类随融水流入附近土壤，污染周围环境，且也易造成沥青胶结料从矿料表面剥落，影响路面性能，提高养护成本；掺橡胶颗粒弹性除冰雪路面则存在除积雪效果较差的缺点。而自融冰雪涂层一般在冬季降雪、凝冻天气到来前即撒布在路面上的一层主动融雪涂层，使冰雪无法与路面紧密结合，并在车辆作用下从路表脱落，是一种安全、环保的主动型的除冰雪技术，一般可使用一个冬季。

低表面能缓释型除冰涂层具有施工操作性强，性能高效耐久，具有预防性养护功能、减少养护费用等特点，各组分均为环保型材料。本文采用A、B、C等3种组分材料配置了低表面能缓释型除冰涂层材料，并在马歇尔试件、小梁试件、微表处湿轮磨耗试件上分别涂布该涂层后，在室内模拟凝冻天气的低温环境箱内进行了表面凝冰，对马歇尔和小梁试件进行了落球冲击试验，以冲击试验后试件表面冰层的破碎情况对除冰雪涂层材料抗凝冰效果进行评价；同时通过负荷轮碾压试验，对除冰涂层除冰耐久性进行评价。分别将撒布除冰涂层、工业除冰盐和未做处理的3种试件置于室外降雪和凝冻天气条件下，通过对比3种试件表面凝冰雪情况对该涂层材料的除冰雪效果进行了评价。

低表面能缓释型除冰雪涂层材料设计

除冰涂层材料包括成膜组分A、胶黏组分B和抑冰组分C等3组分构成。其中，组分A由胶体(由有机硅橡胶乳液、补强剂等组成)、催化剂、稀释剂(水)、防滑石英砂等构成，其中石英砂作为抗滑材料；组分B由交联剂和偶联剂构成；组分C为复合冰点抑制剂、多孔吸附载体、炭黑构成的粉体。3组材料按照一定比例和顺序拌和形成混合液。

除冰涂层材料配合比设计思路为：通过改变涂层中各材料的比例，分别制备不同配比除冰涂层，各配比涂层的除冰效果采用喷涂试件和未喷涂试件进行平行冷冻对比试验，调整低表面能缓释型融雪除冰涂层中各组分材料的配合比，以达到在-10℃的低温环境下，涂层具有较好的除冰效果。本试验以1000m2为例配置了该除冰涂层3组分施工配合比。为了检验该配比下除冰涂层施工可操作性，在室内按比例拌制样品，然后涂刷在马歇尔试件、车辙试件及微表处湿轮磨耗试件表面，喷涂量为0.45kg/㎡。放置在通风条件好的室外测量固化时间(除冰涂层完全黏附在路面上的时间)，测得其固化时间为4~6h。

室内抗凝冰效果评价

试验方案

按工程实际热拌沥青混合料SMA-13配合比制作马歇尔试件6个、车辙板2块，并将碾压成型的车辙板切割成70mm×180mm×50mm的小梁试件备用。同时，按照MＳ-3型微表处工程实际配合比制作湿轮磨耗试验试件3个以上备用。室内试验分为冷冻试验观测组、敲击试验组、落锤冲击试验组及耐久性试验组等4组，各试验组试验方案如下。

冷冻试验组。(1)按照表1材料配比配置试验混合液，分别涂刷在1块小梁试件(编号为涂1)和1个马歇尔试件表面(编号为涂2)，另各配1试件作为空白对比，分别标号为空1和空2。

(2)将各试件放入事先准备好的冷冻箱中，使用塑料袋将各试件隔离，分别向各组试件空格内注水，水面低于试件表面以下2mm。放入模拟凝冻地区冬季极端天气条件-10℃的冰柜，冷冻12h。

(3)将冷冻箱搬出，分别向各试件空格内注水，一次性注入水量超过试件表面以上3mm，放入-10℃冰柜，每1h取出观测1次。观测每个阶段结冰状态，直至各试件完全结冰。

敲击试验组。按照材料配比配置试验混合液，分别喷涂在编号为“试验1号”和“试验2号”的小梁试件上，另一个小梁试件作为空白对照，编号为“空白组”。分别在试件表面围蓄2~3mm深的水，放入-10℃的冰柜，冷冻至表面完全结冰。

落球冲击试验。按照表1材料配比配置试验混合液，分别喷涂在编号为“涂1号”和“涂2号”马歇尔试件上，另一个小梁试件作为对照，编号为“空白”。分别在表面围蓄2~3mm深的水，放入-10℃的冰柜，冷冻至表面完全结冰。

湿轮磨耗试验。按照材料配比配置试验混合液，分别喷涂在编号为“对照组”和“磨耗组”的微表处湿轮磨耗试件表面，其中“磨耗组”需进行负荷轮碾压试验。在试件表面围蓄2~3mm的水，放入-10℃的冰柜，冷冻至表面完全结冰。

冷冻试验观测结果

(1)1h：各组试件顶面以上，均形成冰水混合物，冰水混合液顶面开始成冰硬化。

(2)2h：各组试件均有冰水混合物，表面硬化，用塑料锤轻轻敲击，各试件表面均有自由水在流动。

(3)3h：空白组两个试件表面结冰基本完成，未见到流动水存在；涂层试件1，冰面已形成，流动水面积为932.6mm2；涂层试件2，冰面已形成，流动水面积为172.7mm2。

(4)4h：空白组两个试件表面结冰已完成，冰面呈白色状，其中空白试件1还能部分可见试件表面，空白试件2完全呈白色，试件表面已不清晰；涂层试件1，冰面形成，流动水面积缩小为379.9mm2；涂层试件2，流动水面积缩小为78.5mm2。

(5)5h：全部试件均完全结冰。通过冷冻试验，观测试件表面与冰面完全结冰过程可知：以水面开始结冰为冷冻试件试验观测起点，观测除冰涂层试件与空白试件表面流动水面积随时间推移缩小的情况。在相同的温度和湿度条件下，除冰涂层表面完全凝冰时间长于空白试件；除冰涂层试件表面长时间存在的流动水，说明除冰涂层材料析出，可起到抑冰的作用；除冰涂层试件表面流动水面积的大小随时间变化的特征，除冰涂层试件表面自由流动水最终会完全凝冰，说明该除冰涂层存在冷冻时间和温度的限制，除冰涂层在一定的时间范围内起到抑冰作用。

敲击试验结果

冷冻试验完成后，“空白组”试件表面冰层厚度平均为2.5mm，“试验1号”试件表面冰层平均厚度为2mm，“试验2号”试件表面冰层平均厚度为3.1mm。使用胶锤敲击冰面，“空白组”冰层无松动迹象；“试验1号”冰层破碎，有5个破碎面；“试验2号”冰层破碎为4块。使用刮刀轻轻将冰块铲起放在事先准备的白纸上，起放过程避免冰块再破碎。将“试验1号和2号”试件表面整冰块移去后，试件表面均无残留的细小冰块，冰块与试件接触面黏附着黑色的液体。对“空白组”冰层使用胶锤重力敲击时，冰层与试件表面黏结紧密，无松动迹象。

落球冲击试验结果

低表面能缓释型除冰涂层，一方面抑制路面上的水结冰；另一方面使涂层表面与冰面黏结性能差，在行车荷载作用下冰面迅速破碎后融化。目前国内缺少除冰效果评价相关的试验规程，为了评价抗冰涂层效果，借鉴《突起路标》整体抗冲击性能试验———“落球冲击试验”，利用钢球的自由落体产生的动能来等效模拟清除路面冰层的力，通过观测冰层开裂情况来表征冰层耐冲击的能力，间接反映冰层与路面间的黏附力的大小。

试验步骤为：在坚固、平整的水泥混凝土地面上放置面积大于试件底面的钢板，将试件置于钢板上，用质量为1040ｇ±10ｇ的实心钢球，在试件正上方1m的高度无初速度落下，冲击试件表面冰层。为了模拟凝冻地区冬季气候条件，冲击试验条件选择在温度为5℃左右的天气下进行。将结冰的“涂1号”、“涂2号”和“空白”马歇尔试件分别进行落球冲击试验。

“空白”试件冲击点凹陷，只有钢球冲击的印记，印记边沿无裂缝；“涂1号”、“涂2号”均呈现冰面破碎后飞散的现象，且表面无黏附的残冰，可见该除冰涂层在冲击作用下具有较好的除冰效果。

为了进一步探明除冰涂层表面冰层破碎过程，使用牛皮纸包裹“空白”和“涂2号”试件周围，围蓄水深度2~3mm再进行冷冻结冰试验，采用落球冲击试验对比观测冰面破碎情况。涂2号试件冲击点在试件中心位置，破碎后的冰粒堆积在试件表面，冲击点可见冰面融化迹象；“空白”试件冰面依然只有落球冲击的印记。

参考文献提出的橡胶颗粒沥青混合料抑制冰雪评价方法，定性观测冰面开裂和破损状况来评价抗凝冰效果。根据落球冲击试验，无侧限除冰涂层冰面破碎后在落球冲击作用下飞散剥离，有侧限除冰涂层冰面破碎明显，从涂层表面剥落，冲击点残冰融化。判定除冰涂层的抗凝冰效果等级为优。

耐久性试验

借鉴微表处湿轮磨耗试验方法，模拟除冰涂层在冰雪条件、行车荷载作用下抗冰水损害的能力，从侧面反映除冰涂层的耐久性，参照Ｔ0752-2011稀浆混合料湿轮磨耗试验进行试验。为了减小湿轮磨耗对除冰涂层的影响，选用试件均进行过磨耗试验，将试件表面的松动颗粒全部清除，再将除冰涂层混合液喷涂在试件表面。除冰涂层固化后，参考水1h湿轮磨耗试验，将“磨耗组”试件放入5℃的恒温试验箱下保温60min。“磨耗组”除冰涂层磨耗值为547g/m2。“磨耗组”负荷轮碾压试验后，与“对照组”同时进行冷冻试验后，采用敲击试验方法和落球冲击试验观测表面覆冰破损情况。

经负荷轮碾压后，“磨耗组”试件表面除冰涂层磨损，表面构造深处除冰涂层材料未脱落。经-10℃冷柜冷冻12h后，“磨耗组”冰面从冰柜取出时即出现裂缝，“对照组”冰面表面呈透明状，轻轻敲击冰面，可见冰层与试件表面有液体存在，呈黑色状。落球冲击作用下，“磨耗组”冰面有明显破碎，冲击点处冰层从试件表面完全剥离；“对照组”冰面完全破碎并剥离，冰层底部呈黑色状，可见液体析出。经过负荷轮碾压试验后，除冰涂层除冰效果有一定衰减，但还具有抗凝冰的效果。

室外凝冻条件下除雪效果评价

为评价除冰涂层在室外凝冻、降雪天气条件下的除冰雪效果，将配置好的除冰涂层材料，除冰涂层混合液分别涂刷在马歇尔试件、小梁试件、微表处湿轮磨耗试件表面上，涂刷量控制在0.45kg/m2，各种试件均设置对比空白试件。将各试验组的试件摆放在试验地点，连续4天在冰雪天气条件下，分别对3个试验组进行了跟踪观测。

第一天将3组试件放置在室外降雪环境中，并在试件上浇水，观测1h，观测试件结冰状态。由于试件表面积小，冻雨降落在试件表面上，难以形成均匀冰面，为方便观测，每天晚上18：00、21：00、23：00分别在表面浇水，使得冰面达到2~3mm。第二天开始记录，每天上午9：00、中午12：00左右观测。　

根据观测结果可知：在单纯降雪条件下，雪降落在除冰涂层表面融化后，除冰材料析出，可见液体呈黑色，抑制结冰效果良好；在冻雨天气条件下，除冰涂层与空白对照组试件表面均结冰，但除冰涂层表面冰层接触不紧密，敲击可完全脱落，冰面破碎后迅速融化，冰水混合物呈黑色状。这侧面反映了凝冻天气条件下，路面结冰在行车作用下，路面结冰破碎及融化的状态。

低表面能缓释除冰涂层试验路铺筑和检测

试验路铺筑

为探明低表面能缓释除冰涂层对路面表面性能的影响，在某桥面铺筑了试验路。试验路长约单车道100m，涂刷量为0.45kg/m2，起点开始0~50m内撒布除冰涂层并在其上再撒布20~40目的石英砂，石英砂用量为涂层材料总量2%；m仅撒布除冰涂层；m作为对比段而不做任何处置。

因试验路距离短，机械施工成本高，选择人工滚涂法施工。试验路选择在典型凝冻地区某高速公路互通式立交桥面，该桥面近5年均发生凝冰。

除冰涂层3组分施工配合比按1000m2进行配置。按照涂层的配方分别准备好3种组分，现场将C组分粉体按照一定比例缓慢地加入到正在搅拌的A组分中，以(300~500)rpm的转速搅拌10min，再将B组分按照一定比例缓慢地加入到正在搅拌的混合组分中，以rpm的转速搅拌10min，混合均匀后制得低表面能缓释型除冰涂层。均匀涂刷在试验路上。施工后，观测除冰涂层固化时间为5h。

试验路检测

滚涂施工后，待除冰涂层固化已紧密黏结在路面上，分别对3段试验路进行抗滑性能检测和渗水系数检测。

从试验路的渗水检测结果可知，该除冰涂层具有良好的封水效果，兼有预防性养护功能。从3段路SFC测试结果可知：(1)试验段一，涂刷除冰涂层前路面横向力系数代表值为42.5，涂刷除冰涂层后立即撒布2%石英砂，除冰涂层固化后检测的横向力系数代表值为42.9，抗滑性能略有提高；(2)试验段二，涂刷除冰涂层前路面横向力系数代表值为42.7，涂层后不撒布石英砂，待除冰涂层固化后检测的横向力系数代表值为42.3，抗滑性能略有降低；(3)本次试验用低表面能缓释型除冰雪涂层涂刷以后，对路面抗滑性能影响不大，撒布石英砂的路段比不撒布石英砂的路段抗滑性能略好。根据近年凝冻天气下抗凝保畅工作实践表明，交通事故往往发生在驾驶员不知路面凝冰的情况下，行驶至凝冻路段，车辆发生侧滑、侧翻等事故。如果冰面在行车荷载作用下立即破碎，抗滑性能得以恢复，那么因路面结冰导致的交通事故率可能降低。

根据除冰涂层除冰效果试验结果，低表面能缓释除冰涂层与冰面黏结差的特性可为行车碾碎冰面、最终融化提供理论依据，除冰涂层表面抑冰特征，冰层底面与道路表面长时间内存在自由水，行车荷载作用下，冰面容易从路面分离开来。凝冻地区冬季路面冰层厚度一般在1~30mm，多见为暗冰，难以机械除冰，使用低表面能缓释型环保除冰涂层材料具有较大优势。

结语

(1)采用落球冲击试验定性观测冰表面的开裂和破损状况来评价抗凝冰效果，低表面能缓释型除冰涂层冰面破碎明显，完全剥离，抗凝冰效果评价为优；而冷冻试验过程试件表面与冰面之间的自由水说明除冰涂层具有抑冰作用，自由水面积随时间变化的特点，可定量描述抑冰效果。

(2)除冰涂层湿轮磨耗试件在5℃的恒温试验箱下保温60min后测试磨耗值为547g/m2。较对照组除冰效果有一定衰减，但除冰效果尚良好，耐久性可得以保证。

(3)室内外试验和现场试验均验证了除冰涂层工后固化时间为4~6h。在凝冻地区除冰涂层配比设计时，使用可增加促凝固成分，加速除冰涂层工后固化，提早开放交通时间。低表面能缓释除冰涂层对路面抗滑性能影响不大，撒布占除冰涂层总重量2%的20~40目石英砂有助于提高路面抗滑性能。

(4)室外凝冻天气条件下试验结果表明，除冰涂层遇水后缓慢地释放抑冰和除冰成分，较好模拟了除冰涂层在行车作用下破碎后迅速融化的工况，为低表面能缓释型除冰涂层在凝冻地区的应用提供了理论依据。