高速公路除雪防滑材料的分析及应用.doc

高速公路除雪防滑材料的分析及应用伴随着社会的发展和科学技术的进步，依靠人工除雪的传统办法已明显落后，用现代化手段除雪已成潮流。许多普通公路和城市道路的管理部门充分地意识到了这一点，在新型的专用除雪设备被研制开发的同时，大量的新型无腐蚀、无污染、廉价的防滑材料也在开发之中。高速公路在这方面的工作起着典型示范作用。 一般来说，未被压实的积雪主要靠机械来清除，而被压实的积雪或冰面则要靠撒布防滑材料的办法来处理。现就高速公路除雪防滑材料及其应用加以分析。 1 容易出现结冰的地点及结冰原因 1.1积雪一旦被车辆反复辗轧，雪层中的空隙就会急剧减小，从而形成雪渍，又受摩擦作用的影响，表面变得十分光滑，逐渐变成冰。这在积雪还未来得及清除而变通量又大的路段极易出现，例如在行车道的车辙附近。 1.2在各立交桥的出入口、匝道、引线、收费站广场、停车场及服务区等处，因车辆缓行，交通量相对较大，也易形成冰面。 1.3跨线桥下更易出现结冰。这是因为跨线桥上的缓慢融化的冰水滴落下来，在路面上结成冰，另外是因为跨线桥投下的阴影处温度较低、不易见阳光，结冰很难融化。 1.4桥面及过涵路面易结冰。这是因为桥涵上下面温差较大，空气中的水分更易凝结。如果桥涵在冬季仍然过水(往往是工业废水)，则桥面上下的温差更大，桥面更会结冰，加之弥漫的水汽也会在桥涵附近凝结，桥涵前后的路面很可能都是冰面。 1.5在各立交桥的上下坡，车辆通行速度较缓，又常出现打滑(尤其是重车)现象，故经过时车辙更易形成冰面。因为冬季阳光多平射，一些立交桥坡面很少被阳光照射到，温度更低，这些地方更易形成冰面。 2除雪防滑材料分析 在寒冷的冬季，路面上的结冰很难融化成水而流走，大都是靠升华而消失的。这是一个缓慢的过程。必须及时采取有效的措施清除冰面，而一般除雪机械根难对付冰面，须要用撒布防滑材料的办法来解决问题。 不同的防滑材料有着不同的特性及使用效果。 2.1盐 盐是使用最多的防滑材料，主要用来除冰防滑。 2.1.l防滑机理 利用盐水的冰点低于水的冰点这一特性除冰。盐与冰雪结合形成的少量盐水可融化周围的冰雪，从而增加盐水量，这些更多的盐水又可使周围更多的冰雪融化，这一过程一直持续下去，直到盐水被稀释到不能再继续融化冰雪为止，这时的盐水便达到当时气温下的冰点。 用盐除冰雪的目的，就是使冰雪融化成盐水，并在达到冰点之前流走，或使其中的水分全部蒸发掉，露出黑色路面，恢复功能。 2.1.2撒布时机 (1)结冰之前撒布，冰面很难形成，效果良好。适用于为数不多的重点的多灾害性地段，如立交区、加减速车道、跨线桥下路面等处。但这需要有预见，且出击及时，行动更要迅速。一般情况下，管理路段较长，撒布地点多，不易实现。建议在刚刚降雪、积雪不足1厘米、未被压实松软情况下撒布，这时盐料能没入到积雪中，二者很好粘合，进而融化。 (2)结冰之后撒布，是大多情况。除雪机械作业后，能清除大部分积雪。但被压实的积雪不易除掉，经过车辆的不断辗轧和阳光的不断照射，这部分积雪的强度逐渐加大，表面逐渐光滑，形成一片冰渍或冰面。通常冰渍沿车辆行驶方向纵向出现，大多在行车道和超车道上。面积小时，对行车构不成大的危险，完全可以不予理采，但面积过大时就必须撒盐。撒在冰面上的盐粒，有的被车轮压进冰层，逐渐化成盐水；有的被卷带走，浪费掉。化成盐水的部分再被车轮带到新的冰面，继续融化。需要说明的是，这里的浪费是必须的、不可避免的，它是伴随目标的实现而产生的，合理的撒布可以减步这种浪费。 2.1.3撒布方法 (1)人工撒布的方法有很多，举三例：其一，工人在行进着的盐车上用锹撒布，这是目前使用得最多的方法。要求车速较慢，工人见到冰面后立即抛撒，无冰面处，越过。优点是用盐节省，缺点是工人背向盐车行驶方向无法预计是否该撒盐；另一缺点是撒盐量不好控制，仍存在浪费。其二，工人在盐车上手工抛撒。这是对前一种方法的改进，撒盐量得到控制，目标更准确，抛撒更及时。此法最经济。其三，是打开盐车的箱板，工人在车尾用扫帚抛撒。撒布较均匀。 (2)机械撒布在国外被较广泛采用，基本方法是：撒盐车行进时，其上的盐料进入撒布器。撒布器的核心部分是旋转着的圆盘，受离心力的作用盐粒又被抛撒开。这样，撒盐车经过后盐料被均匀撒布开。我们也曾做过尝试，尽管盐料有所浪费，但效率极高。用撒盐车等机械作业是除雪防滑工作发展的必然趋势。目前，我省高速公路系统已经自行开发研制出此种机械。 (3)减少盐浪费的妙法：其一，撒盐前在盐堆上浇适量的水，使其有一定的粘性，抛撒落冰后不至于飞溅开。在气温很低的情况下，常采用此方法。其二，用适量的雪与盐拌和也能增加粘度，达到节省的目的。其三，机械撒布时，用搅拌装置把结成大块的盐料松动，之后再用机械破碎，使盐的粒径在3至5毫米之间，这样，盐粒能很好地与冰雪粘合，不至于被车辆卷带走。这种办法多在机械撒布时应用，效果很好。还有人尝试用水车装上锅炉里的开水，倒入大量盐，使盐水过饱和，然后撒在路面上。此方法立竿见影，所到之处黑色路面立即露出。但其缺点是盐水对水车的腐蚀太大；还有水车在冰面上作业十分危险；另外随着作业距离的加长，寒冷的空气会很快降低盐水的温度，使其浓度下降除冰效果也会越来越差；再就是如掌握不好，容易制造出新的冰面。 2.1.4对环境的影响 (1)中央分隔带的土层较薄，土壤环境比较恶劣，盐水的渗入会使其碱性化，更不利于花灌木的生长。 (2)大量的积雪被清理到边坡上，融化后流到边沟和农田里，其中的盐分沉积后对边坡上的植物、农作物产生危害。 (3)盐水严重腐蚀水泥制品，路缘石、伸缩缝、排水孔、泄水槽易受破坏，钙镁离子硫酸根离子腐蚀性更大。沈大高速公路由此带来的损失十分严重。 (4)钢护栏、护栏柱受腐蚀严重。 2.1.5盐品的选购和保存 (1)与当地的气象部门取得联系，预测降雪情况，控制性地购进用盐。 (2)我们的经验是每公里备盐10吨，可分两次购进。这样，一般的雪情都可应付，还不至于浪费。如有大雪则须储备更多一些的盐。 (3)盐场装卸时散落的盐(俗称落地盐)是最佳选择，成色较高，价格较低。土盐价格也较低，是另一优选对象。含钙离子和镁离子及硫酸根离子的盐品冰点较低，常用于低温作业时使用。 (4)盐品属国家专卖商品，购盐时最好与盐业主管部门密切合作。 (5)盐库是存放防滑盐的最好地点。在美国建有许多大型的盐库，在那里，你可见到堆积如山的盐，可用若干年。撒盐是美国高速公路除冰的唯一手段。 (6)我们曾尝试把盐储存在大型车库里，后因盐对设备及设施腐蚀严重而中止。 (7)分散存放是个好办法，即把盐袋装后存放在管段内各收费站、服务区或停车场，数量不大，占地不多，便于保管和作业时补给用盐。 (8)露天存放时要把盐袋垫起并加盖苫布。 3 炉渣 是使用较多的廉价的防滑材料，主要用来清除冰渍，在普通公路或城市道路的防滑作业中大量采用。 3.1防滑机理 (1)利用炉渣孔隙丰富易破碎的特点。将炉渣撒布在冰面上，一经辗轧，就会破碎并嵌入冰渍。这样，炉渣越多，摩擦系数越大，路面抗滑性能越好。 (2)利用炉渣吸收光线性能强的特性。白色的冰渍反光强烈，在寒冷的天气情况下只能靠升华而消失。而覆盖一层黑色的炉渣后，冰面吸收的热量大大增加，冰渍的强度也大大下降，受外力作用后很容易脱落。 (3)利用炉渣吸附性强的特性。炉渣能与冰雪很好结合，加快融化速度。 3.2撒布方法 也是人工抛撒，但要注意一点：装车前必须将大块炉渣粉碎，以便炉渣能很好地与冰雪结合，更为防止引发交通事故。 3.3对环境的影响 (1)容易破坏中央分隔带及边坡土壤的粘性，沙化土壤，不利花草的生长。 (2)待冰雪融化后，炉渣成为最严重的污染物，很难清理。 (3)鉴于以上两原因加之人工粉碎困难，近年很少单独使用炉渣用于防滑，而往往将它与其它防滑料混合使用。 3.4炉渣来源是各收费站的锅炉煤渣 4 沙子 也是常用的廉价防滑料，它粒径较小，颗粒均匀，容易嵌入冰渍，另外它吸热性能良好，在冬日的强光照射下易吸收热量。因它对环境的破坏与炉渣相似，所以较少使用，多在收费站的车道上或匝道弯道处使用。建议入冬前在每个收费站贮备适量(约二十吨)细沙。 5 融雪剂 曾被试用。它的除冰性能与湿盐相似，但因价格是盐的23倍，过于昂贵，过去很少被采用。近年来，随着社会的发展及全民环境保护意识的提高，高效无毒廉价的融雪剂已成为急需品。由于融雪剂一般来说要求对水泥制品无腐蚀，因而多被用于水泥混凝土桥面尤其是大桥特大桥的除冰作业中。目前开发并使用的融雪剂有很多种。我们曾用过的一种融雪剂是制药厂的副产品，原材料是海藻，呈团块状，易粉碎，白色，无毒无味，水溶性较好，气温很低的情况下也能较快融化冰面。融雪剂取代传统的防滑材料而被大量使用是必然的趋势，不难想象未来融雪剂的特性：低冰点、水溶性好、无毒、益于植物生长、价格低廉、便于运输储存。 6 结语 高效、环保、合乎国情的除雪防滑材料及科学的撒布方法是搞好高速公路冬季养护特别是除雪作业的一个关键。融雪剂的功与过冬天来了，大雪覆盖了城市，银装素裹固然美妙，但大雪也阻碍了道路交通。使用融雪剂是扫除城市交通雪障的主要办法，但融雪剂也带来了不小的麻烦。融雪剂即化冰盐环卫工人常把铺撒融雪剂称为“撒盐”，因为融雪剂以前的主要成分是氯盐类物质，如氯化钠（与食盐的成分一样）、氯化钙、氯化镁等，所以融雪剂曾经被称为“化冰盐”。目前，世界各国使用较多的就是氯盐融雪剂（除特指外，本文提到的都是氯盐融雪剂）。化冰盐为什么可以使雪融化？中冶集团建筑研究院的洪乃丰教授对化冰盐关注多年，他向我介绍了其中的原理。氯盐溶液的冰点比水低，以氯化钠为例，浓度为35左右的氯化钠和溶液的冰点是零下19摄氏度，浓度为20的氯化钠溶液的冰点为零下10度。在雪里撒上氯化钠固体颗粒或者一定浓度的氯化钠溶液，由于氯化纳溶解放热，积雪会融化。钢筋混凝土的破坏者1972年，英国在一条高速公路上修建了11座桥梁，然而，还没有用上几年，就出现了混凝土顺着钢筋开裂的现象。截至1987年，15年来为维修这11座桥梁所花的费用已经相当于建桥资金的1.6倍。1993年，美国57.5万座桥中，受到腐蚀破坏的桥梁超过一半，40的桥梁己承载不足。位于北欧的丹麦，在哥本哈恨地区调查了102座桥，其中50有严重的钢筋腐蚀现象。在北京、天津等地，一些桥梁也出现了这种情况：钢筋锈蚀断裂，混凝土顺着钢筋开裂。除了桥梁建筑自身的老化外，融雪剂也加速了桥梁的锈蚀。关键在于氯离子与钢筋中的铁发生反应，加速了铁的锈蚀。水结冰膨胀会导致混凝上开裂，而融雪剂增大了这种破坏效应。一般水结冰会膨胀9，而掺入了融雪剂的水结冰后能膨胀25。建筑防护学的专家们把这些现象称为“益害”。给环保融雪剂验明正身以前人们也注意到氯化钠对桥梁道路的危害，在使用融雪剂时也相当小心。2002年，有一种环保融雪剂应运而生，人们以为对环境就没有任何损害了。于是，到了冬天，北京地区大量使用了这种环保融雪剂，连绿化带里也聚积了撒有融雪剂的雪。交通问题暂时解决了，但到了第二年，14棵油松死亡，这使人们认识到所谓的环保融雪剂仍然会破坏城市环境。所谓的“环保”只是添加了一些可以减缓钢筋锈蚀的防锈剂，洪教授说，只要融雪剂的主体成分是氯盐，盐害便会存在。对植物来说，高浓度的氯盐溶液渗透到植物的根部，会形成反渗透，大量吸取植物体内的水分，导致植物失小，被盐分浸渍而死亡。除了腐蚀钢筋、伤害植物，含有高浓度盐类的雪水流到地下，还会污染地下水，并腐蚀地下管道。认清了融雪剂的真面目之后，2004年冬天，北京市政部门明确提出“以机械除雪为主，融雪剂融雪为辅”。我采访了北京市市政管理委员会，工作人员讲，人们已注意到融雪剂对基础设施的破坏，不会像前两年那样大量使用融了，但面对交通压力，还是不能放弃对融雪剂的使用。融雪和环保如何两全要兼顾融雪和环保，有两个方法：改进融雪剂、加强防护。除了氯盐类融雪剂外，有机盐融雪剂也在被使用。一些醇类和胺类有机盐的冰点都在零度以下，对钢筋混凝土没有腐蚀作用，但每吨的价格在1万多元，经济上难以负担。一般在机场等有特殊要求的场所使用这种昂贵的融雪剂。据悉，美国