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冬季道路养护手段的效率与方法分析

2018-11-28 14:14:54   作者:webmaster   来源: 转载   热度:18   评论:   +收藏本文

摘要:近年来,为保证风雪冰冻天气道路的安全畅通,道路路面浮冰处理采用高速公路冬季养护抛洒融雪剂消冰的办法,收效颇佳。但受自然环境、人力、物力、机械化程度的局限,人工抛撒洒融雪剂费工、费时、费材料、效率低,事倍功半并存在诸多安全隐患。同时部分结冰路段地形特殊,浮冰不集中,又气候恶劣,因此路面浮冰的及时有效处理已成为冬季保通工作的难题之一

一、冬季气候影响下的冰雪道路特征
积雪状态受到气温、风力、降雪量、降雪形态、地理环境等影响,根据寒冷的气候特点及道路特征,通过对冬季路面积雪的实际情况观测,分析出各种降雪出现光滑冰雪路面类型。
1.1冰膜
当气温在一5℃一10 0C,降雪量小于Scm或雨或雨夹雪降至严寒路面,白天路面积雪状态为雪水混合物,可以正常行车,晚间温度下降后,路面形成小于1~厚的冰膜,较光滑,这种冰很难消除,行车易肇事。
1.2冰雪混合状
气温一5℃一10 0C,降雪量大于Scm,无风或风力小于3级,白天路面积雪状态为雪水混合物,不光滑,可正常行车,晚间路面呈冰雪交融状态,有冰棱出现,路面较滑。
1.3冰板
气温在一10℃以下,降雪量大于Scm,白天降雪降到路面形成雪水,晚间温度降低冻结成厚度大于1~以上的冰,这种冻板硬度较大,很难消除。
而我国的温带地区如东南、西南、华南等地冬季气候相对温暖和潮湿,初雪较晚,终雪较早,主要的降雪过程多半集中在隆冬时节,11月末至3月初,一次寒潮侵入后,先是雨,再下雪(中间一般还有“雨夹雪”),路面基本黑冰或薄冰路面,对交通运输的危害最为严重,也是目前最难于清除的。2008年至今,受极端恶劣气候的影响,我国南方大部分地区、西北地区东部及吉林省南部地区均出现了罕见的持续数十日的雨雪、冰冻及大(暴)雪等极端灾害性天气,因降雨时的雨滴温度很低,其气温处于临界冰点温度,地面形成一层光滑的薄冰,称其为冰雨,导致路面形成厚厚的黑冰,造成直接经济损失达125亿元。基于上述分析得出,积雪形成的冰或者冰雪混合状等较坚硬的雪质是目前抗滑融雪的难题,也是我们今后研究的重点。

二、现有冬季道路养护抗滑融雪材料撒布方式对比分析
目前抗滑融雪材料的撒布方式主要有直接撒布、预湿撒布、与氯盐溶液混合撒布、与固体氯盐混合撒布等。
固态融雪剂的直接撒布使用已露出其弊端,主要表现在以下几个方面:一是干撒固态防滑料、融雪剂撒布作业时,路面较滑,弹出路面、溅入路肩和排水系统造成的浪费极大,加上风的影响,浪费比例高达30%;二是干燥融雪剂撒布在雪地上时,需要吸收热量和湿气,形成盐水溶液,降低冰点,起到融雪化冰的作用,干燥的盐颗粒在没有吸收足够的热量和湿气之前,是不起化学反应,不能融化冰雪的;三是固态融雪剂通常不能象液态融雪剂一样实施预热,融化冰雪所需时间较长,特别在气温较低的气候条件下。四是融雪时产生的热冲击对路面有损害,盐溶于水为吸热反应,每千克盐溶与水需吸热73.9kJ,施撒固体盐,则盐溶解过程所需热量主要来自由车轮碾压的路面,盐溶解吸热导致路面温度急剧下降而开裂,从而严重影响路面的寿命。如表1显示不同温度下液体融雪剂和固体融雪剂的撒布量和融化时间。
由表1试验结果可以得出,预湿撒布其主要优势表现在以下几个方面,一是液体融雪剂可以在冰雪到来之前喷洒于任何平整路面,在降雪时与积雪混合稀释,可以有效的延缓冰雪的结冰点;二是液体融雪剂可以直接融化冰雪,以预湿方式缩短了固态融雪剂的融雪时间;三是液体融雪剂的使用,增加了与道路和积雪的粘着力,减少路面弹出的浪费,降低了融雪剂的使用成本,同时,在液体融雪剂中便于加入少量的防腐蚀剂,可以减少对混凝土路面和桥梁撒布作业若操作控制不当,撒盐过量,会损害植物,污染地下水,腐蚀车辆和地面。随着经济紧缩,资源短缺,岩盐的成本逐渐上升。传统的干式融雪剂撒布作业时,路面较滑,弹出路面、溅入路肩和排水道造成的浪费极大,加上风的影响,浪费比例高达30%约6000t,合计人民币600万。因此,精确控制撒布作业,节约使用防滑材料,控制盐的使用剂量越来越来受到世界各国交通部门的重视。
近年来,节能、高效、环保的新技术最突出的为冬季防滑材料撒布预湿技术工艺和撒布剂量控制的研究。

三、冬季道路养护防滑材料撒布效率方法的分析
冬季道路融雪剂预湿技术原理:融雪剂需有足够的热量和湿度才能起化学反应,达到融冰、化雪的效果。当干燥融雪剂刚被撒布在雪地上时,需吸收雪、冰地上热量和湿气,形成盐水融液,降低冰点,起到融雪化冰的作用。干燥的颗粒盐和片状盐在没有吸收足够的热量和湿气之前,是不起化学反应的,也就是说,是不能融冰、化雪的。当融雪剂刚刚撒布在雪地上时,公路上的湿气还不足以马上使盐融化。随着湿气的吸收,盐与雪开始融化,盐融雪水不断增多。随着水的比例增加,盐融水的冰点也开始变化。
研究发现:当融雪剂中水的比例达到8.6%时,冰点开始明显降低。当盐中水的比例达到23%时,盐融水的冰点为一20 0C。表2表明融雪剂预湿浓度与融雪剂使用效率关系。因此,在撒布作业时,将水按一定比例与盐预先混合后撒布,或将液态融雪液(岩盐加入一定比例的水一盐加和固态防滑材料混合撒布,可以大大降低融雪的冰点,提高作业效率,减低交通事故。
预湿融雪剂撒布作业,可以免除吸收热量和湿气的过程,直接产生融冰、化雪效果。通常融雪剂预湿量为20%-30%。当然,盐水中水的比例要严格控制。从图1可以看出,水比例过低或过高都会使冰点上升。A线为水比例低于23%的冰点曲线,B线为23%是冰点,C线为水比例超过23%时冰点曲线如图1所示。

利用融雪剂预湿的原理,为了避免盐害,对防滑材料进行水加热混合处理后撒布试验研究,研究开发一种防滑材料热预湿技术,其防滑的机理为热水与碎石混合撒布在结冰路面上,热水可迅速地融化部分冰雪,使积冰路面出现坑洞,外部裹附有热水的碎石可直接嵌挤在坑洞里,既不易被车辆和大风刮走和飞溅而流失,而且存在于积冰路面上增加其路面的摩擦系数。防滑材料热预湿技术的操作工艺,通常作为防滑材料使用碎石直径2.5-5.0~时,混入不同温度的热水,将其混合达到一定的粘结性,在一定的交通流量下,针对不同的结冰厚度路面测定其抗滑摩擦系数来证明其具有抗滑的作用。试验结果表明,把通过300辆车辆后定为路面防滑系数测定量。

当水的加热温度为4050℃时,碎石与热水混合的防滑材料的粘性达到80 %- }90%,将该防滑材料撒布在冰膜路面上,撒布剂量5080留mz,结冰路面的摩擦系数基本可维持在0.3-0.35,起到了防滑作用。针对较厚的结冰路面,将碎石与温度为50-60℃的热水进行混合,使防滑材料的粘性达到90%以上,结冰路面的摩擦系数基本可维持在0.3-0.35,随着车辆的行车防滑系数虽然没有上升,路面防滑系数仍可维持较高的水平,具有较好的防滑撒布效果的持续性。
通过利用抗滑融雪材料热预湿技术的撒布方式和效率方法的研究,可以得出以下研究结论:
1、经过热预湿技术得到的抗滑融雪材料其加工工艺操作简单,原材料廉,丰富易得,成本低廉,大大地节约了冬季道路的养护成本。
2、经过热预湿技术得到的抗滑融雪材料其防滑效果明显。热水与碎石混合撒布在结冰路面上,热水直接可融化部分冰雪,使积冰路面出现坑洞,外部裹附有热水的碎石可直接嵌挤在坑洞里,既不易被车辆和大风刮走,又不易飞溅而流失,而且存在于积冰路面上增加其粗糙度。
3、经过热预湿技术得到的抗滑融雪材料具有环保型,热水代替了盐水进行防滑,避免了盐害的发生。
道路交通体系的发展和汽车的普及等社会形势的变化在一定程度上导致冬季道路交通需要的变化,这些变化推进了冬季道路交通养护管理技术的开
发。社会的发展对道路交通的要求越来越高,尽快提供冬季道路除雪抗滑的养护效率手段,加快和引进国内外绿色除雪技术,以便真正实现绿色交通环境。

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