1瀝青混合料用融冰雪材料技術規范2一、工作簡況 1二、標準編制原則和確定標準主要內容 4三、經濟效果 15四、與國際、國外同類標準水平的比較情況 15五、與有關現行法律、法規和其他強制性標準的關系 16六、重大意見分歧的處理結果和依據 16七、其他應予以說明的事項 161任務來源由于冬雨季和雨雪天氣的影響，雪、冰天氣極大降低了行車安全，容易導致交通事故的發生，據統計冬季15%~30%的交通事故與路面積雪結冰有關。同時，冰雪天氣還會降低公路網通行能力，嚴重時封閉交通，導致區間的交通中斷、交通運輸癱瘓，持續時間長、大范圍的冰雪極端氣候還會引發嚴重的社會問題，造成巨大的經濟損失和社會影響。2008年以來，雪、冰等極端天氣呈現多發、持續時間長、大區域化的發展趨勢。冰雪問題逐漸成為高速公路運營管理重大難題。經過近十年不斷的研究和實踐，我國公路瀝青混合料用融冰雪材料技術已經趨于成熟，已經在國內近二十個省的工程實踐驗證。通過工程實踐表明，公路瀝青混合料用融冰雪材料技術的應用可以有效提高道路安全，減少冰雪導致的傷亡事故發生；極大減少融雪劑應用，避免對基礎設施的破壞和環境污染，以及對綠化和土壤水質危害，降低道路維護成本和工人勞動強度，因此公路瀝青混合料用融冰雪材料技術是我國實現“綠色交通、平安交通”的重大支撐性技術。為推廣公路瀝青混合料用融冰雪材料的瀝青路面材料技術，歐、日、美等國家已經做了大量工作，制定了相關材料標準。目前國內企業針對自己產品編寫了企業標準，但是國內沒有統一評價方法，也沒有統一的評價標準。由于其材料需求非常大，國內多家企業進行相關材料開發，由于缺乏統一評價方法，導致國內市場混亂，嚴重制約了相關技術的健康發展。國內越來越多省份考慮在高速公路、國省應用推廣，但由于缺乏評價標準，設計沒有依據，施工無法檢定而難以實施，因此嚴重阻礙了該技術的推廣應用。基于此，中國國際科技促進會標準化委員會下達了《瀝青混合料用融冰雪材料技術規范》標準制定立項文件，該編制工作由中交第二公路工程局有限公司主持。瀝青混合料用抗凝冰材料，目前主要有三類：抗凝冰材料、橡膠顆粒材料及相變材料。抗凝冰材料、橡膠顆粒材料國內外研究應用較早，相變材料研究應用較晚；其中抗凝冰材料在我國工程應用較多，而橡膠顆粒材料研究應用較少，針對抗凝冰材料和相變材料這兩類材料的融冰雪機理、試驗方法、評價指2標均存在較大差異。本次標準的制定主要是針對抗凝冰材料，融冰雪機理為混合料中摻加一定量的抗凝冰材料，在行駛車輛摩擦及滲透壓力作用下，路面內部有效鹽分逐漸析出、聚集在路表面，降低道路表面冰點，起到抗凝冰的作用；同時在路表面與冰雪之間起到隔離作用，從而有利于機械除冰雪。而相變材料融冰雪機理為在瀝青混合料內摻加相變材料，相變材料通過材料相態變化來實現儲存能量和釋放能量。在環境升溫過程該材料儲存能量，而環境降溫過程釋放能量，從而在低溫條件下延緩路面降溫，從而起到抗凝冰作用。2協作單位在本標準的制定過程中，開展了廣泛的調研和大量的試驗驗證工作，得到了相關單位的支持、協助，取得了大量試驗數據和標準制定建議，保證了標準的制定質量。協作單位名單如下：(1)中交第二公路工程局有限公司(2)交通運輸部公路科學研究所(3)中交二公局第六工程有限公司(4)中交二公局第三工程有限公司(5)北京馬飛龍抑冰科技有限公司(6)合肥工業大學(7)長安大學(8)江蘇金億交通科技發展有限公司3主要工作過程中交第二公路工程局有限公司接到標準制定計劃任務后，立即著手進行標準制定工作，主要工作過程如下： (1)2022年9月~2022年10月，中交第二公路工程局有限公司牽頭成立了標準起草組。課題組廣泛收集了國內外主要抗凝冰材料產品，及國家、行業或企業標準等資料，進行了技術分析。在此基礎上提出了標準制定的原則、編寫思路及人員分工，編寫了標準制定大綱。3(2)2022年10月~2022年11月，編寫組主要人員進行國內外標準、試驗方法的調研。(3)2022年11月~2022年12月，確定試驗方案、購置儀器設備，廣泛收集國內工程上各類抗凝冰材料產品，準備試驗。(4)2022年12月~2023年1月，進行大量室內抗凝冰試驗，并進行工程上抗凝冰材料應用情況調研。(5)2023年1月，整理數據，編寫完成標準征求意見稿初稿。(6)2023年2月，主編單位組織召開征求意見稿內部評審會4主要起草人及其所做的工作本文件主要起草人：薛成、周震宇、徐劍、嚴二虎、張利斌、王穎、廖家燊、王庫、魯金鵬、程永志、姜廣為、袁海蛟、潘博博、楊永斌、蔡國斌、王飚、高繼明、劉凱、龔演、高崗、張靜曉、吳亞俊、王海榮。各起草人員主要工作如下：——薛成、徐劍、嚴二虎主要負責組織、協調，并參與標準編寫工作，薛成負責審稿。——周震宇、張利斌、王穎、廖家燊、劉凱、龔演，主要負責收集國際抗凝冰材料樣品，進行抗凝冰材料融雪性能試驗驗證工作，提供了大量試驗數據，參與融雪效果評價試驗方法的編寫工作。——王庫、魯金鵬、程永志、姜廣為、袁海蛟，主要負責國內外抗凝冰材料應用情況、技術標準資料的收集和整理，參與抗凝冰材料瀝青混合料路用性能技術標準的編寫工作。——潘博博、楊永斌、蔡國斌、王飚、高繼明、高崗、張靜曉、吳亞俊、王海榮，主要負責國內抗凝冰材料產品的收集，參與原材料技術標準的編寫。4二、標準編制原則和確定標準主要內容①協調性原則。做好與相關標準、規范的協調、銜接，保證本文件與現行公路瀝青路面施工技術規范等相關行業標準統一性和一致性。②可操作性原則。本文件與公路瀝青路面施工技術規范不同，在公路瀝青路面施工技術規范中并未對抗凝冰材料的試驗方法試驗儀器、步驟進行規定和明確；為便于工程應用，起草的條文應明晰、規范，試驗方法中儀器、關鍵步驟等內容應詳細、明確，可操作性強。③成熟性原則。標準須進行充分技術論證或試驗驗證，應依據充分，理論正確，驗證可信，確保技術成熟性、可靠性。④代表性和先進性原則。標準必須能夠滿足工程上對抗凝冰材料產品的基本性能要求，同時也必須考慮試驗驗證樣品的代表性，確保驗證樣品能夠覆蓋工程上所采用國內外產品的70%覆蓋率，即滿足確保國內市場上大部分產品能夠滿足標準要求；同時能夠引導工程上產品的改進、完善，從而有利于行業的持續進步。2標準的主要內容的說明本文件《瀝青混合料用抗凝冰材料技術規范》屬于新制定，包括范圍，術語和定義，技術要求，試驗方法，檢驗規則，以及標志、包裝、運輸和儲存等本文件借鑒《瀝青混合料抗凝冰涂層材料技術條件》(JT/T1239--2019)、《公路瀝青混合料用融冰雪材料第2部分：抗凝冰材料》等行業產品標準等相關內容，編寫形成本文件。同時試驗方法也參考了《土壤環境質量標準》(GB15618-1995)、《地表水環境質量標準》(GB3838-2002)、《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(JTGE20-2011)、《公路瀝青路面施工技術規范》(JTGF40-2004)、《公路工程集料試驗規程》(JTGE42-2005)等。5⑴定義起草組調研發現國際上抗凝冰材料應用較為普遍，主要包括顆粒狀和粉狀抗凝冰兩種類型，見圖1所示。其化學成分主要有氯化鈉或氯化鈣等氯鹽材料，以及非氯離子的材料。(a)粉狀(b)粒狀圖1典型的抗凝冰材料為了指導標準的應用，對抗凝冰材料和融冰率進行了定義。⑵技術要求①抗凝冰材料目前國內外相關標準中已有氯離子含量(或抗凝冰含量)、相對密度、公稱最大粒徑、pH值、含水率、碳鋼腐蝕率等指標，本次標準制定時，對這些技術指標進行了大量試驗。確定了相關技術要求，如下表1。表1抗凝冰材料技術指標項目單位技術要求顆粒狀粉狀可溶性陰離子含量，不小于氯鹽類%有機鹽類50耐熱性指數，不大于%0.50.5相對密度，不小于1.71.7公稱最大粒徑，不大于mm50.3pH值，不小于6含水率，不大于%21根據工程應用經驗，抗凝冰材料在拌和過程中受高溫作用，可能會影響其抗凝冰效果，為此我們增加了耐熱性指標。②抗凝冰材料高溫動水沖刷技術要求摻抗凝冰的瀝青混合料應滿足JTGF40中規定的使用性能指標要求，同時根據我國工程實踐，增加了高溫動水沖刷試驗殘留穩定度比與毛體積相對密度變化率兩項試驗。其指標應滿足表2高溫動水沖刷技術要求。表2抗凝冰材料高溫動水沖刷技術要求項目單位技術要求普通瀝青混合料改性瀝青混合料高溫動水沖刷試驗殘留穩定度比，不小于%8085毛體積相對密度變化率，不大于%2③抗凝冰材料融冰雪性能通過調研國內外相關標準，總結近年來國內相關研究成果，通過對典型抗凝冰材料進行了大量試驗驗證和分析比較，提出具體指標要求見下表3所示。表3抗凝冰材料融冰雪性能指標項目單位性能要求冰點℃5融冰率%鹽分釋出量%≤0.4—7.0~9.0吸濕率%≤0.7④抗凝冰材料環保性能抗凝冰材料環保性能包括土壤影響評價、水源影響評價和生態影響評價三個方面，表4抗凝冰材料環保性能要求檢測方向檢測項目檢測標準性能要求土壤影響評價鋅、鎳，666，DDTGB15618-1995土壤環境質量標準二級標準7水源影響評價pH值、COD、BOD5、總磷、總氮、銅、鋅、氟化物、硒、砷、汞GB3838-2002地表水環境質量標準II類標準生物影響評價植物種子相對受害率DB11/T161-2012路用非氯有機融雪劑≤50%⑷試驗方法本文件中大部分技術指標有較為統一的試驗標準，但是對于部分技術指標，特別是對于融冰雪性能評價指標，缺乏統一的試驗方法標準，且試樣方法較為復雜。為此進行了大量室內試驗驗證工作，主要試驗方法說明如下。①抗凝冰材料耐熱性檢驗抗凝冰材料一般在生產過程中，要在顆粒表面噴涂涂層，涂層主要作用是控制抗凝冰材料中氯離子或甲酸根離子的釋放速率。在拌和過程中抗凝冰材料涂層受高溫作用，可能會產生破壞，進而影響抗凝冰效果的長效性。因此，對抗凝冰材料進行耐熱性檢驗很有必要。通過調研，目前一些企業標準采用熔點作為耐熱性評價指標。而材料熔點是評價整個抗凝冰材料的耐熱性指標，往往遠高于混合料生產溫度，因此采用熔點來評價抗凝冰材料的耐熱性不合理。為此結合實際生產，我起草組開發了新的試驗方法。為了模擬拌和樓中高溫對抗凝冰材料涂層的影響，采用加熱210℃，恒溫1h，對進行抗凝冰高溫處理，測定加熱前后抗凝冰材料水溶液鹽分濃度差作為耐熱性評價指標。同時觀察加熱試驗前后顏色變化。部分材料耐熱性試驗前后情況見圖2，及表4。(a)加熱前(b)加熱后圖2部分抗凝冰材料加熱前后狀態變化表4四種抗凝冰材料耐熱性指數80.1.80.20.1分析對比加熱前后鹽分濃度差與顏色變化，加熱前后顏色變化比較明顯的是2#材料，其表面涂層已部分破裂；因此，其相應的耐熱性指數也是最大的。pH要參考JT.T973中5.10要求的試驗方法。對部分抗凝冰材料的pH值滴定結果見下表5。9.18.2注：由于抗凝冰材料pH值試驗結果不確定性較大，此處列出部分檢測數據僅供參考，原材料PH值不作為技術指標。③冰點試驗目前冰點的試驗方法很多，有定性的也有定量的，主要有如下幾種：◆海綿法：該方法由日本開發。試驗時將一定尺寸的海綿吸飽水，置于矩形試件(100*100*50mm)表面，置低溫恒溫箱中設定溫度(如-5oC)、保溫4h后檢查海綿與試件粘結情況。見圖3所示。9◆拉拔儀法：圖4拉拔儀測定冰點試驗方法哈爾濱工業大學譚憶秋教授開發的拉拔儀法也可以測定抗凝冰材料的抑制結冰性能，在拉壓壓頭與試件之間加水在設定溫度下凍結，然后以一定速度拉伸至破壞，以拉伸破壞時的強度評價。見上圖4所示。◆雙試件拉拔該方法由北京市公路工程質量監督站開發，試驗時將兩個馬歇爾試件間距0.5cm、分別用固定；放入大燒杯中，加滿水，放入-20℃凍結20h；將兩個試件在萬能試驗機上進行軸向拉拔，測定破壞時極限拉力。見下圖5所示。圖5雙試件拉拔試驗方法◆無紡布千斤頂法日本開發了無紡布千斤頂法，試驗時將在壓頭上粘一層無紡布，吸飽水后在設定溫度下凍結4h，之后測定破壞時的強度。圖6無紡布千斤頂試驗方法本文件制定時，對以上方法均進行了試驗，發現這些方法均存在一些不足。如海綿法是定性評價方法，人為因素影響太大，不同人有不同的判斷，只能確定大致的冰點范圍。拉其他方法雖然都是定量方法，但是無法處理好壓頭、冰與試件之間的接觸狀態，以及加水量難以保持一致。在大量室內反復試驗基礎上，提出了采用海綿法與粘結強度法相結合的方法，即海綿法確定大致的冰點溫度范圍，然后采用粘結強度法定量法確定冰點溫度。其中海綿法與粘結強度法是在日本方法基礎上進行了適當的完善和改進，特別是對粘結強度試驗時，對如何確定拉拔儀與試塊之間的用水量進行了詳細的規定。圖7改進粘結強度確定冰點方法表6部分材料粘結強度試驗結果(MPa)④融冰率試驗融冰率試驗本試驗是在一定溫度條件下，評價抗凝冰融冰化雪能力的檢測方法。以一定質量的冰塊與摻加融雪劑低溫養生的馬歇爾試件在-5℃環境箱內進行融冰試驗，見圖8所示。以2小時冰塊質量損失率作為評價抗凝冰融冰效果的評價指標，即融冰率。對部分試驗結果見表7。表7部分材料融冰率試驗結果材料編號融冰率(%)無摻加抗凝冰00.012.5#10.1.8⑤混合料鹽分釋出量試驗瀝青混合料中摻加的抗凝冰是有限的，當釋放速度過快時，其抗凝冰長效性會不足，為此需要評價其釋放速度。混合料鹽分釋出量試驗時，將成型的馬歇爾試件浸泡在蒸餾水中，測定靜置10min和24h的液體鹽分濃度差，作為評價指標。部分試驗結果如表8所示。表8部分混合料鹽分釋出量試驗結果材料編號鹽分析出量，%0.10.7在總量一定的情況下，2#材料鹽分釋出量最小，因此其融冰雪的長效性應該是最持久的，而6#材料的鹽分釋出量最大，因此其持續時間可能會較短。⑥混合料析出抗凝冰溶液pH值試驗摻加抗凝冰材料的瀝青混合料路面在自然環境下，抗凝冰材料中有效成分通過在行車荷載或毛細管壓力作用下不斷釋放出來，通過室內成型摻抗凝冰材料的馬歇爾試件，并將其放入一定量水中浸泡72h，參考JT.T973中5.10要求的試驗方法檢測混合料析出的抗凝冰溶液pH值，以此來間接評價摻抗凝冰材料混合料析出物對自然環境的影響。幾種抗凝冰材料析出物鹽溶液試驗結果見8.68.5⑦混合料吸濕率試驗本試驗通過成型2個馬歇爾試件。在105℃±5℃恒溫干燥2h、稱重后，直接放置于恒溫恒濕箱中25℃、85%相對濕度條件下保溫24h，再次稱重。計算試件的吸濕率。表10部分混合料吸濕率試驗結果材料編號吸濕率，%無摻加抗凝冰0.054#0.260.638#0.80⑧環境影響評價選用典型融雪劑產品A進行的土壤指標和馬歇爾試件浸水水質指標；檢測結果如下。1)、土壤影響指標本試驗采用固廢的檢測方法對A材料進行浸出液檢測，如下表所示：檢測項目檢測結果對比指標備注銅(以總銅計)，mg/L35.3土壤質量標準值一級土壤標準鋅(以總鋅計)，mg/L0.088鎘(以總鎘計)，mg/L＜0.00020.2鉛(以總鉛計)，mg/L0.18鉻(六價)，mg/L＜0.00490汞(以總汞計)，mg/L＜0.00020.15鎳(以總鎳計)，mg/L＜0.0140砷(以總砷計)，mg/L0.074氰化物(以CN-計)，mg/L＜0.004標準無要求滴滴涕，mg/L＜0.0050.05六六六，mg/L＜0.0050.05根據《GB15618-1995土壤環境質量標準》的指標要求，一級土壤標準為保護區域自然生態，維持自然背景的土壤環境質量的限制值，二級土壤指標為保障農業生產，維護人體健康的土壤限制值。表中可以看出除總銅指標略微高出一級土壤指標外，其余指標均符合要求。而二級土壤指標中關于農田總銅的限值為50mg/L(土壤背景ph值＜6.5)和100mg/L(土壤背景ph值＞6.5)，果h＞6.5)。說明A抗凝冰材料本身在環境中對土壤影響極小，符合黃山地區對土壤控制指標的要求。2)、水質指標本試驗模擬某自然保護區的降水條件，采用30L蒸餾水，浸泡A馬歇爾試件24h后獲取的水進行水質試驗，以達到保護區實際使用效果。檢測項目檢測結果對比指標備注6.266~9地表水環境質量標準標化學需氧量(CODCr)，mg/L五日生化需氧量(BOD5)/生化需氧量，mg/L＜0.53N)，mg/L0.160.2P)，mg/L0.030.02氰化物，mg/L＜0.0040.005陰離子表面活化劑，mg/L＜0.050.2氯化物(Cl-)，mg/L14.8250集中式生活飲用水地表水源地補充項目硫酸鹽(SO42+)，mg/L0.282250硝酸鹽(以N計)，mg/L＜0.004鐵，mg/L＜0.00450.3錳，mg/L＜0.00050.1根據《GB3838-2002地表水環境質量標準》要求，Ⅰ類水質標準主要適用于源頭水和國家自然保護區，Ⅱ類水質標準主要適用于集中式生活飲用水地表水源地一級保護區、珍稀水生生物棲息地、魚蝦類產卵場、仔稚幼魚的索餌場等。表中可以看出以地表水環境質量Ⅰ類水質指標作為對比，除總氮略微超出Ⅰ類標準外，其余指標均符合Ⅰ類水質標準。而Ⅱ類水質指標中總氮限值為0.5mg/L，馬歇爾試件浸出水滿足該指標要求。另外摻加A材料的馬歇爾試件浸出水滿足集中式生活飲用水地表水源地標準。3)、生態測試指標目前環境試驗中路面材料對生物的影響暫無直接的方法進行測試，故通過工程中使用的關于生態測試結合環境評價進行試驗方案選定，認為《DB11/T161-2012路用非氯有機融雪劑》中6.13植物種子相對受害率評價方法能較好的評價自然保護區應用A材料時的生態影響。本試驗采用30L蒸餾水浸泡摻有A的馬歇爾試件24h后，取其浸出水作為試驗試樣，將標準中采用的草地早稻禾(喜酸性種子)浸入其中后，觀測其種子受害率。檢測項目檢測