相变沥青混合料融雪效果及评价指标研究

为确定DTC相变材料(phase change material,PCM)在沥青路面中的融雪效果及评价指标,通过设计室内和室外融雪试验,以未掺加相变材料的沥青混合料试件作为对照组,研究并分析低温下相变沥青混合料的融雪效果。结果表明:相变材料在沥青混合料中具有明显的调温作用,掺量越大,融雪效果越明显;相变材料掺量为0.5%、积雪厚度分别为1.5 cm和3.0 cm时,与普通沥青混合料相比,相变沥青混合料融雪速率分别提高19.0%和16.0%。基于室内和室外融雪试验,提出以积雪厚度变化率(Δh)和余雪覆盖率(residual snow coverage,RSC)作为相变沥青混合料融雪效果的综合评价指标。

聚乙二醇相变材料对沥青混合料融雪化冰能力的影响

为了研究聚乙二醇相变材料对沥青混合料融雪化冰能力的影响,在沥青混合料拌合过程中添加相变材料,同时考虑聚乙二醇相变材料的适用性,采用AC-10和AC-13两种级配,并设计了海绵冻结实验、冰层黏附力实验、融冰实验3种方法进行评价。结果表明,聚乙二醇相变材料会加速海绵的解冻,且相变材料掺量越高、光照强度越大,海绵与沥青混合料冻结在一起的时间越短;聚乙二醇相变材料能够大大降低冰层与沥青路面的黏附力;相变沥青混合料的累计融冰质量和融冰速率均大于普通沥青混合料,相变材料掺量的增加以及环境温度的降低都会提升其相对融雪化冰能力;聚乙二醇相变材料在不同级配中均表现良好的融雪化冰效果,可以应用于冬季路面除冰雪。

相变材料对沥青混合料融雪化冰效果的影响

在温拌沥青混合料拌合过程中添加相变调温材料(DTC)制备了DTC道路相变沥青混合料。通过融雪实验研究了不同降雪强度、不同积雪压实度条件下DTC道路相变沥青混合料的融雪性能;通过冰路粘结力实验研究其对雪水冻结冰层的融化效果。结果表明:降温阶段,随着降雪强度、积雪密度的增加,压实与未压实状态下DTC道路相变沥青混合料融雪能力均呈下降趋势,且DTC掺量越高,相变沥青混合料融雪能力下降程度越大;压实积雪条件下DTC相变沥青混合料融雪能力均低于未压实条件,且与未压实条件相比,融雪能力随降雪强度以及积雪密度的增加降低程度逐渐减小;升温阶段,相变沥青混合料融雪能力随DTC掺量增加而降低,且在压实与未压实条件下,降雪强度变化对相变沥青混合料融雪能力影响不大;DTC道路相变沥青混合料在降温时能够有效减少路面与冰层之间的粘结力。

相变沥青混合料可行性及性能研究

提升道路除冰雪能力是保障冬季行车安全的重要手段,相变沥青路面作为一种环境友好型技术具有良好的应用前景。为了确定相变沥青混合料融冰雪是否具有实际应用价值,通过显微镜观测固固相变材料相变过程,测定相关热力学参数。对相变沥青混合料路用性能进行检测,开发了3种融冰雪性能评价方法。结果表明,固固相变材料会发生为结晶态和非晶态的相互转变,熔融焓值在吸放热过程中差距不大,均超过70 J/g,且50次衰减率在2.8%,可以满足沥青路面长期使用需求;随着相变材料掺加量的增加,沥青混合料高温稳定性降低,低温抗裂性提升,抗水损性能先上升后下降,但均能满足规范要求,相变材料掺加量超过0.3%才具有明显的融冰雪效果。可见,固固相变材料可以作为外掺剂加入沥青混合料中,基于路用性能角度相变材料掺量在0.3%~0.5%比较合适,相变沥青混合料不适应于全天低于0℃的地区,需要结合其他除冰雪措施才能保障道路通行能力。

融雪剂配比对基质沥青混合料水稳定性能影响

由于我国北方季冬区对融雪的需要,为了研究融雪剂不同成分对基质沥青混合料水稳定性能的影响,从拟定的12种融雪剂中,挑选出以融雪化冰性能最佳和造价经济的3种配比(2号、5号、8号)。试验用融雪剂溶液浸泡试件进行不同冻融循环劈裂试验,以劈裂抗拉强度和冻融腐蚀因子评价沥青混合料水稳定性的影响规律。结果表明:融雪剂中NaCl含量(8%~22%)越小,CaCl2含量(51%~65%)越大,对沥青混合料水稳定性能影响越小。在相同冻融次数下(1次、5次和10次),劈裂强度TSR和冻融腐蚀因子Kdf均表现为:2号>5号>8号;通过融雪剂溶液浸泡组与空白组试件的劈裂强度对比,发现劈裂强度降低比率与冻融次数的关系可以拟合为Y=A×XB。因此,基于融雪效果、水稳定性及经济性,推荐2号融雪剂在北方地区使用。

新型环保融雪剂对沥青混合料性能的影响研究

传统氯化钠、醋酸钠等融雪剂对沥青混合料性能、路域环境会产生不利影响,且融雪能力不高,针对此等问题,文章提出一种新型环保融雪剂,并通过冻融劈裂试验、车辙试验、小梁弯曲试验对冻融循环及盐侵蚀作用下的沥青混合料水稳定性、高温性能、低温性能进行了研究分析。结果表明:创新环保型融雪剂对沥青混合料的高低温、水稳定性均无不利影响,并且一定程度上有效缓解了冻融循环对沥青混合料的破坏作用。

橡胶颗粒/融雪剂复合改性沥青混合料主动除冰试验研究

为解决冬季道路沥青路面易结冰和难除冰的问题,结合橡胶颗粒物理作用和盐化物融雪剂化学作用,制备了橡胶颗粒/融雪剂复合改性沥青混合料,并通过水滴结冰延迟试验、覆冰破损试验和融冰速率试验测试了融雪剂改性沥青混合料以及橡胶颗粒/融雪剂复合改性沥青混合料的抗凝冰能力。结果表明:1)温度介于-2℃~-5℃时,橡胶颗粒/融雪剂复合改性沥青混合料具有良好的抗凝冰能力;2)在-5℃时,掺入5%的融雪剂,试件表面结冰延迟约8 min,其结冰质量损失率是未掺融雪剂试件的13.62倍,其平均融冰速率较未掺融雪剂试件提升了约26%;3)在温度降至-10℃时,融雪剂改性沥青混合料抑冰效果不再明显,但在荷载作用下,橡胶颗粒/融雪剂复合改性沥青混合料仍具有一定的除冰能力。

环氧树脂掺量对蓄盐沥青混合料性能的影响

为增强沥青路面的融雪抑冰性能,降低冰雪对沥青路面造成的损害,制备了不同环氧树脂掺量下的蓄盐沥青混合料试件,并对其施工可操作性、路用性能、融雪抑冰性能等进行分析和评价。首先,采用旋转黏度试验与马歇尔稳定度试验,分别评估了不同环氧树脂掺量的环氧沥青胶结料和蓄盐沥青混合料的施工可操作性,并通过荧光显微镜(Fluorescence Microscopy,FM)观察了其微观结构并分析了其反应机理。在此基础上,基于车辙试验、低温弯曲试验、残留稳定度试验和冻融劈裂试验评价了蓄盐沥青混合料的路用性能。最后,借助盐化物释放试验与冰黏附试验分析了蓄盐沥青混合料的融雪抑冰性能。研究结果表明,与热塑性SBS改性沥青相比,不同环氧树脂掺量下蓄盐沥青混合料性能变化存在明显的阈值:当环氧树脂掺量小于等于30%时,其对蓄盐沥青混合料路用性能影响较小,但对其融雪抑冰性能影响显著;而当环氧树脂掺量大于30%时,蓄盐沥青混合料的路用性能显著提升,但同时其融雪抑冰性能受到不良的影响。通过荧光显微镜观察并分析可知:随着环氧树脂掺量的增加,环氧沥青体系发生了从“沥青为连续相、环氧固化物为分散相”到“沥青为分散相、环氧固化物为连续相”的相转变,导致性能发生了显著的变化。因此,在使用蓄盐沥青混合料时应该综合考虑其路用性能和融雪抑冰性能,建议内掺融雪剂的环氧沥青混合料中环氧树脂掺量为20%~30%。

自融雪沥青路面长期路用性能影响研究

文中以沥青面层常用的SMA-13级配为基准,通过长期冻融循环试验,评价自融雪沥青混合料性能变化规律。结果表明,随着冻融循环次数的增加,自融雪沥青混合料的水稳定性、高温性能和低温性能随盐溶蚀量的增加而先增大后趋于平缓,表明盐的溶解对水稳定性影响很大。

自融雪沥青混合料的融雪抗冻及路用性能评价

为对自融雪沥青混合料的融雪缓释和抗冻性能进行研究与评价,采用理论评价方法对掺量3%、5%、7%VPRSalt自融雪沥青路面进行研究。基于小雪等级建立模型,推算出降雪12 h后VPRSalt自融雪沥青路面氯化钠的析出量仅占原始蓄存量的0.57%、0.55%、0.50%,说明材料具备良好的缓释性能;同时,利用模型对抗冻温度和抗冻时间进行预估,在小雪情况下,沥青路面自融雪材料的掺量从3%上升至7%,其抗冻温度相对更低、抗冻时间更久,抗冻效果更好。对VPRSalt自融雪沥青混合料进行路用性能检测,随着VPRSalt掺量从3%上升至7%,自融雪沥青混合料的动稳定度、低温最大弯拉应变、冻融劈裂残留强度比、残留稳定度等性能逐渐下降,但仍符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40—2004)要求。

超薄盐化物自融雪沥青混合料融雪性能研究

为研究超薄盐化物自融雪沥青混合料的融雪性能,以溶液电导率作为评价指标来表征溶液中盐分浓度大小,间接评价自融雪沥青混合料的融雪化冰效果。采用灰熵法分析不同影响因素对融雪性能的显著性,并对其融雪机理进行探讨。结果表明:盐化物替代量越大,融雪性能越好;随着溶析时间的延长,沥青混合料空隙率对融雪性能影响程度减小;随着加水量的增大,沥青混合料融雪性能逐渐衰减;盐化物替代量是影响沥青混合料融雪性能的最主要因素。研究成果为超薄盐化物自融雪沥青混合料的材料组成设计提供了有益参考。

长效型主动融雪沥青混合料路用性能试验

为全面验证Mafilon材料置换矿粉后沥青混合料的路用性能,进行了室内试验并现场观测了该沥青混合料的融冰化雪能力。对比不同Mafilon掺量的沥青混合料的性能差异,结果表明:在相同矿料级配条件下,长效型主动融雪沥青混合料高温性能优良,Mafilon掺量对沥青混合料的低温性能基本没有影响。3种沥青混合料的水稳定性满足规范要求,但是水稳定性能随Mafilon掺量的增加而降低。从室内和试验路长效型主动融雪沥青混合料的除冰雪效果看,Mafilon置换矿粉比例越高,其除冰雪效果越明显。

橡胶颗粒沥青路面路用与除冰雪性能研究

论述了橡胶颗粒沥青路面自应力除冰雪的机理,并对其应用前景进行了展望。通过室内试验验证了橡胶颗粒沥青路面的路用性能和自应力除冰雪性能。试验表明,橡胶颗粒沥青路面在车辙性能、低温抗裂性能和抵抗水损害性能等方面均能达到或超过普通沥青混合料的各项性能指标;在自应力除冰雪方面优于普通沥青混合料的性能。

自融雪剂对沥青混合料性能影响研究

为分析自融雪路面中的自融雪剂的添加对沥青混合料路用性能的影响,笔者分别对掺量为0%、30%、60%和100%的Mafilon(MFL)沥青混合料以及自研发的融雪剂(ZRX)沥青混合料进行车辙实验、小梁弯曲试验、水稳定性试验以及自制的降水冲刷试验,对比其高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性。研究结果表明:融雪剂对于沥青混合料的高、低温性能均有不利影响,但都满足规范要求;在评价自融雪沥青混合料水稳定性时,有必要先动水冲刷48小时;融雪剂对于沥青混合料的水稳定性的影响较大,掺量为100%的MFL沥青混合料甚至低于规范要求,使用消石灰或抗剥落剂均能明显改善自融雪沥青混合料的水稳定性,且最佳添加量分别为1.5%或0.5%;ZRX沥青混合料的高、低温和水稳定性能与掺量为60%的MFL沥青混合料相似。

掺加沥青基碳纤维的沥青混合料路面的融雪研究

在沥青混合料中加入碳纤维和微胶囊相变材料,研究了微胶囊相变材料掺量和油石比对沥青混合料电阻率和融雪去冰效果的影响。结果表明,在马歇尔试件中油石比一定前提下,微胶囊掺量的增加会增大沥青混合料的电阻率,在通电情况下,路面掺加沥青基碳纤维的沥青混合料的热生成效率会提高,从而对路面融雪化冰效果会得到提升;马歇尔试件温度的降温趋势会随着微胶囊相变材料掺量的增加而逐渐变缓,稳定阶段的温度呈逐渐上升趋势;在实际掺加沥青基碳纤维的沥青混合料的配置过程中,如果碳纤维和微胶囊相变材料掺量一定的前提下,为了实现最佳的融雪化冰效果,油石比的选择可以直接采用最佳油石比。

融雪盐对沥青混合料的腐蚀作用研究

针对中国北方冬季广泛使用的氯化钠融雪盐在有效融雪的同时对沥青路面产生了较为严重的腐蚀作用,通过配制不同质量分数的融雪盐溶液,分别对SMA-13、AC-13和OGFC-13等不同级配的沥青混合料进行腐蚀试验,探究在不同融雪盐质量分数及不同干湿循环腐蚀作用下,沥青混合料的动稳定度、破坏应变、残留稳定度、冻融劈裂残留强度百分比等指标的变化规律,并依据试验结果对沥青混合料遭受融雪盐腐蚀作用后残留性能的百分比进行预估研究。试验结果表明:随着融雪盐溶液质量分数和干湿循环腐蚀次数的增加,沥青混合料的DS、εB、MS′、TSR均呈现出较大程度的减小,融雪盐对沥青混合料腐蚀作用严重。同等条件下,OGFC比SMA及AC更易遭受融雪盐的腐蚀。

聚脂纤维对MFL融冰化雪沥青混合料的性能影响研究

在冬季或低温条件下,盐化物沥青混合料融冰化雪技术能够提高路面的抗滑性能,但混合料的路用性能方面仍存在一定的缺陷。通过在MFL融冰化雪型沥青混合料(MMAM)的基础上添加聚酯纤维技术处理,通过对普通、MMAM以及聚脂纤维+MMAM混合料的融冰化雪效果和路用性能进行测试对比分析,结果表明:聚酯纤维不会影响MFL的融冰化雪功能,MMAM和聚脂纤维+MMAM都能够实现融冰化雪效果;另外,聚酯纤维的添加对MMAM的抗车辙性能不产生影响;与普通混合料相比,MMAM的水稳定性和低温抗裂能力明显降低,且低温破坏弯曲应变降低幅度达到33.4%,而聚酯纤维的添加可以改善MMAM的抗水损害能力与低温抗裂能力,且低温破坏弯曲应变提高幅度达到10%。

融冰雪沥青混合料盐分溶析试验

为了评价掺加盐化物融冰雪材料路面的抑制冻结效果及影响因素,基于稀溶液定律,确定路面不同融冰雪效果的盐分析出目标值,利用盐溶液电导率值检测试验,研究了不同盐化物含量的压实沥青路面的盐分溶析规律以及不同温度和不同空隙率条件下的沥青路面盐分溶析变化情况。结果表明:通过调整沥青混合料的盐化物含量,可得到不同的冻结抑制效果,温度升高,盐分析出速度加快,夏季高温多雨是路面盐分散失的主要原因;盐分析出速度随路面空隙率的增加而加快,路面压实度的控制是保持抑制冻结效果持续性的关键因素。

掺盐化物融雪剂沥青混合料的性能评价

为了研究不同盐化物融雪剂对沥青混合料性能的影响,有效提高沥青路面的抗凝冰性能,降低冰雪对沥青路面表面产生的损害,选择4种不同的盐化物融雪剂,基于AC-13连续型密级配,对不同掺盐化物融雪剂沥青混合料的融冰雪性能和路用性能进行了试验评价。结果表明:在使用盐化物材料时应该综合考虑路用性能及融冰雪性能,尤其是沥青混合料的水稳定性,可以考虑在评价指标中加入冻融劈裂试验残留稳定度比评价水稳定性;目前标准中采用无纺布拉拔试验评价掺盐化物融雪剂沥青混合料的冰点,而掺盐化物融雪剂试件与原样试件黏结强度比也具有一定意义,可用于评价掺盐化物融雪剂沥青混合料的融冰雪能力;随着环境温度的升高,融雪剂的初期析出量和析出速率显著增加,48 h后析出量保持稳定;在相同环境温度下,不同种类融雪剂的盐分析出量和析出速率存在明显差异,这是影响沥青混合料融冰雪性能的主要因素;为了保证沥青混合料具有较好的融冰雪性能,减少对路用性能的影响,盐化物材料作为融雪剂时,应该具有较好的耐热性能、较短的盐分析出时间和稳定的盐分析出量。以上结果为盐化物融雪剂沥青路面的工程应用奠定了试验基础,可以提高冬季低温气候下沥青路面性能,有助于交通安全。

感应加热沥青混合料融雪化冰性能研究进展

介绍了国内外路面融雪化冰技术研究现状与感应加热融雪化冰机理,综述了感应加热沥青混合料加热特性、路用性能及融雪化冰性能研究成果。总结该研究领域存在的问题,提出下一步研究重点应为复合应用导电材料;探索更科学准确的测试方法与评价指标;开发新型车载感应加热设备;结合路面实际工况,推动感应加热沥青混合料融雪化冰技术的实用化与智能化。