基于融雪效果的导电沥青路面电极优化设计

导电沥青混凝土结构设计过程中,电极的设计与优化是关键工作,决定着导电沥青路面的导电效率,影响路面融冰雪的效果。在前期试验研究的基础上,选择两种最具代表性的电极形式进行影响因素分析及优化方案设计,分别改变电极的间距、长度、材质进行实验,对比导电沥青试件的融雪效果。优化结果显示,选择铜作为电极材料,并综合考虑成本及后期对路面使用性能的影响,推荐最佳电极形式为单束铜电极,且间距为4 cm时沥青路面性价比及升温效果最佳。

流体加热融雪系统运行对道路结构温度分布特性影响分析

为了明确流体加热道路融雪系统运行对道路结构短期/长期温度分布特性的影响,利用室外足尺试验系统对比分析了普通水泥混凝土路面结构与流体加热道路融雪系统道路结构在温度、温变速率及温度梯度分布特性等方面的差异,阐明了系统运行对道路结构短期/长期温度分布特性的影响规律。结果表明:融雪系统运行初期,快速上升的流体温度对管壁-路面材料界面存在强烈的温度冲击作用;随着系统持续运行,管壁-路面材料界面的温变速率逐渐减小并趋于稳定,且小于普通路面最大温变速率;同时,融雪系统的运行增大了路面结构内部的温度梯度,改变了路面结构一定深度范围内的热量传递方向。融雪系统道路结构年周期温度分布的观测结果表明:融雪系统的运行可在较短的时间内释放大量热能,降低了道路结构内部热量的散失,有效延缓了季节性冰冻地区冬季道路结构温度的降低及冻结深度的发展。

寒区道路桥梁融雪除冰技术研究综述

道路桥面的融雪除冰对车辆行驶安全至关重要,但是目前对于融雪除冰技术的研究主要集中在工程效果及技术评价上,尚未从除冰工作机理进行对比分析和系统阐述。该文基于融雪除冰机理将融雪除冰技术分为被动式除冰技术、主动融雪除冰技术以及能量利用型融雪除冰技术3类,并对其进行归纳总结。系统评价了融雪剂除冰法、机械除冰法两项传统除冰手段的优缺点;探讨了抑制类冻结铺装路面、相变材料路面两项主动融雪除冰技术,并提出相变材料用于路面融雪除冰具有绿色环保价值;介绍了不同能量利用型融雪除冰技术的应用机理。深入分析现有的道路除雪技术及其实际应用效果和存在的问题,以期对寒区道路桥梁冬季融雪除冰研究提供基础性支撑。

路堑风吹雪灾害的形成和防治研究

风吹雪灾害是一种寒冷山区交通线路比较常见的自然灾害,现场调研发现路堑是风吹雪灾害最为严重的路基形式之一。本文针对路堑风吹雪灾害的形成和防治展开研究,基于Euler-Euler方法和Mixture模型模拟风雪两相流,同时利用现场实测数据验证模拟结果。研究典型路堑风吹雪灾害中风雪分布的演化过程,并比较分析不同形式路堑的风吹雪灾害特征,结果发现两侧边坡比小于1∶2的路堑风吹雪灾害最为严重。该类路堑严重的风雪灾害的形成原因是两侧边坡积雪的增加压缩了路面旋涡尺度,进而削弱了旋涡的回流加速作用。同时发现雪檐在推进到上风侧边坡中点前为安全储备期,此时上风侧边坡积雪量即为临界储雪量。

冰雪路面安全车速研究

为了求解冰雪路面安全车速,首先对冰雪路面进行分类,并构建各类冰雪路面数据集。在已有数据集的基础上进行深度学习,通过图像识别技术判断冰雪路面的类别。同时根据冰雪路面的分类与相应附着系数的映射关系,得到该冰雪路面的附着系数。接下来构建冰雪路面安全车速求解模型,模型综合考虑了车辆直行、转弯两种不同的运行状态。最后,将路面附着系数输入冰雪路面安全车速求解模型,得到该路段的安全车速。

相变材料在冬季沥青路面中的应用分析

沥青路面在冬季低温雨雪气候下易发生结霜、结冰现象,致使路面抗滑性能降低,从而导致事故发生率上升,给行车安全及路面使用性能带来严重影响。传统的被动式除雪法效率低,且须占用行车道影响道路正常运行,化学融雪剂还会造成土壤和水污染。本文通过文献调研,总结常见的主动融雪化冰路面类型,分析相变材料在沥青路面中的应用研究重点,提出将相变材料掺入沥青路面中,以预防或减少冬季沥青路面冰冻病害。

导电沥青胶浆制备工艺及性能试验

为了应对高纬度和高海拔地区沥青路面冰雪灾害、改善道路设计指标、保障道路安全,对道路主动融雪材料进行研究。基于沥青混溶、导电复核材料及沥青加筋原理,在传统沥青中添加碳纤维和石墨粉末,使得沥青胶浆具备导电能力,以此来实现将电能转换为热能,进一步达到融冰、化雪的功能。对沥青胶浆的拌和工艺、碳纤维和石墨粉末的掺量进行深入探究,通过电阻率试验、弯曲流变试验,确定碳纤维最佳掺量为2%、石墨最佳掺量为5%,并进一步验证导电沥青低温和融雪性能,试验结果证明,导电沥青胶浆可以获得较好的导电发热性能,可以有效清除道路冰雪、提高道路行车安全。

基于可视化文献计量分析的道路除冰雪技术研究进展

国土面积2/3为寒区的中国拥有广泛的路网、机场和城镇等人工地面系统,除冰雪技术研究与发展对道路安全与保障起到重要作用。为全面了解国内道路除冰雪领域研究现状和趋势,通过中外常用数据库核心集获取2010年以来我国学者在道路除冰雪领域的研究文献,借助CiteSpace软件对获取的文献信息中的发文量、文献来源和关键词进行分析。结果显示,我国道路工程领域对除冰雪技术愈发重视,自2010年以来我国在该领域的发文量逐年增加。同时发现,我国道路除冰雪领域学者在中文期刊的发文量占比在近年来则有所降低,更倾向于将研究成果发表于英文期刊。结果表明,长安大学、哈尔滨工业大学等高校是该领域主要的研究机构,且国内科研院所在国际合作方面还有待提升。在研究内容方面,我国道路工程学者对融雪剂的研究在减少,更加关注流体加热路面、电热路面等新型除冰雪技术。通过对2010年以来的高共被引文献分析,电热除冰雪技术、微波加热除冰雪技术、融雪抑冰路面等技术优势突出,更易引起学者关注,但在工程应用方面存在不足。通过文献综述发现,我国道路工程除冰雪领域急需解决上述新型除冰雪技术的能耗、工艺、成本、融雪效果及路用性能平衡等几个关键方面的问题。

风致路堑积雪演化过程试验与模拟研究

路堑是交通线路常见的路基断面形式,因断面构造特征较路堤更容易发生风致雪灾害。为了给实际道路断面形式设计和风吹雪灾害防治提供建议和参考,采用风洞试验与数值模拟方法,研究了4种不同开敞形式的路堑在不同风速下风致雪漂移堆积演化过程,分析了风速和路堑开敞形式对积雪分布和演化过程的影响,并基于路面积雪量和积雪深度评估了不同路堑抵御雪灾害能力。结果表明:当上风侧边坡坡度大于下风侧边坡坡度时,路堑路面积雪量最少,路面的积雪最薄;增大风速和增加持续时间会加剧路面积雪,是影响积雪分布的重要因素;改变路堑边坡对减少路面积雪量作用有限,需设置其他防治措施来减轻道路风致雪灾害。

冰雪天气机电设施韧性及御灾能力评估指标体系构建

道路交通机电设施是道路交通系统不可分割的组成部分。随着近年自然灾害频发,对道路沿线机电设施韧性提出了迫切要求。对冰雪天气条件下在役沿线机电设施韧性及御灾能力的内涵进行了概述,梳理了国内外韧性理论的发展,明确了在役沿线机电设施的检测对象和范围。通过其表现出来的吸收能力、抵抗能力、恢复能力和适应能力,综合考虑在役沿线机电设施的鲁棒性、冗余性、资源性、时效性等特征,提出在役各项机电设施评估表征参数,明确评估指标名称、特征,以及指标项的检测方法,并聚焦监控、照明、供配电等受气象灾害影响最严重的3类外场机电设施,涵盖在役沿线机电设施系统的交通监视、交通信息发布及控制、照明等功能性指标,最终构建了冰雪天气机电设施韧性及御灾能力评估指标体系。

冬季除冰雪融雪剂合理撒布量和精益撒布研究

为探明公路除冰雪时融雪剂的合理撒布量和撒布方式,依托长治高速公路冬季除冰雪养护工程,通过现场试验研究不同材质路面和积雪厚度条件下不同融雪剂撒布量和撒布方式的融雪效果。得到如下结论:(1)提前在道路上撒布融雪剂比在道路积雪后撒布融雪剂融雪效率高,效果也更好。(2)融雪剂撒布在钢桥面上融雪效果最好,其次是撒布在沥青混凝土路面上,撒布在水泥混凝土路面上融雪效果最差。(3)积雪厚度在3cm以内,融雪剂融雪效果明显;积雪厚度在5cm以上,融雪效果都不太好;融雪剂合理撒布量应在200g/m^(2)以上,桥梁、隧道口、背阴纵坡地带的撒布量可以提高到500g/m^(2)以上。

融雪剂融冰能力评价方法研究

为准确测试和区分不同融雪剂的除雪融冰性能,参考相关标准,通过分析国内外融雪剂融雪除冰试验条件及现存问题,确定了融冰试验、渗透试验、下切试验和振动融冰试验4种试验方法。将试验条件作为试验变量,根据测试结果显著性、数据重复性、融雪剂区分性3方面因素,确定了融冰能力、渗透能力、下切能力的试验方法、试验指标及最佳试验条件。结果表明:融冰能力测试结果随培养皿直径增加呈先增加后降低趋势,随冰样厚度和测试时间呈增加趋势;渗透深度测试结果随钻孔直径增大而降低,随测试时间增加逐渐增加,染色剂中荧光素钠盐染色效果较优;下切面积测试结果随加热棒直径和测试时间增加逐渐增大;3种融雪剂中氯化钙综合除雪融冰性能较强,同时改进的试验方法与SHRP试验方法对比,其融冰能力、渗透能力和下切能力试验标准差降低39%~94%,测试结果较为准确、可重复性较高、对融雪剂的区分性更强。这说明改进的试验方法不仅可以综合反映融雪剂融雪除冰过程,还能准确测定和区分融雪剂不同性能,对我国标准评价方法单一、与实际适用条件不符以及SHRP试验方法重复性较低的情况进行了补充与改善。

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。

道路融冰雪技术应用现状及进展

在我国北方地区,冬季道路积雪结冰会导致路面抗滑性能急速下降,引发汽车在部分路段制动失效,进而发生交通事故。从保障道路畅通、行车安全的角度出发,对道路积雪结冰进行及时清除是道路养管部门关注的重要问题。首先结合目前国内外常用的融冰雪技术,概述了传统融雪化冰技术的应用现状及发展趋势;然后分析了目前主要的道路融冰雪技术研究成果和进展;最后总结对比。

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。

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。

重力式无机热管在道路融冰雪中的施工技术

以某高速公路项目低凝冰路面为研究对象,通过在路面中应用重力式无机热管,利用液体材料热胀冷缩原理将地热能传递到路面,进而提高路面冬季温度,降低路面凝冰积雪的可能。通过分析,无机热管可有效降低路面凝冰问题,相关施工技术要点对后续项目具有重要参考意义。

雪地用途23.5R25全钢工程机械子午线轮胎的设计

介绍雪地用途23.5R25全钢工程机械子午线轮胎的设计。结构设计:外直径1 592 mm,断面宽596 mm,行驶面宽度530 mm,行驶面弧度高24.5 mm,胎圈着合直径630 mm,胎圈着合宽度496 mm,断面水平轴位置(H_(1)/H_(2)) 0.88,采用牵引型横向花纹沟设计,花纹块上带有3D钢片。施工设计:胎面采用雪地轮胎专用胎面胶配方,4层带束层结构,1^(#)—3^(#)带束层采用3+9+15×0.22+0.15NT钢丝帘线,4^(#)带束层采用4×6×0.25HE钢丝帘线,胎体采用3+9+15×0.22+0.15NT钢丝帘线,采用一次法成型机成型、单模蒸锅式硫化机硫化。成品轮胎试验结果表明,轮胎的充气外缘尺寸、物理性能和耐久性能均达到相应国家标准和企业标准要求。

复合相变材料蓄盐陶粒沥青混合料的制备及性能试验研究

自融雪路面是依靠自身材料特性,在冬季雪天自行对降雪进行融化,避免道路积雪影响交通的一种功能性路面。路面材料中可融雪的物质主要是盐化物等材料,以替代矿粉的形式掺入沥青混合料中。目前较成熟的盐化物掺加料有欧洲的V-260和日本的MFL,国内的盐化物掺加料大多处于研发阶段,融雪效果及成本控制并不成熟。在沥青中掺入相变材料制成的改性沥青在冬季可提升路面温度,可促进盐化物的融冰雪效果,在夏季可增强路面的抗高温性能。

川九路智能环路热管融冰雪路面应用实践

主动融冰雪技术是当前公路除冰雪技术研究的热点。以川九路环路热管融冰雪路面为例,结合工程建设条件,探讨了热源系统、换热系统及环路热管等组成部分的方案,提出了融雪系统的施工方案及关键点,并进行了融冰雪系统的智能化运行控制探索。采用加热、保温化雪二阶段控制,实现了无人值守和智能化控制,使路面温度维持在0℃以上,公路在冬季实现了“黑路面”化,保障了道路在冬季的安全畅通。