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融雪 自融雪沥青路面技术与材料

在冬季冰雪季节,我国北方和中西部山区道路上的冰雪给过往车辆带来很大的安全隐患,影响驾驶舒适性,降低交通效率,甚至导致交通事故,给人民生命财产造成巨大损失。因此,如何消除安全隐患,提高行车安全性,已成为道路工程领域亟待解决的技术问题。目前,路面冰雪的处理方法有两种:外部和内部除冰雪技术。外部除冰雪技术包括融雪剂喷洒、人工清除和机械清除。内部除冰雪技术包括:热冰雪融化技术、盐渍技术、冰冻路面抑制技术。化学自融雪路面技术具有操作简单、对道路和桥梁腐蚀性低、路面多年防冰、维护成本低等优点。它已受到越来越多国家的重视,成为道路研究的热点问题。通过分析国内外自熔沥青路面技术和材料的研究现状,提出了自熔沥青路面材料研究的关键技术问题和今后研究的重点和方向,为自熔沥青路面材料的研究和应用提供参考。

自融雪浙青路面技术

热融冰雪技术

热冰雪融化技术是利用电燃气、地热能、太阳能或电力产生的热量融化冰雪,如微波加热技术、地热管道技术、红外灯照明加热技术、加热电缆技术、太阳能加热技术等。目前比较成熟的技术是地热能和太阳能融冰。其主要原理是以水为载体,借助水泵系统通过水平埋管将夏季地表热量和太阳能储存在地下,然后在冬季借助水泵系统将热能提升到地表,从而融化冰雪。

日本在20世纪40年代率先开发和使用这项技术,随后美国、瑞士等国家相继开发了相关专利技术并成功应用。热冰雪融化技术快速、安全、环保,但耗能大、工艺复杂、成本高。而且这种技术对沥青路面材料、结构、施工有特殊要求,后期养护需要开挖路面,所以适用范围比较窄。

多孔汉清路面融雪技术

多孔浙江绿色路面是指一种新型沥青混凝土路面,压实后的空空隙率约为15%-20%,可在沥青混合料中形成排水通道。其本质是单一粒径的碎石根据嵌挤原理形成骨架式开级配沥青混合料。

在冰雪季节,轮胎和路面的复杂混合作用如加热、冲压等使冰雪融化,雪水沿着多孔沥青路面的空空隙快速排出,避免积水结冰。但如果雪太大,气温低,融雪效果会受到一定影响。该技术的理想融雪温度为-5℃至0℃,在大雪和低温地区有一定的局限性。

路面防冻技术

防冻摊铺技术可分为物理防冻摊铺技术和化学防冻摊铺技术。物理抗冻路面技术是在沥青路面材料中添加一定量的特殊材料,改变路面与轮胎的接触状态和沥青路面的变形特性,在路面在外荷载作用下的自应力作用下破冰融雪的技术。本质是利用物理和机械功能去冰雪。

物理防冻路面技术常用的方法主要分为两类:(1)橡胶颗粒沥青路面:用橡胶颗粒沥青混合料铺成的路面。但路面有一定程度的颗粒脱落,除雪耐久性有待研究。(2)马赛克铺装技术:将废旧轮胎的大尺寸橡胶块镶嵌在普通沥青路面表面,通过橡胶的弹性变形,简单降低路面冰雪的附着程度。同时,橡胶块周围冰雪厚度的不均匀也提高了破冰融雪的概率。在埋设橡胶块的过程中,这种方法会破坏路面的原状,影响破冰融雪效果和路面的正常使用寿命。

化学防冻路面技术是指在沥青混合料中加入防冻剂、融雪剂等化学添加剂,以降低水的冰点,从而在冰雪或外界温度为负的条件下,防止和延缓道路结冰,加速融雪,快速恢复道路摩擦的专用路面。它已经成为一种常用的融雪抑冰路面技术。

添加剂的盐(氯化钠、氯化钙、醋酸钙等。)是能有效抑制冻结的主要成分。其主要原理是沥青混合料中的盐在毛细压力和车辆的滚动作用下会逐渐沉淀,从而降低水的冰点,延缓沥青路面上的冰雪,使路面形成具有抑制冰冻的作用。掺有这种添加剂的路面,在添加剂的使用寿命期间会起到融化冰雪的作用,从而减少融雪剂的撒布次数和数量,减少融雪剂中的盐对沥青路面的危害。然而,它融化冰雪的持久性值得进一步研究。

自融雪排水路面材料

气盐自熔沥青路面材料

盐渍化融雪沥青路面起源于20世纪60年代的欧洲。随着近十年研究的逐步深入,沥青路面材料有三种类型:水泥固化盐材料、油包盐材料和粉盐材料。

(1)水泥固化盐材料:用水泥将盐固化成颗粒状、球状物体,取代沥青混合料中的粗细集料,加入量占矿料的6%-8%;在冰雪条件下,混合物中的盐慢慢沉淀,起到融化冰雪的作用。

(2)油包盐材料:油包盐颗粒替代沥青路面上层混合料沥青中的细集料,替代量约为5%,代表产品为V-260。在冬季低温条件下,材料可以快速活化,防腐材料在渗透压和毛细管与行驶车辆摩擦的作用下沉淀,降低道路水的冰点,防止结冰。

(3)粉末路面盐化材料:盐化以粉末形式替代沥青混合料中的矿粉,添加量为6%-8%,代表产品为Mdilon(简称MFL)。MFL是一种通过特殊加工工艺将氯化钠包埋在多孔火成岩中的材料。其融雪机理是氯化钠通过多孔结构沉淀,到达混合物的孔隙,然后扩散到路面,从而与路面上的冰雪相互作用,降低路面水的冰点。

融盐物料中使用的凝固点下降剂多为吸湿性强的可溶性盐,如氯化钠,因此防冻剂的生产、储存和摊铺都比较困难。同时,氯盐对路面有腐蚀性,也会影响路面的使用寿命,造成环境污染。

草酸自融雪沥青路面材料

20世纪80年代,美国等国家开发了一种新型有机环保融雪剂,即草酸钙镁融雪剂(CMA),取代氯盐融雪剂。其融雪效果可达氯盐的90%,具有快速持久的融雪融雪功能,还具有低毒、低腐蚀性和可降解性等环境优势。CMA通常由石灰石或白云石与草酸反应制得,成本是氯化物盐的5-8倍,限制了其应用范围。

日本研究表明,填充磷酸和乙酸复盐(如MgGP04。Mg(CG3C00)2,CAGP04。CA(CG3C00)等。)作为一种新的凝固点降低剂加入到岩溶多孔材料中,可以产生一种新的防冻材料并将其添加到沥青混合料中,即使在-9℃也能起到很好的防冻效果,但其制造工艺复杂,成本高。

针对盐化沥青混合料技术,复合自融盐化沥青路面材料还有很多问题需要解决,特别是盐化沥青混合料的低温抗裂性和水稳定性较差,橡胶颗粒沥青路面的除冰效果不确定。日本有学者在沥青混合料中加入储盐防冻剂和橡胶颗粒,以提高冰雪条件下的行车安全性,并在SMA中掺入橡胶颗粒和氯盐抑制路面冻结或在多孔路面的表面空空隙中填充橡胶颗粒作为弹性材料和防冻剂。此外,橡胶颗粒还参与复合盐沥青路面材料中的级配组成,提高了混合料的低温抗裂性和水稳定性。

化学自融雪材料研究中的关键技术问题

化学自融雪材料一般为粉状盐化材料,0.075mm通过率一般在75%以上。沥青混合料热拌过程中,拌和量一般为3%-8%。新道路铺设4厘米厚的自融雪沥青混凝土层;旧路面铣刨后,重新铺设3-4厘米厚的自融雪沥青混凝土层。盐渍物被沥青包裹,雪水从沥青路面的空隙空渗入自融雪材料层,有效成分逐渐从路面沉淀出来,起到融雪抑冰的作用。

粉盐化热拌沥青混合料路面较厚。表面盐化的有效成分沉淀后,随着表面打磨压实,路面底部盐化缓慢或难以沉淀,后期融雪效果不明显。但粉盐化易溶于水,与稀浆封层、微表处等冷拌混合料混合会迅速流失,无法保存。因此,对于自熔性沥青路面材料,需要解决以下三个关键技术问题:一是自熔性盐材料成分的设计和优化,二是自熔性沥青路面材料有效成分的沉淀途径和缓释;第三,自融雪材料需要低碳、环保、经济、施工方便。

自发热雪沥青路面材料的研究趋势

纵观各种融雪除冰技术,根据其可操作性、工程造价和耐久性,化学抑冻铺装技术已逐渐成为主流的融雪抑冰技术,该技术的核心是自融雪盐化材料的研发。非自熔沥青路面材料的研究将围绕以下几个问题展开:

高效、环保、经济的自融雪材料的合成

根据自融雪沥青路面的功能要求,基于颗粒化的基本理论和自融雪材料的理化特性,改进盐渍化材料的组成设计,减少对沥青路面、公路结构和环境的不利影响,合成环保、经济、高效、施工简单的新型自融雪材料,是未来沥青路面防冻技术的努力方向。

融雪机理的研究

在路面材料中加入盐渍化,盐渍化的颗粒被高分子有机材料包裹粘结。盐渍化有效成分的沉淀-扩散过程是一个复杂的离子交换-吸附过程,缓慢释放和沉淀的机制尚不清楚。挖掘有效成分的沉淀机理需要大量的实验数据作为支撑。盐渍物质有效成分的沉淀和缓慢释放不仅是一个化学问题,也是一个物理问题。有必要从两个方面揭示冰雪融化的机理。

结合新的路面结构

自融雪材料作为填料,可以与排水路面、透水路面、超薄磨耗层、微表处、SMA等新型路面结构和材料相结合。,发挥盐化材料的自融雪功能。

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分析了国内外各种自融沥青技术的材料组成和融雪机理。结合经济性、可操作性、耐久性和环保性的要求,化学防冻路面技术逐渐成为主流的融雪抑冰技术。研发科学、经济、环保的自融材料是沥青路面防冻技术的核心。

分析了各种自融雪材料的技术特点,提出了化学自融雪材料研发中需要解决的关键技术问题。

基于自融雪抑冰材料的理化特性,结合沥青路面工程实践,提出了自融雪沥青路面材料未来的研究方向。

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