[01576026]沥青路面冰冻损伤评估与主动抗冰冻技术研究

(一)课题来源与背景 本成果主要依托于“十一五”国家科技支撑计划项目“环保型道路建设与维护技术”子题“道路冰雪自融与防滑技术”（编号2006BAJ18B05-04）、国家“十一五”科技支撑项目“云贵川高原潮湿山区路面凝冰（暗冰）防治技术研究”子题“凝冰路面损伤评估、防护及修复技术研究”（编号2008BAG10B02-HT01）和交通运输部西部交通科技建设项目“橡胶颗粒路面应用技术的研究”（编号200331882007）,同时受到国家自然科学基金项目“冻融过程沥青混合料渗流聚冰机制与损伤特性研究”（编号51208154）以及中国民用航空局重大专项“自融雪机场加热道面建造工艺与配套装置关键技术研究”（编号MHRD20140107）的资助。 路面积冰一方面降低了路面的抗滑性能,引起行车安全隐患,同时使道路通行能力极大下降,严重影响交通安全和运输效率,造成人民生命和国家财产的巨大损失;另一方面,反复的冻融作用和传统的除冰雪技术降低了路面使用性能和耐久性,增加了路面的维修费用。因此,研究沥青路面冰冻损伤机理及评价体系,研发路面抗冰冻技术,对于我国冰冻地区沥青路面使用性能的提升及道路交通安全具有重要的意义。 （二）技术原理及性能指标 针对冰冻造成沥青路面损坏问题,本研究基于室内模拟试验、室外现场试验,研究了路面冰冻损坏机理、开发了贯入式路面浅层强度探测仪用于冰冻损伤评价;同时研发了憎水性低冰点填料,探究了该填料与沥青间的交互作用机理,并研究其路面使用性能以及在养护技术的推广应用。研究完善抗冰冻预防性养护技术的行业空白,这对沥青路面抗冰冻损伤防护技术的发展将具有重要意义。 本研究中的技术性能指标包括： （1）低冰点力气混合料工作温度可达-25℃; （2）低冰点力气混合料有效成分的释放周期长达150天; （3）低冰点防护材料和低冰点修复材料渗透深度大于6mm,其融雪降粘效果至少持续1年以上。 （三）技术的创造性与先进性 （1）沥青路面细观、宏观冰冻损伤机理分析 基于混合料CT试验、图像处理技术及有限元方法,建立了沥青混合料二维随机分布模型,分析了集料与孔隙分布对冰冻损伤的影响。通过开发的室内沥青砂浆-集料界面行为测试装置,进而揭示了沥青路面细观和宏观冰冻损伤机理。 （2）路面冰冻损伤评价 研发了快速无损检测路面冰冻损伤的贯入式路面浅层强度探测仪和沥青路面冻融损坏快速检测设备,确定了设备的参数并进行了敏感性分析,并提出相应的路面冰冻损伤评价方法及评价标准。 （3）憎水型低冰点填料的研发 开发了两种具有缓释特性的憎水型低冰点填料,确定了填料的生产配方、生产工艺与产品标准,并针对新建路面提出了低冰点沥青混合料设计方法及施工指南。 （4）沥青路面低冰点防护材料与修复材料的研发 针对冰冻地区的服役路面,开发了沥青路面低冰点防护材料和低冰点修复材料,确定了低冰点防护材料和修复材料的生产配比,提出了相应的性能指标要求及施工工艺,并分析了材料的使用性能与耐久性。 （5）沥青胶浆冰点测试方法与界面粘结评价 针对憎水型低冰点填料的冰点降低性能研究,提出了基于电化学理论的沥青胶浆冰点测试方法。另外,通过开发的多角度测量冰-沥青路面界面粘结性能的装置,提出以破坏时的极限拉力及破坏界面综合评价冰与路表面的界面粘结特征方法,分析了低冰点填料的加入对冰-路界面粘结特性的改善作用。 （四）技术的成熟程度,试验范围和安全性 技术已较为成熟,已在 一定范围应用并取得良好效果,成果适用于凝冰路面损伤评估、冰冻地区低冰点路面的修筑、沥青路面抗冰冻损伤的防护与修复,开发的材料能够显著提高沥青路面的抗冻性,并且对环境无毒无害可持续利用,不影响行车安全。 （五）应用情况及存在的问题 研发的主动除冰雪材料应用于大广高速公路、哈尔滨市区道路及机场路、乌鲁木齐至五家渠一级公路、江苏省宿迁市南枢纽工程桥面、贵清高速公路、北京市108国道,后期监测数据表明,低冰点路面系列材料可有效降低路面的冰点和冰-路面界面的粘结性能,从而延缓沥青路面在冻融循环作用下的性能衰变过程,体现出良好的工程应用效果。目前的材料生产工艺较为繁琐,生产效率不高,因此宜进一步简化生产工艺,提高生产效率。 （六）历年获奖情况 2008年黑龙江省科技进步二等奖,沥青路面自应力主动除冰雪成套技术研究; 2011年黑龙江省科技进步二等奖,寒冷地区SBS改性沥青生产与技术标准研究; 2011年陕西省科技进步二等奖,环保型道路建设与维护技术; 2012年河北省科技进步三等奖,沥青路面结构信息监测与路用性能评价。