彈性除冰雪路面作用機理及路用性能研究

【摘要】為給彈性除冰雪路面的應(yīng)用提供依據(jù)，對彈性除冰雪路面的作用機理進行了分析，采用40目橡膠顆粒在摻量為4%的條件下成型混合料試件，通過室內(nèi)試驗測定混合料試件的穩(wěn)定度、流值、浸水殘留穩(wěn)定度比、動穩(wěn)定度和低溫破壞應(yīng)變，并同普通瀝青混合料進行對比，對彈性除冰雪路面的路用性能進行了研究。

【關(guān)鍵詞】彈性；除冰雪；作用機理；路用性能

冬季道路積雪和結(jié)冰將會嚴(yán)重影響路面的抗滑性能，誘發(fā)交通事故，嚴(yán)重威脅道路交通安全。國內(nèi)外研究成果主要包括路面除雪劑技術(shù)[1]、微波融雪路面、能量轉(zhuǎn)化型熱力融雪路面[2]和彈性除冰雪路面。而雪劑技術(shù)路用性能難以保證，且造價也較高；能量轉(zhuǎn)化型熱力融雪路面是通過在路面中埋設(shè)熱力轉(zhuǎn)換裝置，利用電能、地?zé)峄蛘咛柲馨l(fā)熱，但投入較高，難以大規(guī)模推廣。本文對彈性除冰雪路面的作用機理進行分析，采用40目橡膠顆粒在摻量為4%的條件下成型混合料試件，通過室內(nèi)試驗測定混合料試件的穩(wěn)定度、流值、浸水殘留穩(wěn)定度比、動穩(wěn)定度和低溫破壞應(yīng)變，并同普通瀝青混合料進行對比，對彈性除冰雪路面的路用性能進行了研究。

1、除冰雪原理

通過干法添加的橡膠顆粒的彈性除冰雪路面之所以會具有除冰雪的效果，主要來源于以下兩方面：

（1）橡膠顆粒與集料的剛度相差很大。一方面路面上冰層在車輛荷載作用下會在橡膠顆粒處產(chǎn)生明顯的應(yīng)力集中，且橡膠顆粒邊緣處也會出現(xiàn)較大的剪應(yīng)變和拉應(yīng)變，當(dāng)橡膠顆粒處的應(yīng)力應(yīng)變大于冰層的極限應(yīng)力應(yīng)變時將會使冰層破裂；另一方面，橡膠顆粒的加入增加了瀝青路面整體的變形能力，而冰層的抗變形能力較差，在車輛荷載的重復(fù)作用下，冰層即使為產(chǎn)生極限破壞，也會因疲勞損傷的累計而發(fā)生破壞。

（2）橡膠顆粒的摩擦作用。混合料中的橡膠顆粒在車輛荷載的重復(fù)作用下回互相摩擦，產(chǎn)生熱量，從而使冰雪層與路面的接觸面溫度升高，從而使冰雪融化或因與路表粘結(jié)力的降低而從路表脫落。

2、實驗材料及混合料設(shè)計

實驗所用瀝青為Sk70#基質(zhì)瀝青，其技術(shù)性質(zhì)：135℃布氏粘度669.4 （mpa·s）， 25℃針入度74.5（0.1mm），軟化點48.7（℃），10℃延度54.3（cm），15℃延度>100（cm）。粗集料為玄武巖集料，相關(guān)技術(shù)性質(zhì)：壓碎值8.5%洛杉磯磨耗損失6.6%，與瀝青的粘附性為4級，表觀相對密度：5～10mm2.929，10～15mm2.926，毛體積相對密度：5～10mm2.881，10～15mm2.883，集料吸水率：5～10mm 0.57%，10～15mm0.51%。實驗所用彈性除冰雪路面混合料的橡膠顆粒細度為40目，摻配比例為4%，級配采用間斷級配SMA-13，哥篩孔通過率如表1所示。

3、路用性能

3.1 高溫性能

分別采用擊實法和輪碾法成型兩種瀝青混合料的馬歇爾試件和車轍試件，測定兩種混合料試件的穩(wěn)定度、流值和動穩(wěn)定度，測試結(jié)果：普通瀝青混合料和彈性除冰雪混合料的穩(wěn)定度（KN）、流值（mm）和動穩(wěn)定度（次/mm）分別為：13.2、2.8、1620和12.5、5.1、2350?？梢钥闯?，彈性除冰雪混合料的穩(wěn)定度與普通混合料相近，但流值高于普通混合料，這是由于彈性除冰雪混合料中橡膠可以的加入是混合料剛度降低，更易于變形。除此之外，彈性除冰雪混合料的動穩(wěn)定度明顯高于普通瀝青混合料，即彈性除冰雪路面具有更好的高溫性能。

3.2低溫性能

將兩種混合料制成小梁試件，采用MTS試驗機測定其0℃下的低溫破壞應(yīng)變，結(jié)果可以看出，彈性除冰雪混合料的低溫破壞應(yīng)變明顯高于普通瀝青混合料，即彈性除冰雪路面相對于普通瀝青路面具有更好的低溫性能。

3.3 水穩(wěn)定性能

通過浸水馬歇爾實驗和凍融劈裂實驗測定兩種混合料的浸水殘留穩(wěn)定度比和凍融劈裂強度比，實驗結(jié)果可以看出，彈性除冰雪混合料的浸水殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強度比均小于普通瀝青混合料，即表明彈性除冰雪路面的水穩(wěn)定性能劣于普通瀝青路面，應(yīng)采取措施防止混合料路面的水損害發(fā)生。

結(jié)語：

（1）相對于其他的除冰雪技術(shù)，彈性除冰雪路面技術(shù)具有造價低、工藝簡單和效果明顯的優(yōu)點。

（2）彈性除冰雪路面的除冰雪效果來源于橡膠顆粒與集料之間較大的剛度差異和橡膠顆粒之間的摩擦效應(yīng)。

（3）相對于普通瀝青混合料路面，彈性除冰雪路面具有更好的高溫性能和低溫性能，但其水穩(wěn)定性能有所降低。

參考文獻：

[1]何濤，史紀(jì)村，岳學(xué)軍.除雪技術(shù)及除雪設(shè)備[J].筑路機械與施工機械化，2010，12：22-27.

[2]郭德棟.基于微波與磁鐵耦合效應(yīng)的融雪除冰路面技術(shù)研究[D].西安：長安大學(xué)，2011.

作者簡介：

馬光花（1984-），女，山東濰坊人，工學(xué)碩士，講師。