CN102980847A - 一种沥青路面与路表结冰粘接强度的测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种沥青路面与路表结冰粘接强度的测试方法，包括如下步骤：制作测试用沥青混合料试件；将沥青混合料试件表面洒上水，放置一条浸湿的布条，使两者紧紧贴合在一起；试验前将底座模具放入试验机的底座，将夹具模具通过螺杆与试验机的夹具旋紧；将沥青混合料试件与布条从低温空气浴中取出，安放在已经放入试验机底座模具中的弹簧片上，同时将布条的一头放入夹具模具的两块夹板之间，旋紧螺母，使得布料紧紧夹在两块夹板之间；开动沥青粘韧性测试仪，并获取拉力随着拉伸长度的变化曲线；并取得测试结果中粘结应力的平均值P。本发明提供的测试方法及试验指标可以有效而准确地评价冰雪与路面的粘结强度。

Description

一种沥青路面与路表结冰粘接强度的测试方法

技术领域

本发明是一种沥青路面与路表结冰粘接强度的测试方法，能够用于测试沥青路面试件表面结冰时，结冰层与路面的粘接强度特性，可用于对路面除冰雪技术的研究，以及判断融冰雪沥青路面的融冰雪效果。本发明属于公路沥青路面测试领域。

背景技术

我国地域广阔，南北气候差异较大，加之近年来各地极端气候出现频率增加，路面积雪结冰问题较为常见。尤其是初冬和初春季节，路面积雪在温度变化和车辆荷载的作用下，路面表面极易形成薄冰。路面结冰对于交通安全、路网通行能力、道路资产管理、社会稳定与经济发展会造成严重的影响。

目前，为了减少冬季降雪、结冰引发的交通事故，各公路管理部门主要采取封闭交通的方法。如，2008年1月26日江苏沿江、苏南地区遭受中等程度降雪，局部出现大雪，导致江苏境内部分高速封闭，南京周边高速全封闭。2011年2月的降雪，导致江苏浙江等5省12条高速因雪雾通行受阻。高速公路的封闭及普通道路因冰雪导致的通行能力下降，不仅易引起交通事故，同时还带来巨大的经济损失。

因此，开展沥青路面除冰雪技术的研究，不仅有助于减少冰雪天气的交通事故，同时还可以有力地保障灾害天气条件下的公路通行能力。沥青路面除冰雪技术的研究不仅具有明显的实用性，同时也具有显著的社会效益和经济效益。

近年来出现了缓释型融冰化雪技术，也成为冰雪抑制技术，通过将盐分事先添加到沥青路面中，是其在路面降雪时，缓慢的向路表进行释放，从而破坏冰雪与路表的粘结，从而恢复路表的防滑功能。

由于路面结构空隙的存在，水分逐渐进入混合料内部，使得易溶盐成分溶解。在毛细管压力及车辆碾压作用下，易溶盐溶液从沥青混合料内部浓度较高的狭小空间逐渐向盐分浓度较低的路面表面扩散，从而降低道路表面水的冰点，延迟道路表面积雪结冰。

缓释型融冰化雪技术的应用带来一个新问题即需要对缓释型融冰雪沥青混合料的融冰雪效果进行准确的评价。目前国内外评价路面融冰雪效果的方法主要可以分为定性评价和定量评价两大类，而这两类方法在评价路面融冰雪效果上存在着各种各样的问题，这里综述之。

(1) 目前最常见的定性评价方法是将融冰雪路面与普通沥青路面冬季下雪后的情况通过照片的方式直接作对比从而评价路面融冰雪效果。其它常见的定性评价方法包括划破现象的观测，绘制抑制冰雪效果评价表，事故调查等。定性评价方法虽然能很直观的反映出融冰雪路面具有良好的融冰雪效果，但它不采用数学方法，强调的是观察、分析、归纳与描述。因此定性评价会使评价结果模糊笼统，弹性较大，难以精确把握，并不能准确的评价路面的融冰雪效果。

(2) 目前最常见的定量评价方法包括路面露出率法，盐分溶析法等。路面露出率指车辆行驶的范围内，已露出路面面积与检测段面积之比。这种方法只适用于室外对试验段进行评价，室内无法用这个指标进行评价融冰雪效果。而且路面露出率受车流量影响较大，车流量越大，路面露出率也就越大；盐分溶析法是测出不同条件下试件盐分溶析结果，以此估计路面盐分析出量，从而评价路面的融冰雪效果。该方法没有考虑温度和溶液浓度对试件盐分析出量的影响，盐分析出与实际情况不相符，同时缓释型路面并不是将路面表面的雪完全融化，而只融化与路面相接触的一部分，因此对于降雪量较大时，确定的盐分析出量的目标值与实际相差较大。

总之，目前评价路面融冰雪效果的方法存在着各个方面的不足，并不能用于缓释型融冰雪效果的评价，而针对缓释型融冰雪路面融冰雪效果的优秀评价方法需要满足以下几个方面：

a，能够从数值方面精确的评价路面的融冰雪效果，避免评价结果的模糊笼统。

b，既能够适用于实验室对融冰雪效果的评价，又能适用于室外对试验段的评价。

c，能够与实际相结合，较好的反映实际使用过程中盐分的析出以及缓释型融冰雪路面与冰雪的粘结情况。

d，试验方法较简单，操作过程容易，便于现场取芯测试，利于试验方法的推广。

发明内容

技术问题：本发明要解决的技术问题是提供一种沥青路面与路表结冰粘接强度的测试方法，可以避免由于评价结果的模糊笼统而造成的缓释型融冰雪沥青混合料融冰雪效果评价不准确的问题，同时要与实际路面的使用情况相结合，该测试方法的实验条件应与实际路面状况相符，简单方便地反映融冰雪路面与冰层的粘结情况，从而能够准确的评价融冰雪路面的融冰雪效果。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种沥青路面与路表结冰粘接强度的测试方法，包括如下步骤：

步骤1：制作测试用沥青混合料试件，对于同一种沥青混合料，每组试验的平行试件不少于3个；

步骤2：将沥青混合料试件表面洒上水，放置一条浸湿的布条，使两者紧紧贴合在一起，中间不要留有气泡，置于规定温度的低温空气浴中12小时以上，直至沥青混合料试件与布条较好的粘结在一起，布条与冰层的粘结力大于冰层与试件之间的粘结力；

步骤3：试验前将底座模具放入试验机的底座，将夹具模具通过螺杆与试验机的夹具旋紧，使夹具模具的下部夹板与底座模具的外边缘平行；

步骤4：将沥青混合料试件与布条从低温空气浴中取出，安放在已经放入试验机底座模具中的弹簧片上，并保证沥青混合料试件与底座模具的上表面相平齐，同时将布条的一头放入夹具模具的两块夹板之间，旋紧螺母，使得布料紧紧夹在两块夹板之间；

步骤5：开动沥青粘韧性测试仪，夹具以一定的速度拉动布条向上移动布条完全脱离试件表面为止，拉伸速度为500mm/min±2mm，拉力采样间隔为0.5mm，记录对布条施加的拉力F以及拉伸长度L，并获取拉力随着拉伸长度的变化曲线，拉力的非线性误差可达到0.5%；

步骤6：布条与沥青混合料试件表面的粘结应力通过拉力的大小与布条和缓沥青混合料试件表面的粘结面积得到，根据拉力随着拉伸长度的变化曲线可以得到沥青混合料试件表面与冰层粘结应力的分布情况，并取得测试结果中粘结应力的平均值P。

所述步骤1的试件制备时，当试件从路面钻芯获取时，在路面相邻区域钻取芯样至少3个，芯样直径为100mm±2.0mm，再将芯样切割，使其高度为32±2.0mm；当试件由室内马歇尔试验或轮碾成型获取时，成型试件高度为63.5±2mm或40~50mm，可以切割获取3个平行测试标准试件；试件切割成型时，切割面应垂直于沥青混合料试件的侧面，切割面最大坡度不超过1％的试件为合格试件，否则需要利用磨光机打磨至符合要求，切割面最大坡度超过2％的试件不可用于试验。

所述步骤2的低温空气浴采用低温箱，温控程度为±1℃，且具有空气循环系统。

所述步骤2中低温空气浴的试验温度为-3℃。

所述中的试验机采用SYD-0624沥青粘韧性测试仪。

所述的布条为长条形，宽度为60mm±2.0mm，长度为150mm以上。

测试用沥青混合料试件可以为圆柱形，高度32±2.0mm，直径为100mm±2.0mm；也可以为长方体，长度与宽度相同100mm±2.0mm，高度为32±2.0mm。

测试用的布条为长条形，要求强度较高，不容易变形和断裂，厚度较小，与水的浸润性较好，低温条件下能够较好的与试件冻粘在一起。

选择布条材料时，需要保证布条与试件冻粘后，拉伸布条时发生破裂的表面在冰层与试件之间而不是布条与冰层之间，即布条与冰层的粘结力要大于冰层与试件之间的粘结力，从而能真实的反映冰层与混合料的粘结应力。

本测试方法选取的试验温度为-3℃，因为在这个温度下路面极易形成薄冰，对道路的行车安全影响较大。

步骤4中模具中的弹簧片是用来对试件施加一个向上的力，使得试件与模具的上表面紧密接触，避免造成一定的虚位移。模具中拧紧螺栓的螺纹间距尽量大一些，以便于快速拧紧，避免由于时间过长而导致冰雪与试件表面的粘结力发生变化。模具中的夹板表面应具备一定的粗糙度，能够将布条紧紧夹住。

步骤5和步骤6中要求动作迅速，尽量在短时间内完成，避免拖延太久而导致冰雪融化。

步骤4和步骤6中的试验机，本测试方法采用SYD-0624沥青粘韧性测试仪，其他可施加拉力并测试拉伸长度的路面材料试验设备也可使用，但是需要将底座模具与夹具模具与沥青粘韧性测试仪连接部位相应地做一些改变，以便与其它的路面材料试验设备连接起来。同时路面材料试验设备需具备一定的精度。

有益效果：

本发明提供的一种沥青路面结冰粘接强度的测试方法，是通过测量冰层与混合料之间的粘结应力，反映缓释型融冰雪沥青混合料的融冰雪效果。首先，本测试方法能够准确评价出融冰雪沥青混合料在盐分析出后与冰层的粘结情况，与普通沥青混合料作对比，能够准确反映出融冰雪沥青混合料的融冰雪效果。其次，本测试方法很好地模拟了路面实际使用过程中轮胎滚动带走冰雪的这一过程，真实的反映了融冰雪路面达到融冰雪效果所需要具备的条件。最后，试验方法较简单，操作过程容易，便于现场取芯测试，利于试验方法推广。

附图说明

图1为本发明一种沥青路面与路表结冰粘接强度测试方法的整体模具组合图；

1、沥青混合料试件；2、布条；3、底座模具；4、夹具模具；5、螺杆；6、夹板；7、弹簧片；8、螺母。

具体实施方式

本测试方法是通过测量得到冰层与混合料之间的粘结应力平均值的大小，将融冰雪沥青混合料与普通沥青混合料与冰层的粘结应力平均值作对比，从而反映融冰雪沥青混合料的融冰雪效果。因此，本测试方法中反映沥青混合料融冰雪性能的三个性能指标为拉力F，拉伸长度L以及粘结应力平均值P。本测试方法的试验设计，可以达到以下两个方面的目的：

通过评价冰层与沥青混合料之间的粘结应力平均值的大小来反映融冰雪沥青混合料的融冰雪效果，可以避免评价结果的模糊笼统以及评价方法的实验条件与实际路面状况不符所造成的评价结果的不准确。

融冰雪沥青混合料试件可以通过马歇尔实验和车辙实验制备或直接从融冰雪路面钻芯得到，试件的来源方面容易且准确。测试方法简便易行，对设备要求不高，便于推广。

在试件的准备上：

普通沥青混合料试件可以通过歇尔实验或车辙实验成型。缓释型融冰雪沥青混合料试件需要添加除冰盐MFL。除冰盐添加剂MFL呈粉末状固体，粒径与矿粉相似，可以作为填料等体积替代矿粉添加到沥青混合料中，然后通过马歇尔实验或车辙实验成型。测试用的标准试件高度为32mm，可以将马歇尔试件对半切割得到，也可以通过车辙板切割得到。试件也可以通过融冰雪路面现场取芯获得。本测试方法适用的沥青混合料的集料最大粒径应不大于26.5mm。对于试件直径，常规的室内马歇尔成型试件直径为101.6mm，常规的路面取芯直径为100mm，因此，本测试方法标准试件的直径选择为100mm±2.0mm。

具体试件准备工作步骤为：

测试用沥青混合料标准试件1为圆柱形，高度32±2.0mm，直径为100mm±2.0mm，或为长方体高度32±2.0mm，长宽为100mm±2.0mm，，对于同一种沥青混合料，每组试验的平行试件不少于3个；

当试件从路面钻芯获取时，在路面相邻区域钻取芯样至少3个，芯样直径为100mm±2.0mm，再将芯样切割，使其高度为40±2.0mm；当试件由室内旋转压实试验成型获取时，成型试件高度一般为160~170mm，先利用取芯机获取直径为100mm±2.0mm的试样，再切割获取3个平行测试标准试件；

试件切割成型时，切割面应垂直于沥青混合料试件的侧面，切割面最大坡度不超过1％的试件为合格试件，否则需要利用磨光机打磨至符合要求，切割面最大坡度超过2％的试件不可用于试验。

在测量仪具与材料方面：

本测试方法使用的是沥青粘韧性测试仪，其他可施加拉力并测试拉伸长度的路面材料试验设备也可使用，但是需要将底座模具3与夹具模具4与与沥青粘韧性测试仪连接部位相应地做一些改变，以便与其它的路面材料试验设备连接起来。同时路面材料试验设备需具备一定的精度。

低温空气浴采用低温箱，可调节温度范围应能满足试验要求，温控程度为±1℃，应当具有空气循环系统。

选择布条材料时，需要保证布条与试件冻粘后，拉伸布条时发生破裂的表面在冰层与试件之间而不是布条与冰层之间，即布条与冰层的粘结力要大于冰层与试件之间的粘结力，从而能真实的反映冰层与混合料的粘结应力。

④底座模具3中的弹簧片是用来对试件施加一个向上的力，使得试件与底座模具3的上表面紧密接触，避免造成一定的虚位移。

⑤夹具模具4中拧紧螺栓的螺纹间距尽量大一些，以便于快速拧紧，避免由于时间过长而导致冰雪与试件表面的粘结力发生变化。夹具模具4中的夹板表面应具备一定的粗糙度，能够将布条紧紧夹住。

在测试方法与步骤方面应满足如下条件：

1、准备工作：

按要求制作试件，每组试验平行试件不少于3个，同时测量并记录试件的高度和直径（长度和宽度），取平均值，并需要满足规定尺寸要求。

将沥青混合料试件1表面洒上水，放置一条浸湿的布条，使两者紧紧贴合在一起，中间不要留有气泡，置于规定温度的低温空气浴中12h以上，直至沥青混合料试件1与布条较好的粘结在一起。保温时沥青混合料试件1应放在支起的平板玻璃或表面平整的木板或金属板上，试件之间的距离应不小于10mm，空气浴应当有空气循环系统支持。

试验前，将试验机打开，将底座模具3和夹具模具4按照指定的位置安装在实验机上，使夹具模具4的下部夹具与底座模具3的外边缘平行。

2、测试步骤

将沥青混合料试件1与布条2从低温空气浴中取出，迅速安放在已经放入试验机底座的底座模具3中的弹簧片7上，并保证混合料试件1与底座模具3的上表面相平齐，同时将布条的一头放入夹具模具4的两块夹板6之间，旋紧螺母8，使得布料紧紧夹在两块夹板6之间。

开动沥青粘韧性测试仪，夹具以一定的速度拉动布条2向上移动直至布条完全脱离试件表面为止，拉伸速度为500mm/min±2mm，拉力采样间隔为0.5mm。

记录对布条施加的拉力F以及拉伸长度L，并获取拉力（Y轴）随着拉伸长度（X轴）的变化曲线，拉力的非线性误差精确到0.5%。

3、试验原理

证明本测试方法获取的粘结应力平均值P，与缓释型融冰雪沥青混合料融冰雪效果的相关性：

缓释型融冰雪沥青混合料是用日本公司生产的抗路面冻结材料MFL等体积替代矿粉添加到沥青混合料中而成型的。MFL的有效冻结抑制成分是70%左右氯化钠易溶盐，由于路面结构空隙的存在，水分逐渐进入混合料内部，使得氯化钠易溶盐成分溶解。在毛细管压力及车辆碾压作用下，易溶盐溶液从沥青混合料内部浓度较高的狭小空间逐渐向盐分浓度较低的路面表面扩散，传递到路面表面。同时，轮胎的反复碾压和流动的降雨或降雪也会加速易溶盐的扩散。

盐分的溶入导致了道路表面水的冰点降低，从而使与路表粘结的一部分冰雪融化，破坏了冰雪与路面表面的粘结，使得冰雪与路表的粘结应力降低。因此，与普通沥青混合料相比，缓释型融冰雪沥青混合料与冰层的粘结应力会更低。而融冰雪路面需要达到的融冰雪效果就是降低路面与冰雪的粘结力，使得冰雪能够在车辆的带动下脱离地面，达到路面融冰雪的目的。因此路面表面与冰层的粘结应力能够很好的反映缓释型融冰雪沥青混合料融冰雪效果

综上所述，本测试方法及其选用的粘结应力平均值的指标能够反应沥青路面与路表结冰粘结强度以及缓释型融冰雪沥青混合料的融冰雪效果，具有良好的适用性与实用性。

Claims (6)

1.一种沥青路面与路表结冰粘接强度的测试方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1：制作测试用沥青混合料试件（1），对于同一种沥青混合料，每组试验的平行试件不少于3个；

步骤2：将沥青混合料试件(1)表面洒上水，放置一条浸湿的布条（2），使两者紧紧贴合在一起，中间不要留有气泡，置于规定温度的低温空气浴中12小时以上，直至缓释型融冰雪沥青混合料试件(1)与布条较好的粘结在一起，布条与冰层的粘结力大于冰层与试件之间的粘结力；

步骤3：试验前将底座模具(3)放入试验机的底座，将夹具模具(4)通过螺杆（5）与试验机的夹具旋紧，使夹具模具(4)的下部夹板（6）与底座模具(3)的外边缘平行；

步骤4：将沥青混合料试件(1)与布条（2）从低温空气浴中取出，安放在已经放入试验机底座模具(3)中的弹簧片（7）上，并保证沥青混合料试件(1)与底座模具(3)的上表面相平齐，同时将布条的一头放入夹具模具(4)的两块夹板（6）之间，旋紧螺母（8），使得布料紧紧夹在两块夹板（6）之间；

步骤5：开动沥青粘韧性测试仪，夹具以一定的速度拉动布条（2）向上移动布条完全脱离试件表面为止，拉伸速度为500mm/min±2mm，拉力采样间隔为0.5mm，记录对布条施加的拉力F以及拉伸长度L，并获取拉力随着拉伸长度的变化曲线，拉力的非线性误差可达到0.5%；

步骤6：布条与沥青混合料试件表面的粘结应力通过拉力的大小与布条和沥青混合料试件表面的粘结面积得到，根据拉力随着拉伸长度的变化曲线可以得到沥青混合料试件表面与冰层粘结应力的分布情况，并取得测试结果中粘结应力的平均值P。

2.如权利要求1所述的一种沥青路面与路表结冰粘接强度的测试方法，其特征在于，所述步骤1的试件制备时，当试件从路面钻芯获取时，在路面相邻区域钻取芯样至少3个，芯样直径为100mm±2.0mm，再将芯样切割，使其高度为32±2.0mm；当试件由室内马歇尔试验或轮碾成型获取时，成型试件高度为63.5±2mm或40~50mm，可以切割获取3个平行测试标准试件；试件切割成型时，切割面应垂直于沥青混合料试件的侧面，切割面最大坡度不超过1％的试件为合格试件，否则需要利用磨光机打磨至符合要求，切割面最大坡度超过2％的试件不可用于试验。

3.如权利要求1所述的一种沥青路面与路表结冰粘接强度的测试方法，其特征在于，所述步骤2的低温空气浴采用低温箱，温控程度为±1℃，且具有空气循环系统。

4.如权利要求1所述的一种沥青路面与路表结冰粘接强度的测试方法，其特征在于，所述步骤2中低温空气浴的试验温度为-3℃。

5.如权利要求1所述的一种沥青路面与路表结冰粘接强度的测试方法，其特征在于，所述中的试验机采用SYD-0624沥青粘韧性测试仪。

6.如权利要求1所述的一种沥青路面与路表结冰粘接强度的测试方法，其特征在于，所述的布条（2）为长条形，宽度为60mm±2.0mm，长度为150mm以上。

Images