CN108931475B - 一种缓释型主动融冰雪沥青路面的融冰雪效果评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种缓释型主动融冰雪沥青路面的融冰雪效果评价方法,本发明包括如下步骤:(1)准备试件,对照组为沥清材料,试验组马歇尔试件为对照组沥清材料和缓释型融冰雪剂的混合料;(2)将马歇尔试件用防水材料进行密封,留马歇尔试件顶面不进行密封;(3)在马歇尔试件顶面采用水冻结成冰的方式将拉拔头与马歇尔试件连接;(4)拉拔试验,计算得到试验组与对照组的马歇尔试件拉拔强度平均值之比β作为融冰雪系数,以此判断缓释型主动融冰雪沥青路面的融冰雪效果。本发明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的融冰雪能力,从而能够准确的评价融冰雪效果。
Description
技术领域
本发明公开了一种公路材料性能评价方法,特别涉及一种缓释型主动融冰雪沥青路面的融冰雪效果评价方法,用于评价判断缓释型主动融冰雪沥青路面的融冰雪效果。
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。
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的问题如下。
(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适用的评价方法需要满足以下几个方面:
1)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。
2)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。
3)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
本发明要解决的技术问题是:提供一种评价结果准确性高的缓释型主动融冰雪沥青路面的融冰雪效果评价方法。
为了解决上述技术问题,本发明包括如下步骤:(1)准备两组数量相同的马歇尔试件,每组有多个马歇尔试件,其中一组为对照组,对照组为沥清材料,另一组为试验组,试验组马歇尔试件为对照组沥清材料和缓释型融冰雪剂的混合料;(2)将马歇尔试件用防水材料进行密封,留马歇尔试件顶面不进行密封;(3)在马歇尔试件顶面采用水冻结成冰的方式将拉拔头与马歇尔试件连接;(4)拉拔试验,分别记录同一温度条件下每一个马歇尔试件的拉拔强度;计算得到试验组与对照组的马歇尔试件拉拔强度平均值之比β作为融冰雪系数,以此判断缓释型主动融冰雪沥青路面的融冰雪效果,β=P1/P2,β为融冰雪系数,P1为试验组的试件平均拉拔强度,P2为对照组的试件平均拉拔强度。
所述的步骤(1)中试验组的缓释型融冰雪剂的质量含量为5%,马歇尔试件是将试验材料装在筒状试模内,在试模的上下两端内各击实多次得到的;步骤(3)包括(3-1)将拉拔头放在每个马歇尔试件顶面的中心,并在每个马歇尔试件顶面注水,至水面高度稳定在5mm时,停止注水;(3-2)将马歇尔试件放置在-5℃的低温环境箱中冷冻5h,至马歇尔试件顶面水层冻结成冰;步骤(4)中采用拉拔试验仪在-5℃下进行拉拔试验。在-5℃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。
所述的马歇尔试件高度为63.5mm±1.3mm,对照组和试验组各有6个马歇尔试件,马歇尔试件顶面距离试模边缘距离为12mm±1mm。
所述步骤(3)中的水为自来水,水面高度的量测方法如下:1)测量注水前试件顶面距h1;2)注水后,测量水面距离试模顶面高度h2,使h2=h1-5mm。
为了便于控制试模顶面上的水面高度,所述步骤(3)采用水深控制器,水深控制器包括支撑板、导向杆、夹子和浮片,支撑板的中部固定有夹子,导向杆夹持在夹子中,浮片的一端与导向杆的下端上下转动连接,浮片是密度小于水的且厚度均匀的片体,浮片片厚小于1mm,浮片的高度等于需要往试模中注水的水面高度,注水时,先将支撑板平放在试模顶面上,让导向杆的下端和浮片处于试模内,先调节浮片下端与试件顶面接触且浮片竖直,用夹子夹紧导向杆,然后向试模内注水,直到浮片浮起成水平状态停止注水。由于试件顶面距离试模顶面的高度略有偏差,而且需要精确的控制试件顶面的水面高度,水面高度又比较小,本发明采用的水深控制器的浮片很薄,且是浮在水面上,不占用水的体积,不影响水的实际高度。
所述步骤(2)中防水材料为黄泥、密封胶或蜡。
所述步骤5中拉拔试验中拉拔仪为全自动拉拔仪,拉拔头直径为20mm,拉拔仪的范围为0~20MPa,测量精度为±1%。
为了快速的确定融冰雪效果,所述的融冰雪效果的评级体系采用如下评价表进行判断
本发明的有益效果是:本发明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的融冰雪能力,从而能够准确的评价融冰雪效果。首先,本测试方法能够客观、定量、准确地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,采用相对的强度比值来反应融冰效果更能客观的评价融雪效果的差异。其次,本测试方法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,测试过程中自动化程度高,避免数据离析,便于测试,利于试验方法推广。
附图说明
图1为本发明试件注水时示意图;
图2为水深控制器俯视示意图;
图3为水深控制器主视示意图;
图中:1、试模,2、水深控制器,3、拉拔头,4、试件,2-1、导向杆,2-2、夹子,2-3、支撑板,2-4、浮片。
具体实施方式
试验仪器
本测试方法使用的是室内附着力拉拔试验仪,拉拔头直径为20mm,拉拔仪的范围为0~20MPa,测量精度为±1%。
低温环境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。
本具体实施例包括如下步骤:
步骤1:制备两组数量相同的马歇尔试件,每组有多个马歇尔试件,其中一组为对照组,对照组为沥清材料,另一组为试验组,试验组马歇尔试件为对照组沥清材料和缓释型融冰雪剂的混合料;试件不脱模,将试件冷却至室温;所述的马歇尔试件高度为63.5mm±1.3mm,对照组和试验组各有6个马歇尔试件,马歇尔试件是将试检材料装在筒状试模内,在试模的上下两端内各击实多次得到的,马歇尔试件顶面距离试模边缘距离为12mm±1mm。
步骤2:将马歇尔试件底部用黄泥进行密封,以达到封水效果,留试件顶面不进行密封;
步骤3:将拉拔头放在每个马歇尔试件顶面的中心,并在每个马歇尔试件顶面注水,至水面高度稳定在5mm时,停止注水;如图1所示,注水时采用水深控制器2,如图2和图3所示,水深控制器2包括支撑板2-3、导向杆2-1、夹子2-2和浮片2-4,支撑板2-3的中部固定有夹子2-2,导向杆2-1夹持在夹子2-2中,浮片2-4的一端与导向杆2-1的下端上下转动连接,浮片2-4是密度小于水的且厚度均匀的片体,浮片2-4的片厚小于1mm,浮片2-4的高度等于需要往试模1中注水的水面高度,注水时,先将支撑板2-3平放在试模1顶面上,让导向杆2-1的下端和浮片2-4处于试模1内并位于拉拔头3的一侧,先调节浮片2-4下端与试件4顶面接触且浮片2-4竖直,用夹子2-2夹紧导向杆2-1,然后向试模1内注水,直到浮片2-4浮起成水平状态停止注水,此时水深正好等于浮片2-4的高度。
步骤4:将马歇尔试件放置在-5℃的低温环境箱中冷冻5h,至马歇尔试件顶面水层冻结成冰;
步骤5:采用拉拔试验仪进行-5℃下的拉拔试验,分别记录试验组和对照组的拉拔强度,得到两组12个试件的拉拔强度。计算试验组与对照组的试件拉拔强度比,以此判断缓释型主动融冰雪沥青路面的融冰雪效果。
得到两组12个试件的拉拔强度如下(前6个为试验组,后6个为对照组):
计算得到的试验组与对照组的试件拉拔强度比β作为融冰雪系数,
β=P1/P2=0.16/0.39=0.41
参考融冰雪效果的评级体系采用如下评价表进行判断
试验原理
利用本测试方法获取的拉拔强度平均值P1、P2,计算得到掺加防冻剂与未掺加防冻剂的拉拔强度比值β作为融冰雪系数,进行缓释型融冰雪沥青混合料的融冰雪效果评价。
将缓释型融冰雪剂掺加到沥青混合料中,在行车荷载作用下,以及由于沥青路面有一定的孔隙,路面上的水分渗入到路面内部,缓释型融冰雪剂被水分包围,在盐的吸湿作用下,盐的表面被一层薄膜状的饱和盐溶液包裹,形成盐水。根据稀溶液定律,并且在路面的孔隙渗透压、毛细管和车轮“泵吸”作用下,主动融冰雪材料逐渐迁移到路表面,同时路面不断有行车荷载作用,主动融冰雪材料不断对路表进行补充,保证主动融冰雪材料能持续从道路内部迁移至路表。
此外,在释放过程中,缓释型融冰雪剂表面由一种特殊工艺生产的油膜包裹,而在其内部和油膜本身存在一定的孔隙,因此既能有一定的盐分释放出来,盐分通过油膜释放时又能减缓盐分的释放速率,达到缓释的效果。
综上所述,本测试方法及其选用掺加与未掺加防冻剂沥青混合料界面拉拔强度平均值的比值β作为融冰雪系数,能够简单客观有效的反应沥青路面与路表结冰拉拔强度以及缓释型融冰雪剂的融冰雪效果,具有良好的适用性与实用性。
Claims (6)
1.一种缓释型主动融冰雪沥青路面的融冰雪效果评价方法,其特征在于:包括如下步骤:(1)准备两组数量相同的马歇尔试件,每组有多个马歇尔试件,其中一组为对照组,对照组为沥清材料,另一组为试验组,试验组马歇尔试件为对照组沥清材料和缓释型融冰雪剂的混合料;(2)将马歇尔试件用防水材料进行密封,留马歇尔试件顶面不进行密封;(3)在马歇尔试件顶面采用水冻结成冰的方式将拉拔头与马歇尔试件连接;(4)拉拔试验,分别记录同一温度条件下每一个马歇尔试件的拉拔强度;计算得到试验组与对照组的马歇尔试件拉拔强度平均值之比β作为融冰雪系数,以此判断缓释型主动融冰雪沥青路面的融冰雪效果,β=P1/P2,β为融冰雪系数,P1为试验组的试件平均拉拔强度,P2为对照组的试件平均拉拔强度;所述的步骤(1)中试验组的缓释型融冰雪剂的质量含量为5%,马歇尔试件是将试验材料装在筒状试模内,在试模的上下两端内各击实多次得到的;步骤(3)包括(3-1)将拉拔头放在每个马歇尔试件顶面的中心,并在每个马歇尔试件顶面注水,至水面高度稳定在5mm时,停止注水;(3-2)将马歇尔试件放置在-5℃的低温环境箱中冷冻5h,至马歇尔试件顶面水层冻结成冰;步骤(4)中采用拉拔试验仪在-5℃下进行拉拔试验;所述步骤(3)采用水深控制器,水深控制器包括支撑板、导向杆、夹子和浮片,支撑板的中部固定有夹子,导向杆夹持在夹子中,浮片的一端与导向杆的下端上下转动连接,浮片是密度小于水的且厚度均匀的片体,浮片片厚小于1mm,浮片的高度等于需要往试模中注水的水面高度,注水时,先将支撑板平放在试模顶面上,让导向杆的下端和浮片处于试模内,先调节浮片下端与试件顶面接触且浮片竖直,用夹子夹紧导向杆,然后向试模内注水,直到浮片浮起成水平状态停止注水。
2.根据权利要求1所述的缓释型主动融冰雪沥青路面的融冰雪效果评价方法,其特征在于:所述的马歇尔试件高度为63.5mm±1.3mm,对照组和试验组各有6个马歇尔试件,马歇尔试件顶面距离试模边缘距离为12mm±1mm。
3.根据权利要求2所述的缓释型主动融冰雪沥青路面的融冰雪效果评价方法,其特征在于:所述步骤(3)中的水为自来水,水面高度的量测方法如下:1)测量注水前试件顶面距h1;2)注水后,测量水面距离试模顶面高度h2,使h2=h1-5mm。
4.根据权利要求1-3中任何一项所述的缓释型主动融冰雪沥青路面的融冰雪效果评价方法,其特征在于:所述步骤(2)中防水材料为黄泥、密封胶或蜡。
5.根据权利要求4所述的缓释型主动融冰雪沥青路面的融冰雪效果评价方法,其特征在于:所述步骤5中拉拔试验中拉拔仪为全自动拉拔仪,拉拔头直径为20mm,拉拔仪的范围为0~20MPa,测量精度为±1%。
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