CN114703714A - 基于浓度梯度的自补充型蓄盐融冰雪沥青混凝土路面结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于浓度梯度的自补充型蓄盐融冰雪沥青混凝土路面结构，具有两层或两层以上具有梯度掺加比例缓释蓄盐融冰雪填料的沥青混凝土面层：其中缓释蓄盐融冰雪填料掺加比例以层为单位从上至下呈递增分布，从而在冰雪天气雨水渗入沥青混凝土路面后形成从下面层到路面表层的单向浓度梯度通道，使得中下面层缓释蓄盐成分及时在浓度梯度的作用上迁移至路面表层，起到路面表层融化冰雪的效果。相比于传统直接将缓释蓄盐融冰雪填料掺加入路面结构中这一做法，本发明公开的此结构可以快速有效地补充路面表层盐分的损失，提高缓释蓄盐填料原料的利用效率，及时融化路表层冰雪，维护冬季道路行车安全。

Description

基于浓度梯度的自补充型蓄盐融冰雪沥青混凝土路面结构

技术领域

本发明涉及一种沥青混凝土路面，特别是一种基于浓度梯度的自补充型蓄盐融冰雪沥青混凝土路面结构。

背景技术

道路的积雪结冰问题是导致冬季道路交通安全隐患的主要原因之一，调查发现，约30%的冬季道路交通事故是由于道路积雪结冰所引起。因此，为了降低冬季道路积雪结冰造成的交通事故，有必要采取各种手段对道路上的冰雪进行清除。目前国内外道路冰雪清除方法主要有被动式和主动式两大类。被动式除雪方法是指依靠外界对路面施加作用使路面冰雪清除的方法，可分为物理、化学、机械三类。主动式除雪方法是利用路面本身所具有的特殊构造特性或力学特性，无需外界的辅助作用，在正常行车荷载的反复作用下即可主动清除路面积雪和凝冰的技术，它主要包括物理和化学两大类。

缓释蓄盐沥青混凝土路面就是一种主动式的道路除冰雪方法，其基本原理是融雪抑冰材料替换沥青混凝土中的部分填料或细集料，或者将融雪抑冰材料添加于乳化沥青中以涂层的形式涂于路面表面。在降雪时路面表层的盐化物释放出来，降低路面粘结处冰雪的冰点，使其融化以溶液的形式进入路面内部，在车辆荷载的泵吸作用、渗透压和毛细管作用下路面深层的盐化物得以释放，并上升至路表，从而达到较好的融冰雪效果。早在20世纪60年代，欧洲学者便对主动融冰雪式低冰点路面开展研究，研制出了首个低冰点添加剂Verglimit，室内试验结果表明，将该添加剂采用水泥固化替代混合料部分集料制成的低冰点沥青混合料，不仅具有较好的高、低温性能，同时可降低路面结冰温度至-20℃，然而该类型沥青混合料水稳定性较普通沥青混合料差。日本学者在20世纪70年代将此项技术引进，并在此基础上，考虑材料的吸湿性进行优化配比，研发了Mafilon型低冰点添加剂，并铺筑相关试验路进行性能验证。与传统的融雪技术相比，缓释蓄盐沥青混凝土路面不仅具有主动、高效、自下而上融化冰雪等优点，而且可以实现连续、持久融雪化冰，避免使用大量融雪剂造成的一系列不良影响。同时在车辆荷载碾压作用下，提高了融雪化冰的效率。并且研究表明，使用该项技术可以节约67%左右的融雪剂用量，大大降低了氯盐对环境和沿线基础设施的腐蚀作用。

但是，在经过长时间的科研和应用后发现，缓释蓄盐填料存在明显时效不足的问题。其主要原因在于：若蓄盐填料只掺加在上面层，在雨水和车辆碾压作用下容易大量的损失造成融冰雪功能性发挥年限较短。而如果缓释蓄盐填料同时掺加到路面的上中下层，则存在着如下方面的不足：

1、下层的缓释蓄盐填料难以向上层迁移，容易导致中下层的缓释蓄盐填料嵌锁和损失，造成填料的浪费。

2、上层的缓释蓄盐填料材料在析出后难以得到及时的补充，会造成路面融冰雪发挥功能时间较短的情况，难以真正起到长期路面自融冰雪的效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种基于浓度梯度的自补充型蓄盐融冰雪沥青混凝土路面结构，该基于浓度梯度的自补充型蓄盐融冰雪沥青混凝土路面结构

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

基于浓度梯度的自补充型蓄盐融冰雪沥青混凝土路面结构，包括路基和依次铺设在路基上的至少两层沥青混凝土路面层。

每层沥青混凝土路面层中均掺混有缓释蓄盐融冰雪填料。

沥青混凝土路面层中缓释蓄盐融冰雪填料的掺混比例从下至上逐层递减。

路基上铺设有三层沥青混凝土路面层，从下至上分别为下面层、中面层和上面层。

下面层、中面层和上面层中缓释蓄盐融冰雪填料的掺混比例依次递减。

下面层、中面层和上面层中缓释蓄盐融冰雪填料的掺混比例，以质量分数计，分别为：5%~10%、4%~8%和3%~7%。

下面层、中面层和上面层中缓释蓄盐融冰雪填料的掺混比例，以质量分数计，分别为：9%、7%和5%。

下面层和中面层中的缓释蓄盐融冰雪填料为高纯度缓释蓄盐融冰雪填料，上面层中缓释蓄盐融冰雪填料为低纯度缓释蓄盐融冰雪填料；高纯度缓释蓄盐融冰雪填料的纯度大于低纯度缓释蓄盐融冰雪填料的纯度。

缓释蓄盐融冰雪填料均为无机粉体。

缓释蓄盐融冰雪填料均为路面抗凝冰材料Mafilon。

每层沥青混凝土路面层的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、加热：将缓释蓄盐融冰雪填料在温度为170℃的烘箱中加热。

步骤2、掺混：将加热后的缓释蓄盐融冰雪填料，按照对应掺混比例添加至沥青混合料搅拌炉中与沥青混合料搅拌均匀。

步骤3、压制：将掺混有缓释蓄盐融冰雪填料的沥青混合料，压制成车辙板试件。

本发明具有如下有益效果：

相比于现有技术，本发明具有如下特点和优势：

（1）通过适当降低上面层缓释蓄盐融冰雪填料的掺加量，降低缓释蓄盐融冰雪路面铺筑初期上面层缓释蓄盐填料的析出，使得在上面层早期满足融冰雪功能的前提下，减少填料的浪费，延长缓释蓄盐融冰雪路面的使用时间。

（2）通过设计缓释蓄盐填料掺加比例由上到下逐渐增加的梯度结构，使得当雨水渗入路面结构时，中下面层的缓释蓄盐填料得以在浓度差的作用下即使向上面层迁移，有效解决了传统缓释蓄盐沥青混凝土路面中下面层盐分嵌锁在下面层造成浪费的情况，大大提高原料的利用率，同时提高路面融冰雪的作用年限。

（3）对于间断级配沥青混凝土路面，如SMA或者OGFC等，如果采用常规的等比例缓释蓄盐融冰雪填料掺加方法，势必会造成内部融雪盐成分在早期大量析出，造成融冰雪填料浪费同时使用寿命不足。而采用本发明的掺加比例梯度方式，上面层较少的掺加量可以有效降低初始盐分析出量，而中下面层可以在梯度作用下逐渐析出，大大提高SMA或者OGFC类缓释蓄盐融冰雪路面使用寿命。

附图说明

图1显示了本发明基于浓度梯度的自补充型蓄盐融冰雪沥青混凝土路面结构的示意图。

图2显示了本发明路面结构1在雨水冲刷下与常规同等掺量蓄盐路面的电导率随时间变化曲线的对比示意图。

图3显示了本发明路面结构1（也称实验组2）在雨水冲刷下与常规同等掺量蓄盐路面的电导率随时间变化曲线的对比示意图。

其中有：1.上面层；2.中面层；3.下面层；4.路基；5.大颗粒沥青集料；6.中颗粒沥青集料；7.小颗粒沥青集料。

具体实施方式

下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。

如图1所示，基于浓度梯度的自补充型蓄盐融冰雪沥青混凝土路面结构，包括路基4和依次铺设在路基上的至少两层沥青混凝土路面层。本实施例中，优选铺设有三层，从下至上分别为下面层3、中面层2和上面层1。

每层沥青混凝土路面层中均掺混有缓释蓄盐融冰雪填料。沥青混凝土路面层自身具有骨料和矿粉，其中，骨料包括大颗粒沥青集料5、中颗粒沥青集料6和小颗粒沥青集料7。本实施例中，在每层沥青混凝土总量保持不变的情况下，将等量的矿粉替换为本发明中的缓释蓄盐融冰雪填料。

缓释蓄盐融冰雪填料均为无机粉体，进一步优选为路面抗凝冰材料Mafilon，属市面上常用缓释蓄盐填料材料，且得到目前实际工程验证。原料易于获得，施工简单方便。

沥青混凝土路面层中缓释蓄盐融冰雪填料的掺混比例从下至上逐层递减。也即：下面层、中面层和上面层中缓释蓄盐融冰雪填料的掺混比例依次递减。

下面层、中面层和上面层中缓释蓄盐融冰雪填料的掺混比例，以质量分数计，优选分别为：5%~10%、4%~8%和3%~7%。

进一步，下面层和中面层中的缓释蓄盐融冰雪填料为高纯度缓释蓄盐融冰雪填料，上面层中缓释蓄盐融冰雪填料为低纯度缓释蓄盐融冰雪填料；高纯度缓释蓄盐融冰雪填料的纯度大于低纯度缓释蓄盐融冰雪填料的纯度。比如，高纯度缓释蓄盐融冰雪填料为化学纯或分析纯，低纯度缓释蓄盐融冰雪填料的纯度为工业级。

对于掺加有较低比例的缓释蓄盐填料沥青混凝土上面层，上面层当水分进入后整体表现出较低的离子浓度，而掺加有较高比例的缓释蓄盐沥青混凝土中下面层当水分进入后表现出相对较高的离子浓度，进而使得路面自上而下形成浓度逐渐递增的缓释蓄盐填料浓度梯度结构。

本发明主要是依据水溶液浓度差所造成的离子定向移动原理，使得缓释蓄盐路面层形成自上至下由小变大的盐分浓度梯度结构，从而使得上中下面层形成一个自下而上的单向迁移浓度通道，使得下层的缓释蓄盐填料可以及时补充上层填料的损耗，达到一种自补充型和可充分利用蓄盐粉体型的缓释蓄盐沥青混凝土路面结构。从而使得下层缓释蓄盐填料及时补充中上层的损耗，使得缓释蓄盐沥青混凝土路面作用时间更久，路面融冰雪效率更高，起到冰雪天气保护车辆和行人安全的目的。

对于传统的缓释蓄盐沥青混凝土路面，由于路面各层均采用相同的缓释蓄盐填料掺加量，很容易造成中下层填料由于盐分嵌锁作用不能及时达到路面表面层发挥融冰雪功能，造成蓄盐填料的浪费且缓释蓄盐沥青混凝土路面发挥融冰雪功能时间较短。本发明采用两层及两层以上的梯度浓度缓释蓄盐沥青混凝土路面结构，以不同层位掺加不同的缓释蓄盐填料，当雨水渗入路面结构后，填料溶解故而形成不同的浓度梯度，便于下面层缓释蓄盐填料及时对上面层缓释蓄盐填料进行补充。

下面将本申请的优选实施例（简称实验组）与现有技术（简称对照组）进行同步试验。

本申请实施例1

一、铺设路基并压实。

二、铺设下面层，将含有质量分数为9%高纯度缓释蓄盐融冰雪填料的沥青混合料，铺设在路基上并压实。

其中，含有质量分数为9%高纯度缓释蓄盐融冰雪填料的沥青混合料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、加热：将高纯度缓释蓄盐融冰雪填料在温度为170℃的烘箱中加热。

步骤2、掺混：将加热后的高纯度缓释蓄盐融冰雪填料，按照质量分数为9%的掺混比例添加至沥青混合料搅拌炉中与沥青混合料搅拌均匀，如搅拌75s等。

步骤3、压制：将掺混有高纯度缓释蓄盐融冰雪填料的沥青混合料，压制成车辙板试件。

三、铺设中面层，将含有质量分数为7%高纯度缓释蓄盐融冰雪填料的沥青混合料，铺设在下面层上并压实。

含有质量分数为7%高纯度缓释蓄盐融冰雪填料的沥青混合料的制备方法，同下面层，不同点在于：将下面层中掺混比例由9%调整为7%。

四、铺设上面层，将含有质量分数为5%低纯度缓释蓄盐融冰雪填料的沥青混合料，铺设在中面层上并压实。

上述含有质量分数为5%低纯度缓释蓄盐融冰雪填料的沥青混合料的制备方法，同下面层，不同点在于：将下面层中掺混比例由9%调整为5%，另外，将缓释蓄盐融冰雪填料由高纯度调整为工业级的低纯度。

本申请实施例2（简称实验组2）

一、铺设路基并压实。

二、铺设下面层，将含有质量分数为10%高纯度缓释蓄盐融冰雪填料的SMA沥青混合料，铺设在路基上并压实。

其中，含有质量分数为10%高纯度缓释蓄盐融冰雪填料的SMA沥青混合料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、加热：将高纯度缓释蓄盐融冰雪填料在温度为170℃的烘箱中加热。

步骤2、掺混：将加热后的高纯度缓释蓄盐融冰雪填料，按照质量分数为10%的掺混比例添加至SMA沥青混合料搅拌炉中与沥青混合料搅拌均匀，如搅拌75s等。

步骤3、压制：将掺混有高纯度缓释蓄盐融冰雪填料的SMA沥青混合料，压制成车辙板试件。

三、铺设中面层，将含有质量分数为8%高纯度缓释蓄盐融冰雪填料的SMA沥青混合料，铺设在下面层上并压实。

含有质量分数为8%高纯度缓释蓄盐融冰雪填料的SMA沥青混合料的制备方法，同下面层，不同点在于：将下面层中掺混比例由10%调整为8%。

四、铺设上面层，将含有质量分数为6%低纯度缓释蓄盐融冰雪填料的SMA沥青混合料，铺设在中面层上并压实。

上述含有质量分数为6%低纯度缓释蓄盐融冰雪填料的沥青混合料的制备方法，同下面层，不同点在于：将下面层中掺混比例由10%调整为6%，另外，将缓释蓄盐融冰雪填料由高纯度调整为工业级的低纯度。

对照组

按照本申请优选实施例的方法，选用含有低纯度缓释蓄盐融冰雪填料或高纯度缓释蓄盐融冰雪填料的SMA沥青混合料依次铺设在路基上，形成下面层、中面层和上表面。其中，下面层、中面层和上表面中缓释蓄盐融冰雪填料的掺混比例均相同。

缓释释放性能测试

将本申请实验组的路面结构试件和对照组的路面结构试件，均置于相同温度和湿度的环境下，采用动水冲刷的形式对试件进行反复冲刷，并在一定时间间隔内对冲刷后的水溶液进行电导率测试，记录水溶液在动水冲刷后水溶液的电导率，来表征盐离子的渗出速率和渗出量，具体结果见图2（实施例1）和图3（实施例2）。

由上述的实例可见，本发明的这种基于缓释蓄盐填料掺加量梯度的路面结构，使得路面形成一个具有单向浓度梯度的缓释蓄盐填料沥青混凝土路面，从而使得中下层的缓释蓄盐填料溶解在水中后可以在浓度差的作用下由下往上迁移，使得路表层的离子浓度及时得到补充，而且中下面层的缓释蓄盐填料得以及时迁移出来发挥融冰雪作用，提高缓释蓄盐沥青混凝土路面作用年限，减少维护成本，提高材料利用效率。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于浓度梯度的自补充型蓄盐融冰雪沥青混凝土路面结构，其特征在于：包括路基和依次铺设在路基上的至少两层沥青混凝土路面层；

每层沥青混凝土路面层中均掺混有缓释蓄盐融冰雪填料；

沥青混凝土路面层中缓释蓄盐融冰雪填料的掺混比例从下至上逐层递减。

2.根据权利要求1所述的基于浓度梯度的自补充型蓄盐融冰雪沥青混凝土路面结构，其特征在于：路基上铺设有三层沥青混凝土路面层，从下至上分别为下面层、中面层和上面层；

下面层、中面层和上面层中缓释蓄盐融冰雪填料的掺混比例依次递减。

3.根据权利要求2所述的基于浓度梯度的自补充型蓄盐融冰雪沥青混凝土路面结构，其特征在于：下面层、中面层和上面层中缓释蓄盐融冰雪填料的掺混比例，以质量分数计，分别为：5%~10%、4%~8%和3%~7%。

4.根据权利要求3所述的基于浓度梯度的自补充型蓄盐融冰雪沥青混凝土路面结构，其特征在于：下面层、中面层和上面层中缓释蓄盐融冰雪填料的掺混比例，以质量分数计，分别为：9%、7%和5%。

5.根据权利要求3所述的基于浓度梯度的自补充型蓄盐融冰雪沥青混凝土路面结构，其特征在于：下面层和中面层中的缓释蓄盐融冰雪填料为高纯度缓释蓄盐融冰雪填料，上面层中缓释蓄盐融冰雪填料为低纯度缓释蓄盐融冰雪填料；高纯度缓释蓄盐融冰雪填料的纯度大于低纯度缓释蓄盐融冰雪填料的纯度。

6.根据权利要求1所述的基于浓度梯度的自补充型蓄盐融冰雪沥青混凝土路面结构，其特征在于：缓释蓄盐融冰雪填料均为无机粉体。

7.根据权利要求6所述的基于浓度梯度的自补充型蓄盐融冰雪沥青混凝土路面结构，其特征在于：缓释蓄盐融冰雪填料均为路面抗凝冰材料Mafilon。

8.根据权利要求1所述的基于浓度梯度的自补充型蓄盐融冰雪沥青混凝土路面结构，其特征在于：每层沥青混凝土路面层的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、加热：将缓释蓄盐融冰雪填料在温度为170℃的烘箱中加热；

步骤2、掺混：将加热后的缓释蓄盐融冰雪填料，按照对应掺混比例添加至沥青混合料搅拌炉中与沥青混合料搅拌均匀；

步骤3、压制：将掺混有缓释蓄盐融冰雪填料的沥青混合料，压制成车辙板试件。

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