谭忆秋+路面抗冻融养护材料

沥青路面抗冻融养护材料研究与应用谭忆秋哈尔滨工业大学主要内容主要内容一、沥青路面冰冻损伤研究背景二、沥青路面冰冻损伤评估技术三沥青路面冰冻损伤防护技术四沥青路面冰冻损伤修复技术三、沥青路面冰冻损伤防护技术四、沥青路面冰冻损伤修复技术背景道路，交通基础设施重要组成部分城市景观的底界面城市景观的底界面物流的重要载体社会的服务功能任务：提供快捷、安全的交通背景路面积雪结冰是普遍存在的现象大部分地区(占国土面积的85%）位于中、高纬度和高海拔环境温度低且降雪影响区域大，冬季路面滑溜持续时间长冻融作用频繁冻融日数统计表（次）冻融日数统计表次20002003200520102011城市北京991108810494哈尔滨6364456252沈阳5666716081阿拉尔141128112108103南京3853674866南京3853674866云南（高原）6562625666背景湖北安徽江西南方冰雪湿度大南方·冰雪道路凝冰冻融循环次数多冻融循环次数多背景路面结冰严重影响高效、快捷、安全的交通冰雪路面影响车辆行驶性能：哈尔滨市重大交通事故分布附着系数降低51%~74%行驶速度降低30%制动时间提高27%道路积雪结冰导致的重大交通事故占冬季交通事故总量的35%运输安全运输效率通行能力人民生活运输安全运输效率通行能力人民生活背景特殊路段是冰雪天气下的事故多发点长大纵坡隧道入口道路交叉口道路交叉现状背景传统除冰雪技术造成路面损坏严重传统除冰雪特点：操作简便破坏性强传统除冰雪技术融雪剂除冰机械除冰人工除冰高高人工方法人工方法机械方法机械方法融雪剂除冰雪融雪剂除冰雪冬季路面冬季路面抑制冻结抑制冻结铺装铺装机械方法机械方法面管理水平面管理水平——摘自PIAC会议报告（北海道2001）铺装铺装低低费用费用高高低低现状背景传统除冰雪技术造成路面损坏严重对环境影响交通基础设施锈蚀剥落对环境影响交通基础设施锈蚀剥落传统融雪剂除冰反结冰，加剧滑溜背景传统除冰雪技术造成路面损坏严重防滑措施（带钉轮胎、防滑链）机械除冰人工除冰防滑措施（带钉轮胎、防滑链）路面面对冰雪无能为力，只有被动承受瓶颈：路面除冰雪技术→效率低、效果差路面除冰雪技术路面除冰雪技术危害危害弱点弱点机械法人工法冰‐路界面紧密二次结冰人工法融雪剂宏观纹理难清除二次结冰路面磨耗盐冻侵蚀关键：路面缺乏抑制结冰的能力关键：路面缺乏抑制结冰的能力低成本、环保型融雪剂的研发除冰雪技术应用条件和方法尚不规范除冰雪技术应用条件和方法尚不规范多种除冰雪方法优化组合配置尚不完善研究背景背景冰雪路面的冻融作用加速路面破坏,影响道路的耐久性凝冰前9698100102I凝冰前凝冰后松散88909294PCI麻1886ABCDEFGH路段麻面1012141618(m/km)凝冰前凝冰后拥抱松02468IRI(坑散ABCDEFGH路段坑槽凝冰损伤影响因素—空隙分布状态冰雪路面的冻融作用加速路面破坏,影响道路的耐久性图像处理凝冰损伤影响因素—空隙分布状态图像处理工业CT组成及扫描原理冰雪路面的冻融作用加速路面破坏,影响道路的耐久性2051015202530354045空隙率(%)271217222732AC-13AC-16SMA-13AC-13-10mmAC-16-10mmSMA-13-10mm374247525762试件高度(mm)距表面20mm内空隙大且连通抗冻融能力差677277828792试冰雪与路表粘结紧密97102空隙率沿厚度方向分布图AC-13-50mmAC-16-50mmSMA-13-50mm上面层冻融损伤很隐蔽冰雪路面的冻融作用加速路面破坏,影响道路的耐久性1.41.61.8m2）轮迹带轮迹带中线性(轮迹带)线性轮迹带中上面层冻融损伤很隐蔽，0.98195100量%）劈裂强度比相对动弹模量R²=0.67250.60.811.2量损失（g/cm线性(轮迹带中)0.940.9675808590相对动弹模量裂强度比（%相对动弹模量R²=0.769300.20.44.06.08.010.012.014.016.0质量VV（%）0.90.92657001020304050相劈冻融次数（%）冻融作用路面使用性能急剧下降路面积冰影响交通安全与快捷传统除冰雪方法对环境影响大、路面本身没有抑制路面结冰能力交通设施损坏严重2008年南方雪灾瘫痪了大半个中国、凝冰致使20多个省的公路受到损伤，道路的社会服务功能受到挑战，直接经济损失达1000多亿人民币，严重影响了道路的社会服务功能受到挑战，直接经济损失达1000多亿人民币，严重影响了人民生活、生产，造成了不良的社会影响。——《2008年中国南方雪灾受灾情况调查报告》挑战：通过路表功能主动改善冰雪与路面附着状态16路面冰冻损伤评估技术路面冰冻损伤评估技术沥青混合料凝冰损伤机理沥青混合料凝冰损伤机理空隙分布状态00.511.522.533.544.555.5等效直径(mm)20100200300400500600700空隙数量2051015202530354045空隙率(%)271217222732AC-13AC-16SMA-1327121722273237AC-13AC-16SMA1327121722273237AC-13AC-16SMA-1337424752576267试件高度(mm)37424752576267高度(mm)SMA-133742475257626772试件高度(mm)67727782879297102727782879297102727782879297102102102空隙数量空隙等效直径空隙率距表面20mm内空隙率大SMA较AC混合料空隙数少，体积大沥青混合料凝冰损伤机理交通荷载加剧了凝冰损坏沥青混合料凝冰损伤机理荷载作用模型不同位置的mises应力沥青与集料界面粘结处应力最大，荷载作用后有残余应力沥青混合料凝冰损伤机理冰冻对沥青砂浆影响冰冻对胶浆与集料粘结力影响沥青混合料凝冰损伤机理冰冻对沥青砂浆影响沥青砂浆水或冰冰冻对胶浆与集料粘结力影响水分使界面脱粘，冻融加剧水膜尖端延伸导致沥青胶浆产生裂纹沥青混合料内破坏模式粘聚破坏粘附破坏沥青混合料内破坏模式“粘聚”“粘附”同时存在又互相影响沥青混合料冰冻损伤机理沥青-原状集料界面凝冰损伤影响因素沥青混合料冰冻损伤机理开发了沥青-集料界面粘结状态的评价方法沥青胶浆-未处理集料粘结特性试验克服了以往评价沥青与集料粘结状态时忽略集料物理特性（表面纹理轮廓棱角性）对界面粘结力影响的问题（表面纹理、轮廓、棱角性）对界面粘结力影响的问题沥青混合料冰冻损伤机理沥青-原状集料界面的冰冻损伤沥青混合料冰冻损伤机理1.522.5kN)5℃0℃-4℃-10℃集料干燥80100%)2300.5100.511.522.53荷载（k位移（mm）406080结力损失率(%78均值64.5%89.5%91.5%-10℃界面干燥，粘结结构破坏形式1.45℃集料面干0200481216粘结冻融次数裸露040.60.811.2荷载（kN)0℃-4℃-10℃集料面干冻融次数粘结力损失随冻融次数增大（冻融12次，粘结力仅为10%）-10℃00.20.40123位移（mm）10℃界面存水，界面易脱粘，出现黏附破坏沥青路面冰冻损伤评价方法和标准单面冻融评价混合料冰冻损伤——模拟路表浅层损伤沥青路面冰冻损伤评价方法和标准101515-10-50510024681012温度(℃)6）4.50-15时间(h)1500.4.501500.）45劈裂强度（MPa）2503.003.504.00压强度（MPa）900.1200.回弹模量（MPa）2.503.003.504.00抗压强度（MPa）900.1200.回弹模量（MPa）3048121620冻融次数（次）劈2.002.50048121620冻融次数（次）抗压600.回048121620冻融次数（次）2.002.50048121620冻融次数（次）抗600.回048121620冻融次数（次）冻融后沥青混合料性能的衰变规律谭忆秋等.反复凝冰作用下沥青混合料性能研究,建筑材料学报.2011,14(6):761~766.EI检索冻融后沥青混合料性能的衰变规律沥青路面冰冻损伤评价方法及标准沥青路面冰冻损伤评价方法及标准浅层强100)(0EDEEEn贯入式路面浅层强度探测仪ZL2011102347056均贯入深度VS冻融次数均贯入深度VS劈裂抗拉强度强度0EZL201110234705.610kg落锤，直径8mm均贯入深度=40mm/次数1618质量损失（g/m2）空隙率(%)处置措施防护040.60.81.01.21.41.6损失（×10-2g/cm2）4.0%6.0%R²=0.67250.60.811.21.41.61.8量损失（g/cm2）轮迹带轮迹带中线性(轮迹带)线性(轮迹带中)y=1.5785x-1.0321R²=0.9325040.60.811.21.4质量损失（g/cm2）界面粘≤400≤6.0防护40006.0修复路面无损扫刷检测设备0.00.20.4010203040506070质量损冻融次数8.0%11.3%R²=0.769300.20.44.06.08.010.012.014.016.0质量VV（%）00.20.40.60.81.01.21.4行车道质单面冻融质量损失（×10-2g/cm2）粘结状态空隙率6%质量损失4000ZL200910305079.8评价指标：冻融质量损失态质量损失000谭忆秋等.沥青路面凝冰损坏程度检测设备.吉林大学学报2012, 42(1)：56‐62路面冰冻损伤防护技术—憎水型低冰点防护材料材料开发融雪性能评价防护性能评价防护性能评价推广应用一、基本思想憎水：防止水分渗入常温—动水冲刷低温—冻胀破坏憎水：防止水分渗入低冰点：降低冰路冻粘低温冻胀破坏单纯封堵空隙改善水与路表浸润状态目标单纯封堵空隙耐磨性不好改善水与路表浸润状态加强防护材料的渗透能力降低冰与路面粘结能力低冰点填料减小冰路附着力抗滑性不足渗透能力不强减小冰-路附着力二、憎水填料研发-组成缓释憎水低冰点填料的研制—憎水长效能力二、憎水填料研发组成缓释憎水低冰点填料的研制憎水长效能力种类渗透时间流完时间低冰点物质浓度种类渗透时间流完时间低冰点物质浓度(mol/l)NaCl3s50s1.577FSY35s2d3.210MFL2d-2.516填憎水填料3d-2.285三、憎水型低冰点养护材料三、憎水型低冰点养护材料布材料开发低表面能大接触角自融雪功能旧路接合生产工艺洒布材料开发大接触角雪功能生产工艺低冰点材料低表面能憎水材料沥青基材料乳化沥青相容性渗透型有机硅系列自融雪填料乳化沥青2材料研发组成二、憎水填料研发-组成相容性分析2.材料研发‐组成二、憎水填料研发组成相容性强相容性分析相容性强tari101+Btari101+B+tari1468相容性差tari103+Btari103+B+tari1468tari101√—tari103×2材料研发组成二、憎水填料研发-组成低表面能憎水特性2.材料研发‐组成、憎水填料研发组成低表面能憎水特性γs＜14mL/m2，蒸馏水接触角＞90YGGF方程计算表面能躺滴法测量仪器tari-101B蒸馏水接触角（°）24h7d100%1015945憎水剂tari101:B=4:1100%——101.594.580%20%98.595.570%30%989460%40%95.993.5tari101:B4:1固化剂ti14685%——100%90.183.5tari1468=5%普通沥青混合料憎水材料憎水材料3性能评价三、材料性能评价——喷洒型渗透能力3.性能评价三、材料性能评价喷洒型渗透能力防护材0.53mm1.06mm1.60mm料沿深水珠度分布2.13mm2.66mm3.19mm防护材料渗透断面图渗透深度3mm3性能评价三、材料性能评价——喷洒型抗滑、防渗性能3.性能评价三