自融雪、抗滑、排水、降噪多功能沥青路面技术的开发

自融雪、抗滑、排水、降噪多功能沥青路面技术的开发一、背景介绍积雪结冰导致路面湿滑，引起交通事故，高速公路经常因路面积雪结冰而关闭。机场路面，积雪结冰会降低机场道面的摩擦系数，许多机场在冬季因此而关闭，在我国北方尤其突出。隧道出入口匝道、桥梁等关键部位，路面的积雪、冰冻更易造成严重的交通事故。融雪路面研究应用现状路面防冰雪灾害技术有被动抑制技术和主动抑制技术两大类；被动抑制技术包括人工和机械除雪、洒融雪剂、外加热融雪等。缺点：•一是融雪剂中的有害物质强烈腐蚀道路材料、设备和机动车辆，影响路面的使用性能，造成一定程度的环境污染；•二是播撒不均匀，浪费较大；•三是固体状态的盐与固体状的冰雪不能很快融合，特别是环境温度较低时，自身很难快速溶解、融化须借助车辆轮胎的碾压才起作用，所以融雪持续时间长、效果差。而且对于冰雪期较长的北方地区明显不适用。盐化物融雪路面研究应用现状•国外在研究主动抑制冰雪冻滑技术比我国早，有代表性的是利用氯盐降低冰点原理的融雪路面技术，瑞士和日本已经形成了自己的产品，分别为Verglimit和Mafilon。•河南省最早于08年底引进了瑞士技术和材料(Verglimit)，并在G107郑州K709+100-K709+296的索须河桥面上进行了试验段铺筑。•陕西省也于08年底引进日本技术和材料（Mafilon），并在沪陕高速秦岭段K71+435~K74+300铺筑了试验段；•两者都是在一般路面结构中掺加进口融雪剂，路面虽具有一定的融雪功能，但有以下不足：–融雪后积水不能迅速排走，当温度下降至-10℃以下时路面易结冰；–对混合料性能有一点影响，尤其是日本技术。–不具备排水、抗滑、降噪能功能。与水泥路面相比，沥青路面具有行车舒适、噪声低、维修方便等优点，是我国目前和未来应用最广泛的路面材料。普通沥青路面均存在排水性能差、降噪效果不理想、眩光、防滑性能不好，雨天易发生交通事故。排水降噪防滑沥青路面材料是一种具有相互连通空隙的开级配沥青混合料，空隙率一般为15%~25%，构造深度大，显著降低噪声，提高雨天路面的排水和防滑性能。排水降噪防滑沥青混合料是路面材料的发展方向！立项背景排水降噪防滑沥青路面普通沥青路面多孔沥青路面—采用开级配的矿料级配设计方法，内部具有大量的连通孔隙，能够有效吸收噪声、消除轮胎泵浦效应，具有降低噪声污染，增强路面抗滑安全、排除路面积水多种功能的一种沥青路面材料。排除路面积水特点减少水雾和眩光防水漂表面粗糙抗滑性能好连通空隙吸收噪声消除泵浦效应改善路面的行车安全性与舒适性。降噪性能好车载作用下融雪、破冰二、技术成果介绍研制这种材料需要解决的关键问题自融雪、排水、降噪、抗滑多功能沥青路面路面基层高模量路面材料高效低腐蚀性沥青混合料融雪添加剂的开发高粘高弹改性沥青灌注式半柔性路面材料开发融雪排水降噪沥青路面、半柔性路面材料的制备技术、施工工艺及其质量控制技术多孔沥青混合料环保高效型融雪剂的研制•本研究采用环境危害小的氯化钙作为冰点下降剂主剂，复合冻结延时剂、冰层软化剂、稳定剂通过混合粉末制备成高效环保型融雪剂材料，能够有效降低水的冰点，并具有延迟结冰，软化冰层，稳定性优良，与沥青有良好相容性，并对沥青路面水稳定性能进行补偿的特点。•冻结延时剂主要为酮醛缩合物，冰层软化剂为山梨酸醇脂肪酸酯类、月桂醇聚醚硫酸酯，稳定剂为水泥或石灰。•所选用组分均为对环境影响小的无机或有机材料，制备出来的。融雪剂具有环保性。•冰点下降剂降低水盐混合溶液的化学势能，降低溶液的冰点。-45-40-35-30-25-20-15-10-501015202530掺量/%冰点温度/℃不同浓度氯化钙溶液冰点温度图•冻结延时剂提高冰晶成核所需的能量，延长溶液结冰时间。冻结延时剂掺量0%2%4%6%8%冰冻时间0.5min4.5h12.5h28h—冻结延时剂对水溶液冰冻时间的影响•冰层软化剂加入冰层软化剂后，冰的表面不在是致密的，而变得蓬松，成了层状分布。冰层软化剂掺量0%2%3%4%5%6%针入度0.1mm0.5mm22.4mm34.7mm44.2mm50.8mm冰层软化剂对冰面硬度的影响•稳定剂改善融雪剂的吸潮问题，提高融雪剂的储存稳定性问题。可以采用水泥和石灰。•环保型融雪剂配方高效环保型融雪剂的配方设计项目氯化钙冻结延时剂软化剂稳定剂比例46.87.85.440高速剪切胶体磨高速碾磨分散（微米级）SBS/橡胶粉抗氧剂、稳定剂增粘增容树脂基质沥青高粘高弹沥青母液高粘高弹改性沥青添加树脂增粘剂进一步提高沥青粘度。添加抗氧剂、稳定剂确保沥青的储存稳定性和抗老化性能。利用胶体磨高速碾磨分散技术，SBS磨细至微米级研究内容及主要技术成果2、高粘度改性沥青优化工业化生产出的高粘高弹改性沥青技术指标为：研究内容及主要技术成果技术指标高粘高弹改性沥青基质沥青SBS改性沥青日本高粘度改性沥青软化点/℃9647.27588.5针入度指数1.560.10.3/60℃粘度/Pa·s76000——大于50000粘韧性/N·m26——大于20韧性/N·m19——大于15弹性恢复/%99—9497离析/℃0.4—0.51.8TFOT后残留物延度（5℃、5cm/mim）5583053质量损失0.010.120.060.054针入度比71687668三、工程应用本课题的研究成果在唐山205国道改造进行了实际工程应用。半柔性路面施工（左：大孔隙混合料基体；右：铺设完成的半柔性路面）测试项目单位生产过程取样均值生产配比马歇尔密度—2.0822.088理论密度—2.6192.619空隙率%20.420.2动稳定度次/mm82138143浸水残留稳定度%91.193.1冻融劈裂强度比%90.891.2自融雪、排水、抗滑、降噪沥青路面温拌沥青路面温拌沥青混合料的优点节约能源降低废气排放减少沥青老化改善施工环境（温度、烟尘）提前开放交通时间延长可施工时间（夜晚、冬季）热拌沥青混合料135－165℃温拌沥青混合料120－135℃冷拌沥青混合料30～70℃沥青混凝土温拌技术研究温拌施工技术与其他施工技术摊铺温度区别热拌沥青混合料175℃温拌沥青混合料130℃低温摊铺施工，施工温度为0℃温拌沥青技术分类1、有机降粘型温拌技术代表：Sasobit、Asphaltan-B、EC-120….2、发泡沥青降粘型温拌技术代表：WAM-Foam、Aspha-min、Advera….3、乳化分散沥青降粘温拌技术代表：Evotherm温拌技术路线1、石英砂活化工艺及参数的确定；2、分子筛结构形成机理及网络结构设计；3、分子筛性质的考察；4、针对温拌应用对分子筛的改性；5、分子筛改性效果的测定；6、分子筛作为温拌剂的性能研究。工艺流程石英砂活化调模陈化晶化过滤、洗涤改性干燥包装产品路面应用研究成果小试产品的外观形貌空隙率/%饱和度/%稳定度/KN流值/mm残留稳定度比/%冻融劈裂强度比/%动稳定度/次∕mm空白4.3678.2443.488.785.41233温拌4.467.38.4833.190.284.11617实验条件说明：采用AC-13级配，70号沥青，油石比为4.8%，按照JTJ052-2000标准方法进行检测。温拌实验条件：沥青加热温度：155℃；矿料加热温度：140℃；拌合温度：140℃；成型温度：130℃。空白实验条件：沥青加热温度：160℃；矿料加热温度：180℃；拌合温度：170℃；成型温度：160℃。混合料温拌性能研究橡胶高粘沥青应力吸收层沥青路面美观、行车舒适、维修方便已经成为道路铺装的主流材料，越来越多的旧水泥路面改造工程选择沥青路面（白加黑改造）。旧水泥路面往往裂纹满布，在旧水泥路面上加铺沥青路面易出现裂缝反射至面层的问题，为了充分发挥沥青路面的优势，提高沥青路面使用寿命，白加黑的核心问题就是防止反射裂缝，而橡胶应力吸收层可以有效解决该问题。•橡胶沥青应力吸收薄膜中间层（SAMI-AR）原有路面或桥面沥青加铺层橡胶沥青应力吸收层简称SAMI，采用碎石封层模式：用热橡胶沥青喷洒在现有的路表面，然后立即撒布单一粒级（9~12mm）的封层集料，再进行碾压，将集料嵌入沥青膜。στ橡胶沥青应力吸收层可大大改善层间应力状态，避免推移、坑槽现象的产生，延缓反射裂缝的发生。提高铺装沥青混凝土的抗裂能力●纤维加筋沥青混凝土●橡胶沥青混凝土应力吸收层橡胶沥青应力吸收层（SAMI）•但是传统胶粉改性沥青使用性能并不是很好，不如普通的SBS改性沥青难以满足SAMI的性能，为此研发复合增韧技术，开发出橡胶高粘高弹改性沥青，以满足SAMI及面层铺装层混合料性能技术指标6%掺量SBS改性沥青15%掺量橡胶沥青橡胶沥青要求针入度（25℃、100g、5s）/0.1mm59.25530~70软化点（TR&B）/℃90.268.8＞65延度（5℃、5cm/mim）/cm52.421.2＞2060℃粘度/Pa•s4500064000—弹性恢复/%9890＞60韧性（25℃）/N.m19.217.9—粘韧性（25℃）/N.m26.325.1＞20离析软化点差/℃1.5——增粘组分要求：具有软化点适中，与沥青相容性好以及较强的高温粘结性和稳定性。增韧组分要求：与沥青密度接近，增塑效率高，挥发性较低，低温柔软性较好改性剂选择（SBS+橡胶粉）要求：与沥青具有良好的相容性，具有较高的拉伸强度和高温抗拉伸能力。橡胶高粘高弹沥青的开发配合比优化设计，并造粒要求：与沥青相容性较好，具有与沥青将近的密度，并能够较好的溶解其他改性组分增容稳定组分不同类型改性沥青5℃弹性恢复结果SBS改性沥青15%橡胶改性沥青橡胶高粘高弹改性沥青高粘高弹改性剂造粒外形自主研发的橡胶高粘高弹改性沥青低温下表现出更好的弹性恢复能力，同时其瞬间回弹率也是最好的，说明能够更好的消耗车载作用的能量，吸收裂缝处的应力，防止裂缝反射的蔓延，更加适应于北方寒冷地区技术指标单位检测结果橡胶高粘高弹改性沥青普通橡胶沥青日本高粘度改性沥青针入度（25℃、100g、5s）0.1mm455580软化点（TR&B）℃9668.892延度（5℃、5cm/mim）cm6521.25160℃粘度Pa·S860006400065000弹性恢复%989097粘韧性（25℃）N·m3717.925韧性（25℃）N·m2525.117橡胶高粘高弹改性沥青矿料级配曲线图01020304050607080901001101613.29.54.752.361.180.60.30.150.075筛孔尺寸(mm)通过质量百分率(%)常用的沥青路面AC、SMA、Superpave均为低空隙率密实型结构，有相关的设计方法，目前没有针对橡胶沥青的级配范围和设计方法。国外的使用经验表明当胶粉掺量较大时，橡胶沥青就不适合应用于普通密级配。故而有必要结合当地的气候特点，对不同级配类型橡胶沥青混合料进行研究。间断级配连续级配采用橡胶高粘高弹沥青混凝土罩面应用研究配合比设计研究路用性能技术指标动稳定度/次/mm马歇尔稳定度/kN劈裂强度/MPa冻融劈裂强度比/%ARHM-13(W)571910.61.2090.4SMA-1371028.71.1590.5AC-13439712.31.0790.4混合料类型应力比疲劳寿命(次)疲劳方程AC-13C0.2022452Nf=4980.9（1/σ）-0.950R2=0.98970.30165270.40115720.509594SMA-130.2048294Nf=2971.2（1/σ）-1.764R2=0.98860.30277340.40143210.509934ARHM-13(W)0.2049291Nf=3372.9（1/σ）-1.697R2=0.98870.30289390.40153920.5010737研究结果表明ARHM-13(W)沥青混合料的疲劳寿命优于AC-13C，与SMA-13沥青混合料疲劳性能接近，在应力比为0.3时，达到了28939次，具有优异的疲劳性能。疲劳性能