地源热泵融雪化冰沥青混凝土冻融劈裂实验研究

杨豪 屠艳平 朱志刚

摘要： 地源热泵融雪化冰技术具有许多优越性，有的学者指出道路融雪化冰会导致沥青路面水损害加剧。通过设计一套试验方案来评价利用地热源泵融雪化冰后路面的水损坏程度。地源热泵加热融化的试件的劈裂抗拉强度为0.72MPa，而根据试验规程测得的劈裂抗拉强度为0.68MPa，结果表明地源热泵融雪化冰技术不仅不会增加沥青路面的水损害，还会提高路面抗水损害性能。

Abstract： The technology of deicing and snow melting based on ground-source heat pump has many advantages， but some scholars pointed out that water damage was intensified because of deicing and snow melting. An experimental program was designed to estimate the degree of water damage of deicing and snow melting based on ground-source heat pump. The tensile splitting strength based on ground-source heat pump is 0.72MPa， but the tensile splitting strength of based on test procedures is 0.68MPa. The results showed that deicing and snow melting technology based on ground-source heat pump not only will increase the water damage of asphalt pavement， but also will improve the capability of resistance to water.

關键词： 地源热泵；水损害；冻融劈裂

Key words： ground-source heat pump；water damage；freeze-thaw splitting

中图分类号：TU528 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）09-0125-02

0 引言

2014年全国道路交通事故数据统计表明，雨天大雾、下雪时道路发生的交通事故所占比重较大，体现了一方面除驾驶人自身的原因外，环境因素也是交通事故发生的重大诱因之一。吴钊指出道路的融雪化冰技术会加速沥青路面冻融循环，反复的升温和降温使沥青路面由于温度冲击和水腐蚀而破坏[1]。一般方法处理的融雪化冰过程中，雪融化后的水大量累积在路面，在行车碾压下，水进入空隙进成水损害[2]。水损害是进入路面空隙中的水分逐渐渗入沥青与集料的界面上，使沥青粘附性降低导致沥青和集料之间发生剥离沥青，整个沥青混凝土的性能变化，沥青混合料出现掉粒、松散，继而形成沥青路面的坑槽、推挤变形等损坏现象[3-4]。水损害是沥青路面的主要病害之一。地源热泵融雪化冰技术利用太阳能和地热，不仅可以及时清除道路积雪，保证道路畅通，同时可以利用热加速水的蒸发，对抗水损害性能的影响也是一个很关键的问题。目前还没有学者开展相关的工作，本文拟进行地源热泵融雪化冰沥青混合料冻融劈裂实验研究，分析地源热泵融雪化冰后路面水损害程度，为地源热泵融雪化冰技术的应用打下基础。

1 试验原材料

沥青混合料采用AC-13型，原材料具体情况为：沥青牌号为 AH-70；油石比4%，集料为湖北大悟产玄武岩，级配如表1。

2 试验方案

沥青混合料水稳定性可由冻融劈裂实验反映，结合《公路工程沥青及沥青混合料试验规程JTG E20-2011-沥青混合料冻融劈裂试验T0729-2000》[5]，制定如下方案：

①制作马歇尔试件12个，尺寸：101.6mm±0.25mm×63.5mm±1.3mm，第一组4个试件在室温下保存，编号为1、2、3、4；第二组4个放入塑料袋，在-18℃冰箱中保持16h，编号为5、6、7、8；第三组4个放入塑料袋，在-18℃冰箱中保持16h，编号为9、10、11、12。

②第一组试件在25℃恒温水槽中恒温2h；第二组试件从冰箱中取出，在60℃恒温水槽中恒温24h，在25℃恒温水槽中恒温2h；第三组试件从冰箱中取出，用地源热泵加热，试件内部温度达到0℃后停止。

本次室内试验热源采用电加热器将水加热，水泵将热水带入水平埋管内并在管内流动加热试件，试件温度升高，实现融化过程，直到试件内部温度达到0℃后停止。试验过程中要控制水箱中的水温、热水在水平埋管内的流量。埋管采用耐高温高密度聚乙烯管，内径D1=15mm，外径D2=21mm。因此试验仪器包括水泵、流量计、YC747UD多通道温度数据记录器、PT100铂电偶、调节阀、恒温循环槽等。

③取出试件按50mm/min的加载速率劈裂试验，得到试验的最大荷载。按RT1=0.006287P1/h1，RT2=0.006287P2/h2，RT3=0.006287P3/h3，计算劈裂抗拉强度。

3 试验分析

①本次劈裂冻融试验马歇尔试件的空隙率测定为6%，所得试验结果如表2。

②结果分析。

从表2可以看出，按试验规程测定的冻融循环劈裂抗拉强度比为80%，而经过地源热泵加热的试件冻融循环劈裂抗拉强度比为85%，也就是经过地源热泵加热融化测定的劈裂抗拉强度比沥青混合料冻融劈裂试验T0729-2000中经过冻融循环的劈裂抗拉强度大，路面抗水损害性能提高。结果表明地源热泵融雪化冰技术在雪天不仅可以使道路快速通畅，在热的作用下融化的雪水可快速蒸发，不会下渗或少量下渗，对沥青混合料路面影响减轻，故而提高了抗水损害能力。

4 结语

经过试验研究得知地源热泵融雪化冰后，路面融化的雪水也可一并蒸发，同时沥青混合料内部累积的水分也会部分蒸发，减弱了水对沥青混合料的影响，增强了路面的抗水损害能力。这一研究成果将对推进地源热泵融雪化冰技术起到重要作用。

参考文献：

[1]吴钊， 李文涛，秦利娟，等，基于冻融循环下沥青混合料温度冲击性能研究[J].建材世界，2011，32（3）53-56.

[2]吴钊.冻融循环对沥青混合料性能的影响研究[D].武汉理工大学，2011.

[3]杨瑞华，许志鸿，李宇峙.沥青混合料水稳定性评价方法研究[J].同济大学学报（自然科学版），2006，35（11）：1486-1491.

[4]沙晓鹏.沥青混合料水作用后性能的变化及抗水损害指标研究[D].长沙理工大学，2011.

[5]公路工程沥青及沥青混合料试验规程JTG E20-2011-沥青混合料冻融劈裂试验T0729-2000，2011，12.