弹性除冰雪路面作用机理及路用性能研究

【摘要】为给弹性除冰雪路面的应用提供依据，对弹性除冰雪路面的作用机理进行了分析，采用40目橡胶颗粒在掺量为4%的条件下成型混合料试件，通过室内试验测定混合料试件的稳定度、流值、浸水残留稳定度比、动稳定度和低温破坏应变，并同普通沥青混合料进行对比，对弹性除冰雪路面的路用性能进行了研究。

【关键词】弹性；除冰雪；作用机理；路用性能

冬季道路积雪和结冰将会严重影响路面的抗滑性能，诱发交通事故，严重威胁道路交通安全。国内外研究成果主要包括路面除雪剂技术[1]、微波融雪路面、能量转化型热力融雪路面[2]和弹性除冰雪路面。而雪剂技术路用性能难以保证，且造价也较高；能量转化型热力融雪路面是通过在路面中埋设热力转换装置，利用电能、地热或者太阳能发热，但投入较高，难以大规模推广。本文对弹性除冰雪路面的作用机理进行分析，采用40目橡胶颗粒在掺量为4%的条件下成型混合料试件，通过室内试验测定混合料试件的稳定度、流值、浸水残留稳定度比、动稳定度和低温破坏应变，并同普通沥青混合料进行对比，对弹性除冰雪路面的路用性能进行了研究。

1、除冰雪原理

通过干法添加的橡胶颗粒的弹性除冰雪路面之所以会具有除冰雪的效果，主要来源于以下两方面：

（1）橡胶颗粒与集料的刚度相差很大。一方面路面上冰层在车辆荷载作用下会在橡胶颗粒处产生明显的应力集中，且橡胶颗粒边缘处也会出现较大的剪应变和拉应变，当橡胶颗粒处的应力应变大于冰层的极限应力应变时将会使冰层破裂；另一方面，橡胶颗粒的加入增加了沥青路面整体的变形能力，而冰层的抗变形能力较差，在车辆荷载的重复作用下，冰层即使为产生极限破坏，也会因疲劳损伤的累计而发生破坏。

（2）橡胶颗粒的摩擦作用。混合料中的橡胶颗粒在车辆荷载的重复作用下回互相摩擦，产生热量，从而使冰雪层与路面的接触面温度升高，从而使冰雪融化或因与路表粘结力的降低而从路表脱落。

2、实验材料及混合料设计

实验所用沥青为Sk70#基质沥青，其技术性质：135℃布氏粘度669.4 （mpa·s）， 25℃针入度74.5（0.1mm），软化点48.7（℃），10℃延度54.3（cm），15℃延度>100（cm）。粗集料为玄武岩集料，相关技术性质：压碎值8.5%洛杉矶磨耗损失6.6%，与沥青的粘附性为4级，表观相对密度：5～10mm2.929，10～15mm2.926，毛体积相对密度：5～10mm2.881，10～15mm2.883，集料吸水率：5～10mm 0.57%，10～15mm0.51%。实验所用弹性除冰雪路面混合料的橡胶颗粒细度为40目，掺配比例为4%，级配采用间断级配SMA-13，哥筛孔通过率如表1所示。

3、路用性能

3.1 高温性能

分别采用击實法和轮碾法成型两种沥青混合料的马歇尔试件和车辙试件，测定两种混合料试件的稳定度、流值和动稳定度，测试结果：普通沥青混合料和弹性除冰雪混合料的稳定度（KN）、流值（mm）和动稳定度（次/mm）分别为：13.2、2.8、1620和12.5、5.1、2350。可以看出，弹性除冰雪混合料的稳定度与普通混合料相近，但流值高于普通混合料，这是由于弹性除冰雪混合料中橡胶可以的加入是混合料刚度降低，更易于变形。除此之外，弹性除冰雪混合料的动稳定度明显高于普通沥青混合料，即弹性除冰雪路面具有更好的高温性能。

3.2低温性能

将两种混合料制成小梁试件，采用MTS试验机测定其0℃下的低温破坏应变，结果可以看出，弹性除冰雪混合料的低温破坏应变明显高于普通沥青混合料，即弹性除冰雪路面相对于普通沥青路面具有更好的低温性能。

3.3 水稳定性能

通过浸水马歇尔实验和冻融劈裂实验测定两种混合料的浸水残留稳定度比和冻融劈裂强度比，实验结果可以看出，弹性除冰雪混合料的浸水残留稳定度和冻融劈裂强度比均小于普通沥青混合料，即表明弹性除冰雪路面的水稳定性能劣于普通沥青路面，应采取措施防止混合料路面的水损害发生。

结语：

（1）相对于其他的除冰雪技术，弹性除冰雪路面技术具有造价低、工艺简单和效果明显的优点。

（2）弹性除冰雪路面的除冰雪效果来源于橡胶颗粒与集料之间较大的刚度差异和橡胶颗粒之间的摩擦效应。

（3）相对于普通沥青混合料路面，弹性除冰雪路面具有更好的高温性能和低温性能，但其水稳定性能有所降低。

参考文献：

[1]何涛，史纪村，岳学军.除雪技术及除雪设备[J].筑路机械与施工机械化，2010，12：22-27.

[2]郭德栋.基于微波与磁铁耦合效应的融雪除冰路面技术研究[D].西安：长安大学，2011.

作者简介：

马光花（1984-），女，山东潍坊人，工学硕士，讲师。