超疏水抗凝冰沥青路面性能研究

单晴晴,于金鹏,屈 磊

(1.新疆农业大学交通与物流工程学院,乌鲁木齐 830000; 2.新疆生产建设兵团公路科学技术有限公司,乌鲁木齐 830000)

北方寒冷地区的道路建设面临着严峻的环境及气候条件,寒冷的气候容易导致道路结冰,增加交通事故风险。冰沥青是一种新型道路材料,因其良好的抗冻性能及抗滑性能被广泛应用于公路建设中。但其在极寒环境下可能会出现结冰现象,影响道路的安全性能。超疏水抗凝冰沥青路面是一种新型改进材料,通过改变材料结构及化学性质增加了疏水性能,有效减少结冰现象的发生。本研究对超疏水抗凝冰沥青路面性能进行分析,进一步了解其抗冰、抗滑性能,由此提出具体的改进措施。

1 超疏水抗凝冰沥青路面材料与原理

1.1 特性与应用

超疏水材料是一种具有极强疏水性能的材料,具有特殊的表面结构及化学成分,水滴在其表面可形成高度球形,从而减少水滴与表面的接触。超疏水材料的主要特性包括以下几个方面:①极强疏水性能。具有很高的接触角,一般高于150°,甚至达170°以上,水滴在其表面上几乎不会蔓延,而是以球形滚动,极难与材料表面发生接触。②高度稳定性。具有较好的稳定性,可以在各种恶劣环境中长期保持疏水性能。③耐腐蚀性。对酸碱等化学物质具有较好的耐腐蚀性,不易被破坏。④高温耐受性。能够在高温环境下保持疏水性能。

超疏水材料的应用:①自清洁材料。可有效防止水滴停留在表面上,减少灰尘、污垢等物质的附着,实现自清洁效果,可应用于建筑材料、汽车涂层中。②防水涂料。作为防水涂层的重要组成部分,有效抵御外界的水分渗透,防止墙体、屋顶等结构受潮。③医疗器械。用于医疗器械涂层,减少与生物体接触,防止细菌等病原体侵入。④纺织品。用于纺织品加工,提高防水性能,使其具有更好的抗水渗透能力。⑤节约能耗。应用于节能领域,如减少水耗设备及冷凝水生成等设备。

1.2 抗凝冰技术原理

抗凝冰技术是通过对冰的形成及维持机理进行研究,采取一系列措施及方法防止路面结冰。原理如下:①降低结冰温度。通过添加抗冻剂或抑制剂等化学物质,令水分在较低温度下才能形成冰,从而降低结冰温度。②提高截污排水能力。通过改善路面排水系统提高路面截污及排水能力,减少路面积水,降低结冰的可能性。③提高路面摩擦系数。通过改良路面材料提高路面摩擦系数,增加车辆与路面之间的摩擦力,减少滑行及打滑的可能性。④利用太阳能。通过太阳能的热量提高路面温度,减少结冰。使用太阳能发电系统,将太阳能转化为电能或热能,用于路面加热。⑤采用地下供热系统。在路面下埋设供热管网,利用热水或蒸汽加热路面,提高路面温度,减少结冰。

1.3 超疏水抗凝冰材料的特点

超疏水抗凝冰材料是将超疏水材料与抗凝冰技术相结合形成的一种创新材料,将其应用于路面中可有效防止路面结冰,提高路面安全性及可靠性[1]。①提高路面排水能力。超疏水材料具有较好的自清洁性能,可有效防止水滴在路面上停留,减少积水及路面湿滑等问题,提高路面排水能力。②减少冰的附着和黏附。超疏水材料具有极强的疏水性能,降低了路面结冰风险。③提高路面摩擦系数。通过调整材料表面结构及化学性质提高路面摩擦系数,减少打滑。④节能环保。有效减少冰的形成并维持所需的能源,节约能源。⑤长期耐用性。具有较好的稳定性及耐腐蚀性,能够在长期使用中保持性能稳定,延长路面使用寿命。

2 超疏水抗凝冰沥青路面性能测试

2.1 摩擦系数测试

摩擦系数是相互接触物体表面之间摩擦力的大小。车辆的牵引力与制动力是依靠路面与车轮之间的摩擦来实现的,故路面摩擦系数对行车安全具有重要的影响。摩擦系数直接影响着车辆刹车、转向、起步等各种操作的抓地力。摩擦系数较高,车辆牵引力及制动力较大,能快速停稳或启动,从而减少事故发生。在雨天或雪天,路面湿滑,摩擦系数降低,车辆的抓地力减弱,容易因刹车制动距离延长而发生碰撞事故。故提高路面的抗滑性能,增加摩擦系数,对行车安全至关重要。

在超疏水抗凝冰沥青路面中,摩擦系数的测试对于评估路面性能十分关键。使用标准摩擦系数仪进行测试,将测试仪设定在特定速度及载荷下,将车轮置于被测试路面上,通过仪器记录施加的力及产生的摩擦力计算二者的比值,即可得到路面摩擦系数。

超疏水抗凝冰沥青路面的摩擦系数与普通沥青路面相比有着明显的差异。在正常干燥的条件下,两者的摩擦系数相差不大。但在湿滑的条件下,超疏水抗凝冰沥青路面的摩擦系数明显高于普通沥青路面,说明超疏水抗凝冰沥青路面更为安全可靠。实验测试了超疏水抗凝冰沥青路面在不同车速下的摩擦系数。结果表明,随着车速的增加,路面摩擦系数有所下降,但仍保持在一个较高水平。说明在超疏水抗凝冰沥青路面上高速行驶仍可保持较好的摩擦性能,具有较高的安全性。

超疏水抗凝冰沥青路面在摩擦系数性能方面表现出了诸多优势,可有效提升道路交通安全性,保障行驶稳定性。

2.2 抗凝冰性能测试

冰雪会严重破坏对路面的力学性能,造成路面翘曲、裂缝,甚至是冰层与路面分离。提高路面抗凝冰性能可有效减少冰层形成,降低冰雪对路面的破坏及道路维护修复成本,延长路面使用寿命,提供安全、舒适的行车环境[3]。超疏水抗凝冰沥青路面采用特殊的材料及工艺,能够迅速排除路面水分并抑制冰层的生成。相较于传统路面,具有更好的抗冰结性能,不易受到冰雪天气的影响,减少了冰雪对道路的破坏,提高了道路使用寿命。抗凝冰性能是评估路面性能的重要指标之一,故测试超疏水抗凝冰沥青路面的抗凝冰性能对于保障道路交通安全来说至关重要。采用凝冰盘测试方法来评估超疏水抗凝冰沥青路面的抗凝冰性能,令凝冰盘与被测试路面接触,在固定温度及湿度条件下记录冰盘与路面之间的结冰情况。通过观察结冰发生时间及结冰程度评估路面抗凝冰性能,结果表明,超疏水抗凝冰沥青路面具有较好的抗凝冰性能。相比于普通沥青路面,在相同环境条件下结冰时间更晚,结冰程度更轻。这主要是因为其具有良好的疏水性能,接触冰水时可迅速排除水分,减少结冰的可能性[2]。此外,研究测试了超疏水抗凝冰沥青路面在不同温度下的抗凝冰性能。结果显示,无论是在低温还是极低温条件下,其都能够保持较好的抗凝冰性能,说明该路面具有较强的耐寒性,能够适应各种恶劣的气候条件。

超疏水抗凝冰沥青路面在抗凝冰性能方面具有显著的优势。通过降低结冰的可能性,有效提高了道路交通安全性,减少了交通事故发生率。

2.3 耐久性能测试

耐久性能是指路面在长期使用及恶劣环境下的抗损性能,包括路面强度、稳定性、耐久性、抗磨性等指标。路面寿命与道路经济效益密切相关。如果路面寿命较短,需要频繁维修及更换,将会增加维护成本,对交通流畅性及行车安全造成影响。故需提高路面耐久性能,延长路面使用寿命,降低维护成本,提高经济效益。对于超疏水抗凝冰沥青路面而言,耐久性能测试是评估其使用寿命及性能变化的关键。利用负荷滚筒试验来评估其耐久性能,将一组滚筒设定在特定的负荷及速度下,滚动在被测试路面上,通过测量路面的压实度、磨损程度及车辙深度等指标评估路面耐久性能。实验结果显示,超疏水抗凝冰沥青路面具有较好的耐久性能。与普通沥青路面相比,其在长时间负荷滚筒试验中磨损程度较小,车辙深度明显减少,表明其具有较长的使用寿命,能够在长期使用中保持稳定的性能。实验测试了超疏水抗凝冰沥青路面在不同温度下的耐久性能。结果显示,在高温和低温条件下,该路面都能保持较好的耐久性能。因为它的组成材料具有良好的抗老化性能及耐候性,可以在各种极端温度条件下保持稳定。超疏水抗凝冰沥青路面在耐久性能方面具有显著优势,是一种理想材料,可保障驾驶舒适性及安全性。

3 发展前景

技术突破。随着科学技术的不断进步,超疏水抗凝冰沥青路面的制备工艺及性能将不断突破,会有更多的材料及技术应用于实际工程中,以提高路面的抗凝冰性能。超疏水抗凝冰沥青路面通过特殊的表面处理技术使路面具有良好的抗凝冰性能,能够在寒冷天气条件下保持路面畅通。近年来,随着全球气候变化,极端寒冷天气频发,超疏水抗凝冰沥青路面技术得到了广泛关注。未来,需进一步研究超疏水抗凝冰沥青的路用性能,优化材料配比,提高路面抗冰性能。不断研究新型环保材料,使超疏水抗凝冰沥青路面具有更低的能耗,通过优化表面处理技术,提高路面的超疏水性能,研究适用于不同气候条件及交通环境的表面处理技术,使其更具普适性。研究超疏水抗凝冰沥青路面的结构设计,提高路面抗冰性能及使用寿命。探讨不同结构对路面性能的影响,为实际工程应用提供科学依据。深入研究超疏水抗凝冰沥青路面的抗冰机理,为优化抗冰性能提供理论支持。分析超疏水抗凝冰沥青路面的抗冰性能与路面材料、结构、表面处理技术等因素的关系。开发智能化监测与控制系统,实时监测超疏水抗凝冰沥青路面的运行状态,评估路面性能。通过智能控制系统实现对路面的远程调控,提高路面抗冰性能。研究绿色施工技术,降低超疏水抗凝冰沥青路面施工对环境的影响,探讨可持续发展策略,使其在满足交通需求的同时兼顾环境保护。

应用范围扩大。超疏水抗凝冰沥青路面不仅局限于寒冷地区及高海拔地区,还将应用于道路建设中,提高道路安全性及质量。高速公路及城市道路在冬季面临着严重的结冰问题,这将影响道路通行安全及行驶舒适性。超疏水抗凝冰沥青路面可提高道路安全性及可靠性,降低交通事故发生率。提高桥梁及隧道的抗冰性能,保障行驶安全。提高机场跑道的安全性,确保航班正常运行。降低轨道交通线路的结冰风险,提高列车运行的准点率。山地与高原地区道路在冬季结冰现象更为严重,对道路通行造成极大影响。超疏水抗凝冰沥青路面技术可有效改善道路条件,促进地方经济发展。

环保性能提升。通过不断的研究,超疏水抗凝冰沥青路面的环保性能将得到改善,降低沥青对环境的影响。优化材料配比,选用环保型沥青及添加剂,降低沥青路面有害物质的排放。使用回收再利用材料,如废旧轮胎、废弃塑料等,提高材料循环利用率,减少环境污染。通过改善超疏水抗凝冰沥青路面的结构设计及施工技术,提高路面热稳定性,降低沥青路面因温度变化而产生的能耗。采用节能型施工设备及技术,降低施工中的能源消耗及碳排放。通过智能化监测与控制系统,实现对路面的远程调控,合理分配水资源,提高水资源利用率。采用具有良好隔音性能的超疏水抗凝冰沥青路面材料,降低道路噪音,减轻交通噪音污染,提高居民生活品质。在施工过程中注重生态保护,加强植被恢复及土壤治理,提高路域生态系统的稳定性及生物多样性。充分考虑资源、能源、环境等多方面因素,实现绿色、低碳、可持续发展。

经济性提高。随着技术的不断发展及成熟,材料制备及施工工艺将得到优化,从而降低成本,提高经济性。

超疏水抗凝冰沥青路面具有出色的抗凝冰性能,维护成本低,但也存在一定的局限性。随着技术的不断突破及其应用范围的扩大,发展前景十分广阔。

4 结束语

对超疏水抗凝冰沥青路面性能进行分析,指出了其不足之处,提出了改进方向。随着科技的不断进步及研究的深入发展,超疏水抗凝冰沥青路面的性能将不断提升,以此保障道路交通安全。