环保型缓释融雪沥青混合料制备及性能文献综述

1. 选题背景和意义：

在冬季,路面（尤其桥面）的积雪与结冰给通行车辆带来极大的安全隐患,轻则影响行车舒适性、降低通行效率,重则引发交通事故,给人民的生命财产造成极大损失。传统路面除冰雪技术属于被动式除冰雪技术，主要包括撒布除冰盐，人工除冰雪和机械除冰雪技术。直接撒布除冰盐的危害显而易见，含有大量融雪盐的雪水不仅破坏基础设施的结构，锈蚀金属材料，而且对生态环境造成影响。在较低温状态下，路面和冰雪之间形成牢固的界面粘结结构，该粘结结构不仅导致路表冰雪难以清除，在清除过程中还对路面造成损坏。即使清除积雪后，在路面的微观结构中依然残留冰晶等，降低路面附着能力，依然会对行车安全构成危害。在桥面、隧道出入口、山涧背阴等特殊路段，由于路表气温低于 普通路面，是冬季交通事故的高发地带。此外，在深夜降雪、结冰情况下，由于养护人员无法及时进行除冰雪作业，在降雪发生至除冰雪作业中间的时间段内，使交通事故发生的几率大大增加。采用环保型缓释融雪沥青混合料，能够保证路表抗滑性能，保障道路行车安全车速和刹车制动距离，确保行车安全。通过延缓道路积雪结冰，给道路养护人员提供足够的作业时间，确保道路通行能力不受影响。融雪抑冰材料能够消除“冰雪-路面粘结层”，既能避免人工和机械铲雪对沥青路面表层结构的损害，又能提高清雪效率。和传统除冰雪技术相比，环保型缓释融雪沥青混合料可以避免使用大量融雪盐自上而下融化冰雪。加上行车荷载的碾压作用，提高融雪化冰综上所述，开展融雪抑冰材料及其应用技术研究，对保障人民生命财产安全、保护生态环境、保护基础设施、促进经济发展等具有重要意义。

二、课题关键问题及难点：

盐化物与矿粉具有相似的级配，可以置换沥青混合料的部分或全部矿粉。但一般来讲盐化物添加物的密度比矿粉的密度小，如果直接等质量置换矿粉用量，会增加矿粉的体积，降低沥青混合料的流动性能，甚至会结成团块，增大拌和及摊铺难度，混合料对不同的级配的适应性有所不同。因此盐化物置换矿粉时需要按照填料体积等效置换原则如何设置修正盐化物的添加量是本项目的难点。

与矿料进行置换后，一般沥青混合料的剩余孔隙率变小，还需经行一系列实验对其路用效能的影响进行验证，观察在相同矿料级配条件下，其对路面的高温稳定性和冬季冻结抑制效果的发挥。此外虽然国内外研究人员开发了多种试验方法对盐化物融冰雪混合料的防冰雪效果进行研究,但尚没有统一的试验方法,测试评价方法也不够完善。

在分析路面表面盐分溶析规律时要进行盐溶液电导率的分析，寻找影响电导率的因素，控制实验中的变量亦为难点之一。

三、文献综述（或调研报告）：

融雪剂的作用机理在于其中的一些易潮解的固态物质吸收了空气中的水分，产生潮解现象，使固体冰雪表面形成少量的水，融雪剂在这些水中及车轮的冲击下形成溶液，由于固液两相的化学势不等，两相不能共存，其中必然有一相要向另一相转变，若固相化学势大于液相化学势，则固相就要向液相转变即固体融化，反之亦然。而此时生成溶液的化学势低于固体冰雪的化学势，因此固体雪或冰开始融化，随着整个过程而扩大，反应速度加快，冰雪表面出现裂痕，形成大面积的龟裂，从局部融化逐渐扩展到全面融化，达到融化冰雪的目的。

在防冰雪效果评价方面, F. Giuliant等、A.Muthumani等利用图像处理分析方法对沥青混合料防冰效果进行了研究; T. G. Benjajnin等采用电导率试验评价静态和加速溶出条件下的盐释放规律,从而评价防冰雪效果的长期性;LUO Sang等通过室外雪融化观察、海绵提升试验和混合料-冰剪切强度试验评价混合料融雪性能和除冰效果;孙嵘蓉采用路面裸露率分析法、黏结力测试、动水冲刷试验研究蓄盐混合料除冰雪性能及耐久性;蒋松利设计了破冰试验、防附着试验、室内融雪试验等评价涂层的融冰雪性能和耐久性。长安大学的刘壮状认为融雪抑冰材料应当具有一定的级配要求，融雪抑冰材料粒度越粗，盐分释放速率越快，融雪抑冰效果越好，但会导致混合料内部缺陷增多，使路面产生早期破坏。而融雪抑冰材料颗粒越粗，盐分释放速率越慢，路面耐久性越好，但会相应降低融雪抑冰效果。

盐化物材料如MFL材料的密度小于矿粉，且差异较大，一般采用等体积置换矿粉的形式添加于沥青混合料中，由于其化学组分中盐化物的存在，导致混合料中有效矿粉含量降低，从而影响结构沥青含量和宏观整体性能。多数研究显示，不同类型的沥青混合料中添加MFL 材料，会在一定程度上损害高温性能，且评价指标随着MFL 置换量的增加逐渐下降，当其中的矿粉全部置换为MFL 时，混合料的动稳定值仍满足规范要求，但损伤程度并不相同。然而谭忆秋、王锋等研究发现，混合料中的矿粉部分置换为MFL 后，其高温性能反而得到了改善，评价指标值分别提高12.1%和2.1%，可见目前关于MFL 对沥青混合料高温性能影响的研究结论尚有待进一步验证。相比其他同类型的粉末状融雪抑冰盐化物，在混合料类型和盐化物置换矿粉量相同的情况下，掺有MFL材料的混合料高温性能优于自主开发的无机盐填料。融雪抑冰材料以等体积置换矿粉的方式添加到混合料中，在确保混合料中各成分体积不变的情况下，使得其中有效矿粉及沥青胶浆含量降低，同样影响混合料低温抗裂性能试验结果显示，沥青混合料中矿粉置换为MFL 材料，低温抗裂性能下降，部分置换量对应的低温弯曲破坏应变值甚至达不到现行规范的要求，且性能下降幅度随MFL 置换量的增加而增大。李福普等认为MFL 的添加并不影响混合料低温性能，相应的约束温度应力试验结果显示MFL 置换量0.50%和100%对应的混合料断裂温度非常接近，仅相差0.5℃。

融雪抑冰材料的化学特性、掺量及置换方式等均显著影响沥青混合料的路用性能，典型产品MFL、V-260 和ICB 等材料均一定程度上有损部分性能（尤其水稳性能），从而为路面病害的发生留下隐患；虽然也提出了相应的改善方法，但材料类型比较单一，且缺少系统性的论证和对比。