單晴晴,于金鵬,屈 磊

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)交通與物流工程學(xué)院,烏魯木齊 830000; 2.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)公路科學(xué)技術(shù)有限公司,烏魯木齊 830000)

北方寒冷地區(qū)的道路建設(shè)面臨著嚴(yán)峻的環(huán)境及氣候條件,寒冷的氣候容易導(dǎo)致道路結(jié)冰,增加交通事故風(fēng)險(xiǎn)。冰瀝青是一種新型道路材料,因其良好的抗凍性能及抗滑性能被廣泛應(yīng)用于公路建設(shè)中。但其在極寒環(huán)境下可能會(huì)出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象,影響道路的安全性能。超疏水抗凝冰瀝青路面是一種新型改進(jìn)材料,通過(guò)改變材料結(jié)構(gòu)及化學(xué)性質(zhì)增加了疏水性能,有效減少結(jié)冰現(xiàn)象的發(fā)生。本研究對(duì)超疏水抗凝冰瀝青路面性能進(jìn)行分析,進(jìn)一步了解其抗冰、抗滑性能,由此提出具體的改進(jìn)措施。

1 超疏水抗凝冰瀝青路面材料與原理

1.1 特性與應(yīng)用

超疏水材料是一種具有極強(qiáng)疏水性能的材料,具有特殊的表面結(jié)構(gòu)及化學(xué)成分,水滴在其表面可形成高度球形,從而減少水滴與表面的接觸。超疏水材料的主要特性包括以下幾個(gè)方面:①極強(qiáng)疏水性能。具有很高的接觸角,一般高于150°,甚至達(dá)170°以上,水滴在其表面上幾乎不會(huì)蔓延,而是以球形滾動(dòng),極難與材料表面發(fā)生接觸。②高度穩(wěn)定性。具有較好的穩(wěn)定性,可以在各種惡劣環(huán)境中長(zhǎng)期保持疏水性能。③耐腐蝕性。對(duì)酸堿等化學(xué)物質(zhì)具有較好的耐腐蝕性,不易被破壞。④高溫耐受性。能夠在高溫環(huán)境下保持疏水性能。

超疏水材料的應(yīng)用:①自清潔材料?？捎行Х乐顾瓮Ａ粼诒砻嫔?減少灰塵、污垢等物質(zhì)的附著,實(shí)現(xiàn)自清潔效果,可應(yīng)用于建筑材料、汽車涂層中。②防水涂料。作為防水涂層的重要組成部分,有效抵御外界的水分滲透,防止墻體、屋頂?shù)冉Y(jié)構(gòu)受潮。③醫(yī)療器械。用于醫(yī)療器械涂層,減少與生物體接觸,防止細(xì)菌等病原體侵入。④紡織品。用于紡織品加工,提高防水性能,使其具有更好的抗水滲透能力。⑤節(jié)約能耗。應(yīng)用于節(jié)能領(lǐng)域,如減少水耗設(shè)備及冷凝水生成等設(shè)備。

1.2 抗凝冰技術(shù)原理

抗凝冰技術(shù)是通過(guò)對(duì)冰的形成及維持機(jī)理進(jìn)行研究,采取一系列措施及方法防止路面結(jié)冰。原理如下:①降低結(jié)冰溫度。通過(guò)添加抗凍劑或抑制劑等化學(xué)物質(zhì),令水分在較低溫度下才能形成冰,從而降低結(jié)冰溫度。②提高截污排水能力。通過(guò)改善路面排水系統(tǒng)提高路面截污及排水能力,減少路面積水,降低結(jié)冰的可能性。③提高路面摩擦系數(shù)。通過(guò)改良路面材料提高路面摩擦系數(shù),增加車輛與路面之間的摩擦力,減少滑行及打滑的可能性。④利用太陽(yáng)能。通過(guò)太陽(yáng)能的熱量提高路面溫度,減少結(jié)冰。使用太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng),將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能或熱能,用于路面加熱。⑤采用地下供熱系統(tǒng)。在路面下埋設(shè)供熱管網(wǎng),利用熱水或蒸汽加熱路面,提高路面溫度,減少結(jié)冰。

1.3 超疏水抗凝冰材料的特點(diǎn)

超疏水抗凝冰材料是將超疏水材料與抗凝冰技術(shù)相結(jié)合形成的一種創(chuàng)新材料,將其應(yīng)用于路面中可有效防止路面結(jié)冰,提高路面安全性及可靠性[1]。①提高路面排水能力。超疏水材料具有較好的自清潔性能,可有效防止水滴在路面上停留,減少積水及路面濕滑等問(wèn)題,提高路面排水能力。②減少冰的附著和黏附。超疏水材料具有極強(qiáng)的疏水性能,降低了路面結(jié)冰風(fēng)險(xiǎn)。③提高路面摩擦系數(shù)。通過(guò)調(diào)整材料表面結(jié)構(gòu)及化學(xué)性質(zhì)提高路面摩擦系數(shù),減少打滑。④節(jié)能環(huán)保。有效減少冰的形成并維持所需的能源,節(jié)約能源。⑤長(zhǎng)期耐用性。具有較好的穩(wěn)定性及耐腐蝕性,能夠在長(zhǎng)期使用中保持性能穩(wěn)定,延長(zhǎng)路面使用壽命。

2 超疏水抗凝冰瀝青路面性能測(cè)試

2.1 摩擦系數(shù)測(cè)試

摩擦系數(shù)是相互接觸物體表面之間摩擦力的大小。車輛的牽引力與制動(dòng)力是依靠路面與車輪之間的摩擦來(lái)實(shí)現(xiàn)的,故路面摩擦系數(shù)對(duì)行車安全具有重要的影響。摩擦系數(shù)直接影響著車輛剎車、轉(zhuǎn)向、起步等各種操作的抓地力。摩擦系數(shù)較高,車輛牽引力及制動(dòng)力較大,能快速停穩(wěn)或啟動(dòng),從而減少事故發(fā)生。在雨天或雪天,路面濕滑,摩擦系數(shù)降低,車輛的抓地力減弱,容易因剎車制動(dòng)距離延長(zhǎng)而發(fā)生碰撞事故。故提高路面的抗滑性能,增加摩擦系數(shù),對(duì)行車安全至關(guān)重要。

在超疏水抗凝冰瀝青路面中,摩擦系數(shù)的測(cè)試對(duì)于評(píng)估路面性能十分關(guān)鍵。使用標(biāo)準(zhǔn)摩擦系數(shù)儀進(jìn)行測(cè)試,將測(cè)試儀設(shè)定在特定速度及載荷下,將車輪置于被測(cè)試路面上,通過(guò)儀器記錄施加的力及產(chǎn)生的摩擦力計(jì)算二者的比值,即可得到路面摩擦系數(shù)。

超疏水抗凝冰瀝青路面的摩擦系數(shù)與普通瀝青路面相比有著明顯的差異。在正常干燥的條件下,兩者的摩擦系數(shù)相差不大。但在濕滑的條件下,超疏水抗凝冰瀝青路面的摩擦系數(shù)明顯高于普通瀝青路面,說(shuō)明超疏水抗凝冰瀝青路面更為安全可靠。實(shí)驗(yàn)測(cè)試了超疏水抗凝冰瀝青路面在不同車速下的摩擦系數(shù)。結(jié)果表明,隨著車速的增加,路面摩擦系數(shù)有所下降,但仍保持在一個(gè)較高水平。說(shuō)明在超疏水抗凝冰瀝青路面上高速行駛?cè)钥杀３州^好的摩擦性能,具有較高的安全性。

超疏水抗凝冰瀝青路面在摩擦系數(shù)性能方面表現(xiàn)出了諸多優(yōu)勢(shì),可有效提升道路交通安全性,保障行駛穩(wěn)定性。

2.2 抗凝冰性能測(cè)試

冰雪會(huì)嚴(yán)重破壞對(duì)路面的力學(xué)性能,造成路面翹曲、裂縫,甚至是冰層與路面分離。提高路面抗凝冰性能可有效減少冰層形成,降低冰雪對(duì)路面的破壞及道路維護(hù)修復(fù)成本,延長(zhǎng)路面使用壽命,提供安全、舒適的行車環(huán)境[3]。超疏水抗凝冰瀝青路面采用特殊的材料及工藝,能夠迅速排除路面水分并抑制冰層的生成。相較于傳統(tǒng)路面,具有更好的抗冰結(jié)性能,不易受到冰雪天氣的影響,減少了冰雪對(duì)道路的破壞,提高了道路使用壽命。抗凝冰性能是評(píng)估路面性能的重要指標(biāo)之一,故測(cè)試超疏水抗凝冰瀝青路面的抗凝冰性能對(duì)于保障道路交通安全來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。采用凝冰盤(pán)測(cè)試方法來(lái)評(píng)估超疏水抗凝冰瀝青路面的抗凝冰性能,令凝冰盤(pán)與被測(cè)試路面接觸,在固定溫度及濕度條件下記錄冰盤(pán)與路面之間的結(jié)冰情況。通過(guò)觀察結(jié)冰發(fā)生時(shí)間及結(jié)冰程度評(píng)估路面抗凝冰性能,結(jié)果表明,超疏水抗凝冰瀝青路面具有較好的抗凝冰性能。相比于普通瀝青路面,在相同環(huán)境條件下結(jié)冰時(shí)間更晚,結(jié)冰程度更輕。這主要是因?yàn)槠渚哂辛己玫氖杷阅?接觸冰水時(shí)可迅速排除水分,減少結(jié)冰的可能性[2]。此外,研究測(cè)試了超疏水抗凝冰瀝青路面在不同溫度下的抗凝冰性能。結(jié)果顯示,無(wú)論是在低溫還是極低溫條件下,其都能夠保持較好的抗凝冰性能,說(shuō)明該路面具有較強(qiáng)的耐寒性,能夠適應(yīng)各種惡劣的氣候條件。

超疏水抗凝冰瀝青路面在抗凝冰性能方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)降低結(jié)冰的可能性,有效提高了道路交通安全性,減少了交通事故發(fā)生率。

2.3 耐久性能測(cè)試

耐久性能是指路面在長(zhǎng)期使用及惡劣環(huán)境下的抗損性能,包括路面強(qiáng)度、穩(wěn)定性、耐久性、抗磨性等指標(biāo)。路面壽命與道路經(jīng)濟(jì)效益密切相關(guān)。如果路面壽命較短,需要頻繁維修及更換,將會(huì)增加維護(hù)成本,對(duì)交通流暢性及行車安全造成影響。故需提高路面耐久性能,延長(zhǎng)路面使用壽命,降低維護(hù)成本,提高經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)于超疏水抗凝冰瀝青路面而言,耐久性能測(cè)試是評(píng)估其使用壽命及性能變化的關(guān)鍵。利用負(fù)荷滾筒試驗(yàn)來(lái)評(píng)估其耐久性能,將一組滾筒設(shè)定在特定的負(fù)荷及速度下,滾動(dòng)在被測(cè)試路面上,通過(guò)測(cè)量路面的壓實(shí)度、磨損程度及車轍深度等指標(biāo)評(píng)估路面耐久性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,超疏水抗凝冰瀝青路面具有較好的耐久性能。與普通瀝青路面相比,其在長(zhǎng)時(shí)間負(fù)荷滾筒試驗(yàn)中磨損程度較小,車轍深度明顯減少,表明其具有較長(zhǎng)的使用壽命,能夠在長(zhǎng)期使用中保持穩(wěn)定的性能。實(shí)驗(yàn)測(cè)試了超疏水抗凝冰瀝青路面在不同溫度下的耐久性能。結(jié)果顯示,在高溫和低溫條件下,該路面都能保持較好的耐久性能。因?yàn)樗慕M成材料具有良好的抗老化性能及耐候性,可以在各種極端溫度條件下保持穩(wěn)定。超疏水抗凝冰瀝青路面在耐久性能方面具有顯著優(yōu)勢(shì),是一種理想材料,可保障駕駛舒適性及安全性。

3 發(fā)展前景

技術(shù)突破。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步,超疏水抗凝冰瀝青路面的制備工藝及性能將不斷突破,會(huì)有更多的材料及技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際工程中,以提高路面的抗凝冰性能。超疏水抗凝冰瀝青路面通過(guò)特殊的表面處理技術(shù)使路面具有良好的抗凝冰性能,能夠在寒冷天氣條件下保持路面暢通。近年來(lái),隨著全球氣候變化,極端寒冷天氣頻發(fā),超疏水抗凝冰瀝青路面技術(shù)得到了廣泛關(guān)注。未來(lái),需進(jìn)一步研究超疏水抗凝冰瀝青的路用性能,優(yōu)化材料配比,提高路面抗冰性能。不斷研究新型環(huán)保材料,使超疏水抗凝冰瀝青路面具有更低的能耗,通過(guò)優(yōu)化表面處理技術(shù),提高路面的超疏水性能,研究適用于不同氣候條件及交通環(huán)境的表面處理技術(shù),使其更具普適性。研究超疏水抗凝冰瀝青路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),提高路面抗冰性能及使用壽命。探討不同結(jié)構(gòu)對(duì)路面性能的影響,為實(shí)際工程應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。深入研究超疏水抗凝冰瀝青路面的抗冰機(jī)理,為優(yōu)化抗冰性能提供理論支持。分析超疏水抗凝冰瀝青路面的抗冰性能與路面材料、結(jié)構(gòu)、表面處理技術(shù)等因素的關(guān)系。開(kāi)發(fā)智能化監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng),實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)超疏水抗凝冰瀝青路面的運(yùn)行狀態(tài),評(píng)估路面性能。通過(guò)智能控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)路面的遠(yuǎn)程調(diào)控,提高路面抗冰性能。研究綠色施工技術(shù),降低超疏水抗凝冰瀝青路面施工對(duì)環(huán)境的影響,探討可持續(xù)發(fā)展策略,使其在滿足交通需求的同時(shí)兼顧環(huán)境保護(hù)。

應(yīng)用范圍擴(kuò)大。超疏水抗凝冰瀝青路面不僅局限于寒冷地區(qū)及高海拔地區(qū),還將應(yīng)用于道路建設(shè)中,提高道路安全性及質(zhì)量。高速公路及城市道路在冬季面臨著嚴(yán)重的結(jié)冰問(wèn)題,這將影響道路通行安全及行駛舒適性。超疏水抗凝冰瀝青路面可提高道路安全性及可靠性,降低交通事故發(fā)生率。提高橋梁及隧道的抗冰性能,保障行駛安全。提高機(jī)場(chǎng)跑道的安全性,確保航班正常運(yùn)行。降低軌道交通線路的結(jié)冰風(fēng)險(xiǎn),提高列車運(yùn)行的準(zhǔn)點(diǎn)率。山地與高原地區(qū)道路在冬季結(jié)冰現(xiàn)象更為嚴(yán)重,對(duì)道路通行造成極大影響。超疏水抗凝冰瀝青路面技術(shù)可有效改善道路條件,促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

環(huán)保性能提升。通過(guò)不斷的研究,超疏水抗凝冰瀝青路面的環(huán)保性能將得到改善,降低瀝青對(duì)環(huán)境的影響。優(yōu)化材料配比,選用環(huán)保型瀝青及添加劑,降低瀝青路面有害物質(zhì)的排放。使用回收再利用材料,如廢舊輪胎、廢棄塑料等,提高材料循環(huán)利用率,減少環(huán)境污染。通過(guò)改善超疏水抗凝冰瀝青路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工技術(shù),提高路面熱穩(wěn)定性,降低瀝青路面因溫度變化而產(chǎn)生的能耗。采用節(jié)能型施工設(shè)備及技術(shù),降低施工中的能源消耗及碳排放。通過(guò)智能化監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)路面的遠(yuǎn)程調(diào)控,合理分配水資源,提高水資源利用率。采用具有良好隔音性能的超疏水抗凝冰瀝青路面材料,降低道路噪音,減輕交通噪音污染,提高居民生活品質(zhì)。在施工過(guò)程中注重生態(tài)保護(hù),加強(qiáng)植被恢復(fù)及土壤治理,提高路域生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性及生物多樣性。充分考慮資源、能源、環(huán)境等多方面因素,實(shí)現(xiàn)綠色、低碳、可持續(xù)發(fā)展。

經(jīng)濟(jì)性提高。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展及成熟,材料制備及施工工藝將得到優(yōu)化,從而降低成本,提高經(jīng)濟(jì)性。

超疏水抗凝冰瀝青路面具有出色的抗凝冰性能,維護(hù)成本低,但也存在一定的局限性。隨著技術(shù)的不斷突破及其應(yīng)用范圍的擴(kuò)大,發(fā)展前景十分廣闊。

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)超疏水抗凝冰瀝青路面性能進(jìn)行分析,指出了其不足之處,提出了改進(jìn)方向。隨著科技的不斷進(jìn)步及研究的深入發(fā)展,超疏水抗凝冰瀝青路面的性能將不斷提升,以此保障道路交通安全。