地源熱泵融雪化冰瀝青混凝土凍融劈裂實(shí)驗(yàn)研究

楊豪 屠艷平 朱志剛

摘要： 地源熱泵融雪化冰技術(shù)具有許多優(yōu)越性，有的學(xué)者指出道路融雪化冰會(huì)導(dǎo)致瀝青路面水損害加劇。通過設(shè)計(jì)一套試驗(yàn)方案來評(píng)價(jià)利用地?zé)嵩幢萌谘┗舐访娴乃畵p壞程度。地源熱泵加熱融化的試件的劈裂抗拉強(qiáng)度為0.72MPa，而根據(jù)試驗(yàn)規(guī)程測(cè)得的劈裂抗拉強(qiáng)度為0.68MPa，結(jié)果表明地源熱泵融雪化冰技術(shù)不僅不會(huì)增加瀝青路面的水損害，還會(huì)提高路面抗水損害性能。

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(guān)鍵詞： 地源熱泵；水損害；凍融劈裂

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

中圖分類號(hào)：TU528 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）09-0125-02

0 引言

2014年全國道路交通事故數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，雨天大霧、下雪時(shí)道路發(fā)生的交通事故所占比重較大，體現(xiàn)了一方面除駕駛?cè)俗陨淼脑蛲?，環(huán)境因素也是交通事故發(fā)生的重大誘因之一。吳釗指出道路的融雪化冰技術(shù)會(huì)加速瀝青路面凍融循環(huán)，反復(fù)的升溫和降溫使瀝青路面由于溫度沖擊和水腐蝕而破壞[1]。一般方法處理的融雪化冰過程中，雪融化后的水大量累積在路面，在行車碾壓下，水進(jìn)入空隙進(jìn)成水損害[2]。水損害是進(jìn)入路面空隙中的水分逐漸滲入瀝青與集料的界面上，使瀝青粘附性降低導(dǎo)致瀝青和集料之間發(fā)生剝離瀝青，整個(gè)瀝青混凝土的性能變化，瀝青混合料出現(xiàn)掉粒、松散，繼而形成瀝青路面的坑槽、推擠變形等損壞現(xiàn)象[3-4]。水損害是瀝青路面的主要病害之一。地源熱泵融雪化冰技術(shù)利用太陽能和地?zé)幔粌H可以及時(shí)清除道路積雪，保證道路暢通，同時(shí)可以利用熱加速水的蒸發(fā)，對(duì)抗水損害性能的影響也是一個(gè)很關(guān)鍵的問題。目前還沒有學(xué)者開展相關(guān)的工作，本文擬進(jìn)行地源熱泵融雪化冰瀝青混合料凍融劈裂實(shí)驗(yàn)研究，分析地源熱泵融雪化冰后路面水損害程度，為地源熱泵融雪化冰技術(shù)的應(yīng)用打下基礎(chǔ)。

1 試驗(yàn)原材料

瀝青混合料采用AC-13型，原材料具體情況為：瀝青牌號(hào)為 AH-70；油石比4%，集料為湖北大悟產(chǎn)玄武巖，級(jí)配如表1。

2 試驗(yàn)方案

瀝青混合料水穩(wěn)定性可由凍融劈裂實(shí)驗(yàn)反映，結(jié)合《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程JTG E20-2011-瀝青混合料凍融劈裂試驗(yàn)T0729-2000》[5]，制定如下方案：

①制作馬歇爾試件12個(gè)，尺寸：101.6mm±0.25mm×63.5mm±1.3mm，第一組4個(gè)試件在室溫下保存，編號(hào)為1、2、3、4；第二組4個(gè)放入塑料袋，在-18℃冰箱中保持16h，編號(hào)為5、6、7、8；第三組4個(gè)放入塑料袋，在-18℃冰箱中保持16h，編號(hào)為9、10、11、12。

②第一組試件在25℃恒溫水槽中恒溫2h；第二組試件從冰箱中取出，在60℃恒溫水槽中恒溫24h，在25℃恒溫水槽中恒溫2h；第三組試件從冰箱中取出，用地源熱泵加熱，試件內(nèi)部溫度達(dá)到0℃后停止。

本次室內(nèi)試驗(yàn)熱源采用電加熱器將水加熱，水泵將熱水帶入水平埋管內(nèi)并在管內(nèi)流動(dòng)加熱試件，試件溫度升高，實(shí)現(xiàn)融化過程，直到試件內(nèi)部溫度達(dá)到0℃后停止。試驗(yàn)過程中要控制水箱中的水溫、熱水在水平埋管內(nèi)的流量。埋管采用耐高溫高密度聚乙烯管，內(nèi)徑D1=15mm，外徑D2=21mm。因此試驗(yàn)儀器包括水泵、流量計(jì)、YC747UD多通道溫度數(shù)據(jù)記錄器、PT100鉑電偶、調(diào)節(jié)閥、恒溫循環(huán)槽等。

③取出試件按50mm/min的加載速率劈裂試驗(yàn)，得到試驗(yàn)的最大荷載。按RT1=0.006287P1/h1，RT2=0.006287P2/h2，RT3=0.006287P3/h3，計(jì)算劈裂抗拉強(qiáng)度。

3 試驗(yàn)分析

①本次劈裂凍融試驗(yàn)馬歇爾試件的空隙率測(cè)定為6%，所得試驗(yàn)結(jié)果如表2。

②結(jié)果分析。

從表2可以看出，按試驗(yàn)規(guī)程測(cè)定的凍融循環(huán)劈裂抗拉強(qiáng)度比為80%，而經(jīng)過地源熱泵加熱的試件凍融循環(huán)劈裂抗拉強(qiáng)度比為85%，也就是經(jīng)過地源熱泵加熱融化測(cè)定的劈裂抗拉強(qiáng)度比瀝青混合料凍融劈裂試驗(yàn)T0729-2000中經(jīng)過凍融循環(huán)的劈裂抗拉強(qiáng)度大，路面抗水損害性能提高。結(jié)果表明地源熱泵融雪化冰技術(shù)在雪天不僅可以使道路快速通暢，在熱的作用下融化的雪水可快速蒸發(fā)，不會(huì)下滲或少量下滲，對(duì)瀝青混合料路面影響減輕，故而提高了抗水損害能力。

4 結(jié)語

經(jīng)過試驗(yàn)研究得知地源熱泵融雪化冰后，路面融化的雪水也可一并蒸發(fā)，同時(shí)瀝青混合料內(nèi)部累積的水分也會(huì)部分蒸發(fā)，減弱了水對(duì)瀝青混合料的影響，增強(qiáng)了路面的抗水損害能力。這一研究成果將對(duì)推進(jìn)地源熱泵融雪化冰技術(shù)起到重要作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳釗， 李文濤，秦利娟，等，基于凍融循環(huán)下瀝青混合料溫度沖擊性能研究[J].建材世界，2011，32（3）53-56.

[2]吳釗.凍融循環(huán)對(duì)瀝青混合料性能的影響研究[D].武漢理工大學(xué)，2011.

[3]楊瑞華，許志鴻，李宇峙.瀝青混合料水穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法研究[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2006，35（11）：1486-1491.

[4]沙曉鵬.瀝青混合料水作用后性能的變化及抗水損害指標(biāo)研究[D].長沙理工大學(xué)，2011.

[5]公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程JTG E20-2011-瀝青混合料凍融劈裂試驗(yàn)T0729-2000，2011，12.