淺談道路自調(diào)溫融冰雪相變技術(shù)應(yīng)用與研究

馬潤(rùn)田

（甘肅省公路局，甘肅 蘭州 730030）

隨著全球氣候溫度的逐漸變暖，造成極端天氣頻發(fā)。而且連續(xù)的夏季高溫天氣以及冬季雨雪冰凍天氣，容易造成瀝青公路路面開(kāi)裂、路面車轍等病害，嚴(yán)重影響公路的使用舒適性與使用壽命，特別是在低溫雨雪冰凍氣候下，造成公路經(jīng)常遭受冰凍災(zāi)害，而且降雪比較大時(shí)路面易冰雪，使得路面附著系數(shù)大大降低，抗滑能力大幅度下降，易導(dǎo)致過(guò)往車輛打滑、制動(dòng)長(zhǎng)度明顯增長(zhǎng)等，造成嚴(yán)重的交通事故，引發(fā)大面積交通擁堵、道路封閉等情況。降低了公路前期投資的回報(bào)，也影響了公路運(yùn)輸生產(chǎn)效率，且嚴(yán)重影響公路運(yùn)輸安全，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。目前國(guó)內(nèi)外及鄰近省進(jìn)行了公路瀝青混合料用融雪材料相關(guān)研究及應(yīng)用，甘肅地處內(nèi)蒙古高原、青藏高原和黃土高原交匯地帶，迫切需要在主動(dòng)改善瀝青混凝凝土路面溫度性能方面進(jìn)行探索，研究提高瀝青混凝土路面對(duì)環(huán)境條件適應(yīng)能力，減輕高溫天氣、低溫雨雪冰凍天氣對(duì)路面的破壞及通行影響。文章在已有相變材料研究的基礎(chǔ)上，通過(guò)實(shí)際試驗(yàn)及分析，對(duì)瀝青混合料用相變材料及其技術(shù)要求，自調(diào)溫瀝青混合料調(diào)溫效果于路用性能等進(jìn)行了系統(tǒng)的研究分析。

1 項(xiàng)目概況

G30 連霍高速公路永（昌）至山（丹）段位于甘肅省河西走廊地區(qū)，是連接甘肅東西方向的主要交通要道，也是國(guó)家“五縱七橫”主骨架公路，同樣也是連云港至霍爾果斯在甘肅境內(nèi)西部地區(qū)的主要路段。該項(xiàng)目所在地處河西走廊，深居河西戈壁沙漠地區(qū)，氣候干燥，全年雨量比較少，全天日照充足，蒸發(fā)量大、多風(fēng)沙。四季的氣候特點(diǎn)是：冬季寒冷而漫長(zhǎng)，夏季炎熱而短暫、春季升溫快、多大風(fēng)、秋季降溫快，在全國(guó)公路氣候自然分區(qū)中屬于西北干旱Ⅳ區(qū)（即Ⅳ2 綠洲～荒灘過(guò)干區(qū)）。本次維修項(xiàng)目選取G30 連霍高速公路SK2123+900-SK2125+000 段作為試驗(yàn)路段，長(zhǎng)度共計(jì)1.1km。采取對(duì)原瀝青面層銑刨5cm，清掃后裂縫處治，進(jìn)行路基沉陷處治，做1cm 改性瀝青應(yīng)力吸收層，然后鋪筑4cm高性能改性瀝青混凝土Sup-13（摻配0.35%DTC相變材料）。

2 路面溫度檢測(cè)結(jié)果及分析

2.1 高溫路面溫度檢測(cè)

本次高溫路面溫度檢測(cè)，主要是對(duì)已鋪筑通車的G30 連霍高速SK2123+900～SK2125+000 段進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)路面溫度檢測(cè)，并在同環(huán)境下對(duì)相鄰路段的普通瀝青路面也進(jìn)行路面溫度對(duì)比檢測(cè)。檢測(cè)時(shí)間選取在環(huán)境溫度和路面溫度最高的時(shí)間段對(duì)路面溫度進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)設(shè)備采用FLUKE—TIS55 型手持式紅外熱像儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的工作。

本次檢測(cè)選取SK2124+000～SK2125+000 段共計(jì)1km，選取10 個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行路面溫度檢測(cè)，在相同環(huán)境下與之相對(duì)應(yīng)的XK2124+000～XK2125+000 段的普通瀝青路面選取10 個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行路面溫度的對(duì)比，如圖1 所示。

圖1 2019 年8 月路面溫度對(duì)比

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)路面溫度檢測(cè)，當(dāng)G30 連霍高速環(huán)境溫度為28.6℃時(shí)，相變材料瀝青路面路表溫度為45.8℃，普通瀝青路面路表溫度為52.4℃，同比溫度降低了6.6℃。起到了高溫降低路面溫度的作用。

2.2 低溫路面溫度檢測(cè)

本次低溫路面溫度檢測(cè)，主要是對(duì)已鋪筑通車的G30 連霍高速SK2123+900～SK2125+000 段進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)路面溫度檢測(cè)，并在同環(huán)境下對(duì)相鄰路段的普通瀝青路面也進(jìn)行路面溫度對(duì)比檢測(cè)，檢測(cè)設(shè)備采用FLUKE—TIS55 型手持式紅外熱像儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的工作。

本次檢測(cè)選取SK2124+000～SK2125+000 段共計(jì)1km，選取10 個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行路面溫度檢測(cè)，在相同環(huán)境下與之相對(duì)應(yīng)的XK2124+000～XK2125+000 段的普通瀝青路面選取10 個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行路面溫度的對(duì)比，如圖2 所示。

圖2 2019 年11 月路面溫度對(duì)比表

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)路面溫度檢測(cè)，G30 連霍高速試驗(yàn)段環(huán)境溫度為8.8℃時(shí)，相變材料瀝青路面路表溫度為11.4℃，普通瀝青路面路表溫度為6.9℃，同比溫度升高了4.5℃。起到低溫下路面釋放潛熱的作用，有利于消除公路薄雪、黑冰、凍雨冰層、冰凍層產(chǎn)生。

2.3 路面溫度月度跟蹤檢測(cè)

按不同時(shí)間點(diǎn)，在相同環(huán)境下，分別對(duì)上行相變材料路面和下行普通路面進(jìn)行溫度檢測(cè)分析，同一橫斷面處選取1m2的檢測(cè)區(qū)，在每一個(gè)測(cè)區(qū)中隨機(jī)檢測(cè)10 個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)量?jī)x器采用紅外測(cè)溫儀和紅外熱像儀測(cè)量路表溫度，在相同環(huán)境下對(duì)比相變材料路面和普通路面的溫度對(duì)比分析，如圖3 所示。

圖3 不同時(shí)間階段路面溫度對(duì)比

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)路面溫度檢測(cè)，相變材料路面溫度在40至45℃時(shí)，能夠及時(shí)儲(chǔ)存熱量，調(diào)節(jié)降低路面溫度，延長(zhǎng)瀝青路面在適宜溫度工作的時(shí)間，改善瀝青混合料的工作環(huán)境，延緩由于高溫等造成破壞。相變材料路面溫度能-4 至10℃時(shí)，相變材料能夠釋放相變潛熱，調(diào)節(jié)路面溫度，消除公路黑冰、凍雨冰層、冰凍層產(chǎn)生，提高冬季瀝青路面的行車安全性。

3 路用性能檢測(cè)

本次對(duì)G30 連霍高速自調(diào)溫融冰雪試驗(yàn)段跟蹤檢測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)指標(biāo)的檢測(cè)主要包括路面滲水系數(shù)、構(gòu)造深度、摩擦系數(shù)這三個(gè)方面。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果分析運(yùn)營(yíng)后各試驗(yàn)段技術(shù)指標(biāo)與鋪筑初期的差值。檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 路用性能檢測(cè)表

通過(guò)本次檢測(cè)數(shù)據(jù)與初期檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，摩擦系數(shù)、構(gòu)造深度、滲水系數(shù)和均未出現(xiàn)較大的衰減值，整體的路用性能指標(biāo)較好，滿足規(guī)范要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

自調(diào)溫融冰雪相變材料對(duì)瀝青混合料起到溫度的調(diào)控作用，使瀝青混合料在相變調(diào)溫劑的相變溫度范圍內(nèi)，利用相變調(diào)溫劑在降溫過(guò)程中釋放相變潛熱、升溫過(guò)程中儲(chǔ)存相變潛熱的特性，主動(dòng)調(diào)控自身的工作溫度，達(dá)到了減小環(huán)境溫度對(duì)瀝青混合料工作溫度的影響，延長(zhǎng)工作溫度內(nèi)的工作時(shí)間，延緩瀝青路面降溫時(shí)間，改善瀝青路面的工作環(huán)境的目的。經(jīng)過(guò)實(shí)際工程應(yīng)用表明，高溫季節(jié)能夠儲(chǔ)存熱量，降低路面溫度6.6℃，延緩路面高溫造成車轍等病害；低溫溫度時(shí)能夠釋放熱量，提高溫度4.5℃左右，可減少低溫路面受的影響，延緩瀝青路面溫度收縮裂縫病害的產(chǎn)生；通過(guò)檢測(cè)數(shù)據(jù)與初期檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，摩擦系數(shù)、構(gòu)造深度、滲水系數(shù)和均未出現(xiàn)較大的衰減值，整體的路用性能指標(biāo)較好，滿足規(guī)范要求。