融雪除冰抗滑路面材料制備及結構設計.pdf

1、路面積雪往往會使交通中斷，給國民經濟和人民生活帶來重大的影響，特別是隧道出入口匝道的大坡度路段，路面的積雪、冰凍更易造成嚴重的交通事故。急需開發(fā)具有融雪除冰、抗滑性能優(yōu)異與路用性能良好的瀝青路面材料。本文依托國家“863”項目（2006AA11Z117）及武漢市過江隧道路面鋪裝工程，針對隧道匝道出入口路面坡度大，冬季結冰易造成交通事故的特點，提出以自主研發(fā)的高粘度改性瀝青制備動穩(wěn)定度高、抗剪強度高、抗凍融循環(huán)好、構造深度大、耐老化好的S

2、MA混合料為基體，摻加石墨與炭纖維復合導電相材料，形成以導電通道效應為主的導電加熱融雪除冰路面的設計方法。研究了石墨和炭纖維摻量對SMA電阻率的影響規(guī)律，石墨和炭纖維對SMA混合料電學性能的改善均存在滲流現(xiàn)象，石墨摻量低于其滲流閥值時，SMA電阻率隨石墨摻量變化較慢，當石墨摻量達到其滲流閥值附近時，SMA電阻率急劇下降，超過其滲流閥值后，SMA電阻率隨石墨摻量變化趨于緩慢。制備導電融雪除冰路面炭纖維和石墨摻量宜分別控制在2.0‰及30％

3、，混合料電阻率宜控制在10Ωm以下。通過對導電SMA混合料的SEM試驗以及電阻率測試分析，探明SMA混合料的導電機理，為導電通路效應、隧道效應和場致發(fā)射效應三者共同作用的結果。當石墨摻量低于10％時，導電SMA混合料的導電機理以隧道效應為主，當外界電壓較大時，場致發(fā)射效應也會對其導電性產生一定的影響；當石墨摻量達到其滲流閥值時，導電通路效應和隧道效應共同存在；當石墨摻量超過30％以后，導電SMA混合料內部形成了三維導電網絡，導電通道效應

4、為其主要導電機制。對導電瀝青混合料的電學性能研究表明：隨著石墨摻量的增加，導電瀝青混合料對溫度的敏感性逐漸降低。而其Ⅴ—Ⅰ特性則主要與外界電壓及導電顆粒接觸幾率有關。導電路面融雪除冰效果主要取決于輸入功率、導電瀝青混合料的電學性能以及外部環(huán)境。提出以剛性基層+AC—25C+高抗車轍AC—20C+導電SMA-13的隧道融雪除冰路面結構設計方案；采用高抗車轍AC—20C瀝青混合料以保證瀝青路面的彎沉值及層間剪應力。且在各結構層間噴灑高粘度改

5、性瀝青粘結層，其不僅能防止水的滲入，還能延緩基層反射裂縫向面層擴展。電路設計采用片狀銅網，以保證電極有效的工作性并提高導電瀝青混合料的層間抗剪切性能。本文研究的導電加熱融雪除冰路面材料在武漢市長江隧道口大縱坡路段進行了試驗段的鋪設，檢測結果混合料電阻率在10Ω·m左右，具有優(yōu)良的導電加熱融雪除冰性能，馬歇爾穩(wěn)定度在9kN以上，高溫動穩(wěn)定度在10000次/mm以上，構造深度1.2mm，具有優(yōu)異的抗剪、抗車轍、抗滑性能，滿足了工程設計要求。