基本信息
- 项目名称：
- 基于自融技术的沥青路面冰雪抑制材料
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 我国四分之三的国土属于冬季积雪地区，在道路积雪的情况下，汽车刹车失灵、方向失控，造成严重的交通事故。针对传统除冰雪技术存在的缺陷，本作品采用主动式除冰雪思路，消除冰雪-路面粘结层，自下而上融雪化冰。 作品研究了冰雪抑制材料的结构和材料组成，研究了冰雪抑制材料对沥青混合料路用性能的影响，提出了冰雪-路面粘结抑制效果评价方法。 该材料将广泛应用于高等级公路、市政干道及机场道面等工程。
- 详细介绍：
- 本作品针对国内道路除冰雪技术存在的不足及对冰雪-路面粘结机理分析，提出高效消除冰雪-路面粘结层清除冰雪的新思路。通过对不同材料组成对冰雪抑制材料的缓释和溶析分析，及冰雪抑制材料对沥青混合料路用性能的影响，提出冰雪抑制材料的合理组成，开发出具有自融雪功能的，并在路表存在冰雪时生成液膜来隔离冰雪-路面界面的冰雪抑制材料。 作品主要研究内容和结论如下： 1．通过对冰雪抑制材料载体（E和F）的研究，分析了载体组成与材料性能之间的关系，确定了冰雪抑制材料最合适的载体； 2．在对冰雪抑制材料有效成分最佳含量的研究中，研究结果显示：有效成分越高，添加剂的缓释越快，沥青混合料的盐分溶析量越大，而对应的马歇尔试件盐分溶析量也越大； 3．试验研究了改性剂（A、B、C三组分）对冰雪抑制材料性能的影响，并确定了冰雪抑制材料中A、B、C各组分含量。A组分含量越高，材料缓释效果越好，有效成分释放速率越低，沥青混合料溶析越慢。这是由于改性剂A组分能降低冰雪抑制材料与水的润湿性，保证自融雪沥青混合料的耐久性。随着B组分含量的变化，材料缓释效果先增后降，B组分是一种易水解材料，B含量较少时，功能分子链间形成牢固的化学键，降低有效成分溶出速率，而B组分较多时，分子链富余，遇水溶解，加速冰雪抑制材料溶解速率。C组分对材料的缓释效果基本无影响，但对沥青混合料的残留稳定度影响较大：C组分含量越高，残留稳定度越高，但C组分增加会降低有效分的相对含量； 4．作品研究了掺有冰雪抑制材料的沥青混合料的路用性能。结果显示，掺有冰雪抑制材料的沥青混合料的低温性能基本保持不变，而高温性能略有下降，水稳定性有所增加；使用本作品研发的冰雪抑制材料的沥青路面，与传统除冰雪技术相比，能够节约62.9%的融雪盐用量，从而大大降低对环境的危害； 5．作品研究了冰雪-路面的粘结抑制性能。结果显示，冰雪抑制材料掺量、环境温度、降雪时间三个因素对冰雪-路面间液膜厚度影响较大； 6．通过试验路铺筑发现，本作品研发的冰雪抑制材料不会降低沥青路面的使用性能，各项指标均能满足现行沥青路面技术规范要求；经过冬季观测，试验路段很好的达到了预期目标。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 【发明目的】 (1)消除冰雪-路面粘结层，防止粘结层产生粘结力； (2)在积雪结冰期间抑制路面冰雪冻结，提高路面行车安全性能； (3)溶解路表微观结构和空隙中残留的冰晶，防止“黑冰”结构； (4)减少道路除冰雪的融雪盐用量，提高融雪化冰效率； (5)减缓被动融雪技术对环境和结构造成的危害； 【创新点】 (1)提出采用消除冰雪-路面粘结层的思路； (2)自行设计了冰雪抑制材料的结构及组成，成功研发出冰雪抑制材料； (3)提出了自下而上的道路除冰雪理念； (4)提出了冰雪-沥青路面粘结抑制效果的评价方法与指标； 【关键技术】 (1)冰雪抑制材料的结构及抑制材料的优化； (2)掺加冰雪抑制材料的沥青混合料路用性能； (3)抑制效果的评价方法与指标确定； (4)添加冰雪抑制材料的沥青混合料施工技术； 【主要技术指标】 (1)改性剂（A、B、C三组分）含量； (2)冰雪抑制材料的级配组成； (3)含冰雪抑制材料的沥青混合料路用性能； (4)除冰雪用盐量与土壤含盐量控制； (5)冰雪抑制效果预估（冰雪-路面间液膜厚度，抗冻温度）；
科学性、先进性
- 【科学性】 (1)基于力学和物理化学原理，提出了消除冰雪-路面粘结层的思路 (2)基于物质表面润湿理论，设计并开发了满足沥青混合料路用性能的冰雪抑制材料 (3)基于稀溶液依数性，提出了冰雪抑制效果的评价方法与指标 (4)基于沥青路面结构行为理论，对路面沥青混合料的材料组成进行了改性处理 【先进性】 (1)和传统除冰雪技术比 ①技术路线不同 传统方法采用被动式技术思路，本作品采用主动防御式除冰路线 ②工作原理不同 传统方法主要单一采用化学或物理原理，本作品结合化学融冰雪和物理破冰原理 ③融冰雪方向不同 传统融冰雪方向自上而下，本技术方向自下而上 ④作用时期不同 传统除冰雪时期在冰雪灾害后，本作品与冰雪天气同时发生 ⑤行车安全性提高 ⑥除冰盐用量减少 ⑦经济性更节约 ⑧环保性更好 ⑨应用范围不同 (2)和其他主动除冰雪技术比 ①相对于热力除雪技术，方法简节约单能源②相对于弹性表层破冰技术，效率更高，效果更好③相对于国外盐化物路面，路用性能更优
获奖情况及鉴定结果
- 本作品与2011年4月15日，经教育部科技查新工作站查新鉴定，国内尚无与本作品内容相同的文献报道； 本作品于2011年4月，获**大学第七届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛特等奖； 本作品于2011年6月，获**省第*届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛特等奖；
作品所处阶段
- 目前，冰雪抑制材料已经成功进行了中试生产，并在高速公路中成功应用，作品及技术处于应用推广阶段。
技术转让方式
- 技术合作
作品可展示的形式
- 实物、图像、样品、现场演示等
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 【技术优势】 (1)技术与理念先进 提出了消除冰雪-沥青路面粘结层的新思路；提出了“自下而上”的除冰雪理念；采用了主动式的自融雪技术；综合利用了物理与化学原理用于道路除冰雪技术；增强了路面在降雪初期、中期的道路服务能力；大大降低了冬季除冰雪材料用量与成本 (2)市场前景广阔 我国四分之三的国土属于冬季积雪地区，本技术适用于高等级沥青公路、市政道路、机场跑道等工程，具有广阔的市场前景和应用价值 【适用范围】 (1)高等级沥青公路；(2)市政干道、公交车道；(3)机场跑道；(4)寒冷经常发生冻雨天气的地区等 【推广前景】 冬季除冰雪问题是高等级公路、市政干道，机场跑道等工程难题之一，本技术具有广阔的市场前景 【经济效益】 可节约60%除冰盐，经济效益巨大
同类课题研究水平概述
- 一、被动式除冰雪技术 传统道路除冰雪技术又称被动式除冰雪技术，主要包括撒布除冰盐，人工除冰雪和机械除冰雪技术等。 （1）撒布融雪盐基本原理是通过撒布融雪盐，降低路表冰点使冰雪融化从而达到融雪的目的。但其对环境和路面破坏较为严重，已有的资料表明，其对路表行驶的汽车底盘的金属也有一定腐蚀，此外，含氯融雪盐对道路两侧的植被、土地都会造成一定的破坏。 （2）人工及机械铲雪的显著优点为清除积雪较为干净，缺点是效率低下，费用较高，影响车辆通行以及行车安全等。由于机械铲雪并不能彻底清除路面微观纹理及空隙中存在的冰晶，会形成“黑冰”结构，造成行车安全事故。 二、主动除冰雪技术 主动除冰雪技术则从路面内部出发，从改变路面结构等方法清除冰雪，主要有热能融雪、弹性表层破冰以及盐化物融雪等。 (1)热力融冰雪路面主要利用热能融冰化雪，目前主要有太阳能融雪，地热能及热水管道融雪以及导电路面融雪等几种。太阳能融冰雪技术从设计理论上讲是最完美的道路融冰雪方法，但是由于太阳能蓄热-放热系统等关键技术难题尚未解决以及系统装备费用高等问题，从理论设想到工程实际应用尚需时日。地热能及热水管道融雪以及导电路面融雪其优点是融雪化冰速度快，缺点是耗热量大，消耗大量能源。 (2)弹性表层破冰路面利用冰雪属于脆性材料，在行车荷载作用下变形量小，易于破碎的特点，在路表铺设一层弹性变形能力强的弹性材料。该类材料在行车辆荷载作用下发生弹性变形，冰雪性脆发生断裂和破碎，进而达到破冰除雪的目的。 (3)盐化物融冰雪路面最早起源于欧洲。此类技术的主要方法均是在路面中添加盐化物。瑞士在路面中添加了Verglimit材料，此类材料为固体颗粒，在路面结构中通过路表行车磨耗，盐分逐渐积累和残留在路表，在有降雨或降雪情况下，能够起到提前融雪化冰的作用。日本在路面中添加Mafilon粉体，通过取代矿粉掺入沥青混合料，在冬季降雪条件下析出盐分，起到延迟路表冻结的作用。瑞士的盐化物路面盐分析出主要靠行车磨耗，盐分析出量有限，并未能在世界范围内的到应用。瑞士的Verglimit和日本的Mafilon添入路面后均降低了路面的使用性能。 三、冰雪-路面粘结层的危害 （1）破坏粘结层对路面结构造成损害（2）铲除路表冰雪后残留冰晶（3）融雪盐需穿过粘结层（4）行车荷载失去破冰作用
