基本信息
- 項目名稱：
- 基于自融技術(shù)的瀝青路面冰雪抑制材料
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 我國四分之三的國土屬于冬季積雪地區(qū)，在道路積雪的情況下，汽車剎車失靈、方向失控，造成嚴重的交通事故。針對傳統(tǒng)除冰雪技術(shù)存在的缺陷，本作品采用主動式除冰雪思路，消除冰雪-路面粘結(jié)層，自下而上融雪化冰。 作品研究了冰雪抑制材料的結(jié)構(gòu)和材料組成，研究了冰雪抑制材料對瀝青混合料路用性能的影響，提出了冰雪-路面粘結(jié)抑制效果評價方法。 該材料將廣泛應用于高等級公路、市政干道及機場道面等工程。
- 詳細介紹：
- 本作品針對國內(nèi)道路除冰雪技術(shù)存在的不足及對冰雪-路面粘結(jié)機理分析，提出高效消除冰雪-路面粘結(jié)層清除冰雪的新思路。通過對不同材料組成對冰雪抑制材料的緩釋和溶析分析，及冰雪抑制材料對瀝青混合料路用性能的影響，提出冰雪抑制材料的合理組成，開發(fā)出具有自融雪功能的，并在路表存在冰雪時生成液膜來隔離冰雪-路面界面的冰雪抑制材料。 作品主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下： 1．通過對冰雪抑制材料載體（E和F）的研究，分析了載體組成與材料性能之間的關(guān)系，確定了冰雪抑制材料最合適的載體； 2．在對冰雪抑制材料有效成分最佳含量的研究中，研究結(jié)果顯示：有效成分越高，添加劑的緩釋越快，瀝青混合料的鹽分溶析量越大，而對應的馬歇爾試件鹽分溶析量也越大； 3．試驗研究了改性劑（A、B、C三組分）對冰雪抑制材料性能的影響，并確定了冰雪抑制材料中A、B、C各組分含量。A組分含量越高，材料緩釋效果越好，有效成分釋放速率越低，瀝青混合料溶析越慢。這是由于改性劑A組分能降低冰雪抑制材料與水的潤濕性，保證自融雪瀝青混合料的耐久性。隨著B組分含量的變化，材料緩釋效果先增后降，B組分是一種易水解材料，B含量較少時，功能分子鏈間形成牢固的化學鍵，降低有效成分溶出速率，而B組分較多時，分子鏈富余，遇水溶解，加速冰雪抑制材料溶解速率。C組分對材料的緩釋效果基本無影響，但對瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度影響較大：C組分含量越高，殘留穩(wěn)定度越高，但C組分增加會降低有效分的相對含量； 4．作品研究了摻有冰雪抑制材料的瀝青混合料的路用性能。結(jié)果顯示，摻有冰雪抑制材料的瀝青混合料的低溫性能基本保持不變，而高溫性能略有下降，水穩(wěn)定性有所增加；使用本作品研發(fā)的冰雪抑制材料的瀝青路面，與傳統(tǒng)除冰雪技術(shù)相比，能夠節(jié)約62.9%的融雪鹽用量，從而大大降低對環(huán)境的危害； 5．作品研究了冰雪-路面的粘結(jié)抑制性能。結(jié)果顯示，冰雪抑制材料摻量、環(huán)境溫度、降雪時間三個因素對冰雪-路面間液膜厚度影響較大； 6．通過試驗路鋪筑發(fā)現(xiàn)，本作品研發(fā)的冰雪抑制材料不會降低瀝青路面的使用性能，各項指標均能滿足現(xiàn)行瀝青路面技術(shù)規(guī)范要求；經(jīng)過冬季觀測，試驗路段很好的達到了預期目標。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 【發(fā)明目的】 (1)消除冰雪-路面粘結(jié)層，防止粘結(jié)層產(chǎn)生粘結(jié)力； (2)在積雪結(jié)冰期間抑制路面冰雪凍結(jié)，提高路面行車安全性能； (3)溶解路表微觀結(jié)構(gòu)和空隙中殘留的冰晶，防止“黑冰”結(jié)構(gòu)； (4)減少道路除冰雪的融雪鹽用量，提高融雪化冰效率； (5)減緩被動融雪技術(shù)對環(huán)境和結(jié)構(gòu)造成的危害； 【創(chuàng)新點】 (1)提出采用消除冰雪-路面粘結(jié)層的思路； (2)自行設計了冰雪抑制材料的結(jié)構(gòu)及組成，成功研發(fā)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-瀝青路面粘結(jié)抑制效果的評價方法與指標； 【關(guān)鍵技術(shù)】 (1)冰雪抑制材料的結(jié)構(gòu)及抑制材料的優(yōu)化； (2)摻加冰雪抑制材料的瀝青混合料路用性能； (3)抑制效果的評價方法與指標確定； (4)添加冰雪抑制材料的瀝青混合料施工技術(shù)； 【主要技術(shù)指標】 (1)改性劑（A、B、C三組分）含量； (2)冰雪抑制材料的級配組成； (3)含冰雪抑制材料的瀝青混合料路用性能； (4)除冰雪用鹽量與土壤含鹽量控制； (5)冰雪抑制效果預估（冰雪-路面間液膜厚度，抗凍溫度）；
科學性、先進性
- 【科學性】 (1)基于力學和物理化學原理，提出了消除冰雪-路面粘結(jié)層的思路 (2)基于物質(zhì)表面潤濕理論，設計并開發(fā)了滿足瀝青混合料路用性能的冰雪抑制材料 (3)基于稀溶液依數(shù)性，提出了冰雪抑制效果的評價方法與指標 (4)基于瀝青路面結(jié)構(gòu)行為理論，對路面瀝青混合料的材料組成進行了改性處理 【先進性】 (1)和傳統(tǒng)除冰雪技術(shù)比 ①技術(shù)路線不同 傳統(tǒng)方法采用被動式技術(shù)思路，本作品采用主動防御式除冰路線 ②工作原理不同 傳統(tǒng)方法主要單一采用化學或物理原理，本作品結(jié)合化學融冰雪和物理破冰原理 ③融冰雪方向不同 傳統(tǒng)融冰雪方向自上而下，本技術(shù)方向自下而上 ④作用時期不同 傳統(tǒng)除冰雪時期在冰雪災害后，本作品與冰雪天氣同時發(fā)生 ⑤行車安全性提高 ⑥除冰鹽用量減少 ⑦經(jīng)濟性更節(jié)約 ⑧環(huán)保性更好 ⑨應用范圍不同 (2)和其他主動除冰雪技術(shù)比 ①相對于熱力除雪技術(shù)，方法簡節(jié)約單能源②相對于彈性表層破冰技術(shù)，效率更高，效果更好③相對于國外鹽化物路面，路用性能更優(yōu)
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 本作品與2011年4月15日，經(jīng)教育部科技查新工作站查新鑒定，國內(nèi)尚無與本作品內(nèi)容相同的文獻報道； 本作品于2011年4月，獲**大學第七屆“挑戰(zhàn)杯”大學生課外學術(shù)科技作品競賽特等獎； 本作品于2011年6月，獲**省第*屆“挑戰(zhàn)杯”大學生課外學術(shù)科技作品競賽特等獎；
作品所處階段
- 目前，冰雪抑制材料已經(jīng)成功進行了中試生產(chǎn)，并在高速公路中成功應用，作品及技術(shù)處于應用推廣階段。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 技術(shù)合作
作品可展示的形式
- 實物、圖像、樣品、現(xiàn)場演示等
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 【技術(shù)優(yōu)勢】 (1)技術(shù)與理念先進 提出了消除冰雪-瀝青路面粘結(jié)層的新思路；提出了“自下而上”的除冰雪理念；采用了主動式的自融雪技術(shù)；綜合利用了物理與化學原理用于道路除冰雪技術(shù)；增強了路面在降雪初期、中期的道路服務能力；大大降低了冬季除冰雪材料用量與成本 (2)市場前景廣闊 我國四分之三的國土屬于冬季積雪地區(qū)，本技術(shù)適用于高等級瀝青公路、市政道路、機場跑道等工程，具有廣闊的市場前景和應用價值 【適用范圍】 (1)高等級瀝青公路；(2)市政干道、公交車道；(3)機場跑道；(4)寒冷經(jīng)常發(fā)生凍雨天氣的地區(qū)等 【推廣前景】 冬季除冰雪問題是高等級公路、市政干道，機場跑道等工程難題之一，本技術(shù)具有廣闊的市場前景 【經(jīng)濟效益】 可節(jié)約60%除冰鹽，經(jīng)濟效益巨大
同類課題研究水平概述
- 一、被動式除冰雪技術(shù) 傳統(tǒng)道路除冰雪技術(shù)又稱被動式除冰雪技術(shù)，主要包括撒布除冰鹽，人工除冰雪和機械除冰雪技術(shù)等。 （1）撒布融雪鹽基本原理是通過撒布融雪鹽，降低路表冰點使冰雪融化從而達到融雪的目的。但其對環(huán)境和路面破壞較為嚴重，已有的資料表明，其對路表行駛的汽車底盤的金屬也有一定腐蝕，此外，含氯融雪鹽對道路兩側(cè)的植被、土地都會造成一定的破壞。 （2）人工及機械鏟雪的顯著優(yōu)點為清除積雪較為干凈，缺點是效率低下，費用較高，影響車輛通行以及行車安全等。由于機械鏟雪并不能徹底清除路面微觀紋理及空隙中存在的冰晶，會形成“黑冰”結(jié)構(gòu)，造成行車安全事故。 二、主動除冰雪技術(shù) 主動除冰雪技術(shù)則從路面內(nèi)部出發(fā)，從改變路面結(jié)構(gòu)等方法清除冰雪，主要有熱能融雪、彈性表層破冰以及鹽化物融雪等。 (1)熱力融冰雪路面主要利用熱能融冰化雪，目前主要有太陽能融雪，地熱能及熱水管道融雪以及導電路面融雪等幾種。太陽能融冰雪技術(shù)從設計理論上講是最完美的道路融冰雪方法，但是由于太陽能蓄熱-放熱系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)難題尚未解決以及系統(tǒng)裝備費用高等問題，從理論設想到工程實際應用尚需時日。地熱能及熱水管道融雪以及導電路面融雪其優(yōu)點是融雪化冰速度快，缺點是耗熱量大，消耗大量能源。 (2)彈性表層破冰路面利用冰雪屬于脆性材料，在行車荷載作用下變形量小，易于破碎的特點，在路表鋪設一層彈性變形能力強的彈性材料。該類材料在行車輛荷載作用下發(fā)生彈性變形，冰雪性脆發(fā)生斷裂和破碎，進而達到破冰除雪的目的。 (3)鹽化物融冰雪路面最早起源于歐洲。此類技術(shù)的主要方法均是在路面中添加鹽化物。瑞士在路面中添加了Verglimit材料，此類材料為固體顆粒，在路面結(jié)構(gòu)中通過路表行車磨耗，鹽分逐漸積累和殘留在路表，在有降雨或降雪情況下，能夠起到提前融雪化冰的作用。日本在路面中添加Mafilon粉體，通過取代礦粉摻入瀝青混合料，在冬季降雪條件下析出鹽分，起到延遲路表凍結(jié)的作用。瑞士的鹽化物路面鹽分析出主要靠行車磨耗，鹽分析出量有限，并未能在世界范圍內(nèi)的到應用。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-路面粘結(jié)層的危害 （1）破壞粘結(jié)層對路面結(jié)構(gòu)造成損害（2）鏟除路表冰雪后殘留冰晶（3）融雪鹽需穿過粘結(jié)層（4）行車荷載失去破冰作用
