一种融雪路面抗凝冰效果评价方法

1.本发明涉及公路路面性能测试的技术领域，尤其是一种融雪路面抗凝冰效果评价方法。


背景技术：

2.公路交通运输网络是保障客运快捷和物流通畅的重要基础设施，其中沥青路面已成为现阶段主要的路面结构形式。然而由于我国地区气候的多样性和复杂性，致使冬季冰雪对道路交通运输安全产生很大的影响。因此，为防止沥青路面出现积雪结冰的现象，往往会在路面上撒布融雪剂以降低结冰点，从而起到融雪效果。由于撒布融雪剂的工作效率较低，并且也会对四周环境产生一定的负面影响，在一定程度上限制了其广泛推广应用。针对该问题，融雪抑冰沥青路面已经成为国内外研究比较多的道路融雪方式，特别是随着环保型融雪剂和蓄盐载体融雪剂的广泛应用。
3.对比研究表明，国内外研究不同融雪剂对沥青或沥青混合料的性能影响较多，而对于融雪剂自融雪效果及耐久性的评价研究较少，这主要受限于评价方法局限性。目前最常用的抗凝冰评价方法主要有以下几类：力学评价方法主要是采用冰层破裂试验，通过落球冲击试验研究抗凝冰路面对冰层强度的影响，一般选用试件冰面开裂和破损状况评价融雪剂抗凝冰效果，该方法的破损状况评价受试验人员的主观影响较大，不同认知的试验员对其破损状况评价会产生显著的差异；物理评价方法主要是采用冻结时间，通过观察抗凝冰路面凝冰形成过程，即温度一定时试件达到全部冰冻所需时间，或者是一定温度、时间条件下试件结冰的质量。该评价方法的影响外因较多，对冰冻或结冰的状态难以统一定性描述，且不宜于连续定量检测，致使评价指标的误差较大，复现性不强。化学评价方法主要是采用试件表面盐化物的析出量对其进行评价，例如硝酸银法和释盐量法可以快速判断出路面是否含有盐化物，但是对于研究融雪剂含量对其混合料融雪效果影响程度进行定量评价时，其区分度不理想，且对非氯盐类盐化物不起作用。综上所述，不论中国还是国外，当前对于该技术较偏重于工程技术研究，对基础理论创新略显不足。


技术实现要素：

4.本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种融雪路面抗凝冰效果评价方法，基于水冰相变引起密闭空间中相对湿度的显著变化情况，能够快速且简便研究融雪剂的抗凝冰作用效果。
5.本发明采用的技术方案如下：
6.一种融雪路面抗凝冰效果评价方法，包括以下步骤：
7.s1、制备融雪路面混合料试件；
8.s2、将成型试件进行湿轮磨耗试验；
9.s3、将磨耗后的试件置于密闭容器内模拟环境条件；
10.s4、测定并采集密闭容器内的湿度变化曲线；
11.s5、确定相对湿度变化斜率k与最低湿度值rhmin；
12.s6、通过相对湿度变化斜率k与最低湿度值rhmin的变化情况评价融雪路面的抗凝冰能力。
13.可供选择的，所述步骤s2包括以下步骤：
14.s21、将成型的混合料试件置于湿轮磨耗仪磨耗；
15.s22、磨耗完成后清洗试件表面浮渣。
16.可供选择的，所述步骤s3包括以下步骤：
17.s31、将磨耗后的试件置于密闭容器底部；
18.s32、往试件表面注水；
19.s33、将湿度传感记录仪的探头固定于试件中心处的水面上方；
20.s34、将密闭容器在室温条件下放置一段时间；
21.s35、将密闭容器置于模拟结冰温度下冷冻。
22.可供选择的，所述湿度传感记录仪为外置探头湿度传感记录仪。
23.可供选择的，所述融雪路面混合料试件的形状为长方体或正方体或圆柱体。
24.可供选择的，所述密闭容器的形状与融雪路面混合料试件的形状一致。
25.可供选择的，所述湿度变化曲线为湿度-时间变化曲线。
26.可供选择的，所述相对湿度变化斜率k的确定方法为：根据湿度-时间变化曲线确定相对湿度变化斜率曲线的起始突变点(rh0,t0)和终止突变点(rh1,t1)，根据k＝(rh0-rh1)/(t0-t1)确定湿度变化斜率k。
27.可供选择的，所述最低湿度值rhmin的确定方法为：通过相对湿度-时间变化曲线的变化规律，确定当湿度变化幅度为
±
0.1％时，所对应的最小湿度值rhmin。
28.可供选择的，所述融雪路面的抗凝冰能力的评价方法为：相对湿度变化斜率k越小，最低湿度值rhmin越大，则其结冰速率相对越慢，抗凝冰效果越好。
29.综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
30.1、本发明所提供一种融雪路面抗凝冰效果评价方法，基于水冰相变引起密闭空间中相对湿度的显著变化，研究相对湿度-时间曲线变化趋势，从而评价融雪效果，以便对融雪抑冰沥青路面的评价研究提供参考价值。
31.2、本发明所提供一种融雪路面抗凝冰效果评价方法，提供一套具体的试验流程，能够对融雪剂抗凝冰性能进行合理、科学的对比研究分析。
附图说明
32.本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
33.图1是一种融雪路面抗凝冰效果评价方法的流程图；
34.图2是测试时的装置示意图；
35.图3是实施例中的相对湿度-时间变化曲线图。
36.图中：1-融雪路面混合料试件，2-防水密封材料，3-水，4-湿度传感记录仪的探头，5-湿度传感记录仪，6-密闭容器。
具体实施方式
37.下面结合附图，对本发明作详细的说明。
38.本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
39.本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
40.一种融雪路面抗凝冰效果评价方法，如图1、2所示，包括以下步骤：
41.s1、制备融雪路面混合料试件；
42.s2、将成型试件进行湿轮磨耗试验；
43.s3、将磨耗后的试件置于密闭容器内模拟环境条件；
44.s4、测定并采集密闭容器内的湿度变化曲线；
45.s5、确定相对湿度变化斜率k与最低湿度值rhmin；
46.s6、通过相对湿度变化斜率k与最低湿度值rhmin的变化情况评价融雪路面的抗凝冰能力。
47.其中，融雪路面混合料试件能够模拟实际路面的组成，能够使本方法的结论更加具有参考价值；湿轮磨耗试验能够用于模拟行车轮胎与路面的磨耗作用，检验融雪路面混合料试件能否满足行车磨耗的需要，从而能够保证所试验的融雪路面混合料试件是否符合使用需要，并且还能够加速混合料中融雪剂快速溶解于水中，提高抗凝冰效果的测定精度；置于密闭容器进行试验能够防止外界湿度对测试结果产生影响，从而能够保障测试湿度的稳定性，以便提高测试精度；通过湿度变化曲线能够得到相对湿度变化斜率k与最低湿度值rhmin，从而评价融雪路面的抗凝冰能力。
48.作为另一具体的实施方式，所述步骤s2包括以下步骤：
49.s21、将成型的混合料试件置于湿轮磨耗仪内磨耗；
50.s22、磨耗完成后清洗试件表面浮渣。
51.通过清洗表面浮渣能够防止浮渣对后续的测定结果产生影响，能够减小误差。进一步的，湿轮磨耗仪的转速为自转140r/min，公转为61r/min，磨耗时间为60s～180s。
52.作为另一具体的实施方式，所述步骤s3包括以下步骤：
53.s31、将磨耗后的试件置于密闭容器底部；
54.s32、往试件表面注水；
55.s33、将湿度传感记录仪的探头固定于试件中心处的水面上方；
56.s34、将密闭容器在室温条件下放置一段时间；
57.s35、将密闭容器置于模拟结冰温度下冷冻。
58.往试件表面注水后冷冻能够模拟冰雪天气下的路面，使本方法的结论更加具有参考价值；将湿度传感记录仪的探头固定于试件中心处的水面上方能够检测密闭容器中部的湿度，从而能够减小密闭容器外界所造成的影响，保障测试湿度的稳定性，以便提高测试精度；在室温条件下放置一段时间能够使融雪剂充分的溶于水中。进一步的，注水的水温为30℃～40℃，水面至试件表面的距离为1mm～3mm；湿度传感记录仪的探头至水面的距离为1mm～2mm；将密闭容器在室温条件下放置10min～20min；室温为20℃～25℃；模拟结冰温度为0
℃～-15℃。
59.作为另一具体的实施方式，所述湿度传感记录仪为外置探头湿度传感记录仪。外置探头湿度传感记录仪的传感器没有和显示屏以及电路部分一起，测量范围更广，并且适合用来测量相对小的空间。进一步的，所述湿度传感记录仪的测量精度为
±
1％rh(25℃)～
±
3％rh(25℃)，湿度显示分辨率为0.1％rh，湿度自动存储刷新时间为60s～180s，其工作温度要求在-20℃～+60℃，湿度范围在0％rh～100％rh。
60.作为另一具体的实施方式，所述融雪路面混合料试件的形状为长方体或正方体或圆柱体。进一步的，所述融雪路面混合料试件的形状为厚度为2cm～25cm，边长为20cm～30cm的长方体或正方体，或直径为20cm～30cm的圆柱体。
61.作为另一具体的实施方式，所述密闭容器的形状与融雪路面混合料试件的形状一致。能够保证试件与密闭容器的紧密结合。进一步的，所述密闭容器的形状为高度为5cm～30cm，内部尺寸边长为21cm～36cm的长方体或正方体，或直径为21cm～36cm的圆柱体。其中，融雪路面混合料试件的外侧与密闭容器之间设有防水密封材料，通过防水密封材料能够填充融雪路面混合料试件四周的空隙，从而使融雪路面混合料试件仅从表面注水，以模拟真实路面的情况，使本方法的结论更加具有参考价值。
62.作为另一具体的实施方式，所述湿度变化曲线为湿度-时间变化曲线。通过湿度-时间变化曲线能够比较结冰速率和抗凝冰效果，从而评价融雪路面混合料试件的抗凝冰能力。
63.作为另一具体的实施方式，所述相对湿度变化斜率k的确定方法为：根据湿度-时间变化曲线确定相对湿度变化斜率曲线的起始突变点(rh0,t0)和终止突变点(rh1,t1)，根据k＝(rh0-rh1)/(t0-t1)确定湿度变化斜率k。
64.作为另一具体的实施方式，所述最低湿度值rhmin的确定方法为：通过相对湿度-时间变化曲线的变化规律，确定当湿度变化幅度为
±
0.1％时，所对应的最小湿度值rhmin。
65.作为另一具体的实施方式，所述融雪路面的抗凝冰能力的评价方法为：相对湿度变化斜率k越小，最低湿度值rhmin越大，则其结冰速率相对越慢，抗凝冰效果越好。
66.下面列举一具体的实施例，对本发明提供的一种自融雪路面抗凝冰效果评价方法进行详细说明。
67.制备两组成型2cm
×
30cm
×
30cm的混合料试件，其中一组添加融雪剂，另一组作为对照组。
68.将成型的混合料试件置于湿轮磨耗仪，磨耗时间为60s，磨耗完成后清洗试件表面浮渣。
69.将磨耗后的试件置于容器底部，注入30℃的水，且水面至试件表面的距离为2mm。将密闭容器内的高精度湿度传感记录仪固定于试件中心，湿度传感器至水面的距离为1mm；最后将容器密闭，防止水汽外露，在室温条件下放置10min后置于-15℃环境条件下冷冻。记录相对湿度随时间变化曲线，如图3所示。
70.从图3中可以确定添加融雪剂试件的起始突变点(82,100)和终止突变点(664,94.1)，相对湿度变化斜率k1为0.010，最小湿度值rh1为93.8％；未添加融雪剂试件的起始突变点(64,100)和终止突变点(227,94)，相对湿度变化斜率k2为0.037，最小湿度值rh2为92.9％。可以看出，两种类型试件的测试值区分差异性显著，添加融雪剂后，水溶液表面相
对湿度变化斜率较缓，说明其结冰速率相对较慢，抗凝冰效果理想，能够对融雪剂抗凝冰性能进行合理、科学的对比研究分析。
71.本发明所提供的一种融雪路面抗凝冰效果评价方法，其原理如下：
72.水溶液中水分子时刻做无规则运动，水面中的水分子会运动到空气中形成蒸发，水分子越活跃，蒸发越快，水面相对湿度就越高；在低温条件下，一方面空气中的水蒸汽会凝华结冰；另一方面，水面逐渐结冰，水分子运动扩散能力显著降低，使得密闭容器中相对湿度逐渐降低。因此，当水溶液中的融雪剂含量不同时，其结冰的速率会体现出一定的差异性，其结冰速率越慢，水面蒸发就会持续进行，从而会影响到水面的相对湿度。
73.综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
74.1、本发明所提供一种融雪路面抗凝冰效果评价方法，基于水冰相变引起密闭空间中相对湿度的显著变化，研究相对湿度-时间曲线变化趋势，从而评价融雪效果，以便对融雪抑冰沥青路面的评价研究提供参考价值。
75.2、本发明所提供一种融雪路面抗凝冰效果评价方法，提供一套具体的试验流程，能够对融雪剂抗凝冰性能进行合理、科学的对比研究分析。
76.本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。