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DTC道路相變調溫材料 在市政道路上的應用前景分析

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DTC道路相變調溫材料 在市政道路上的應用前景分析

2016-03-09 11:14:19

市政道路和橋梁是國民經濟和城市生活的重要命脈,隨著城市道路橋梁的發展和機動車數量的快速增長,冬季嚴寒和冰雪造成的交通事故也急劇增多,對民眾的生命財產危害觸目驚心。為此,采用一種新型道路材料來消除冬季冰雪對城市交通的危害,延長道路使用壽命顯得極為重要,現就 DTC(道路調溫材料)在市政道路橋梁上的應用前景及效益分析如下: 

一、DTC道路相變材料的調溫機理

為了消除路面凝冰的不利影響,通常采用以氯化鈉、氯化鈣為主的化學融雪劑來融冰除雪,其機理是鹽類物質可降低冰點,使雪在較低溫度下融化以便消除,此法雖然有效,但危害顯而易見,如城市綠化植物枯死,路面橋面破壞,金屬件受損,汽車輪胎使用壽命縮短,地下水質污染;盡管后來改進為環保型融雪劑,即在氯化鈣中添加高效緩釋劑和利于植物生長的添加劑,但危害并未完全消除。

DTC相變調溫材料是一種通過對植物的臨界萃取、冷凍離析,然后通過堿化、螯和等工藝,利用化學盾構的方式復合而成的新型化合物,作為一種調溫劑添加到瀝青混合料中,從本質上改變瀝青混合料對溫度的適應能力,其鋪設的路面像是穿上了一件“太空服”,利用相變材料的儲熱調溫機理,在不同溫度條件下進行相變調溫,在降溫過程中釋放相變潛熱,(圖1)在環境溫度低于8℃,大量釋放潛熱,是一般相變潛熱的20-30倍,升溫過程中儲存相變潛熱,主動調控瀝青路面溫度,改善瀝青混合料的工作環境,提高瀝青路面對極端氣溫、大溫差等適應能力,進行極端溫度“削峰填谷”(圖2),通過相變機理使道路具有消除黑冰、凍凝、冰雪效果,確保道路暢通,減少傷亡事故的發生;同時利用DTC的升溫儲熱,降溫放熱特性,減少路面應力生成(圖3),有效平抑熱脹冷縮產生高溫車轍,低溫開裂等現象,降低養護成本,延長瀝青路面使用壽命。

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二、DTC道路相變調溫材料的應用前景

隨著國民經濟的大力發展和城市化的快速推進,城市市政道路在經濟發展過程中發揮了重要作用,在社會生產與民眾生活中扮演著越來越重要的角色。改革開放以來,城市市政道路建設也駛入快車道,取得了很大發展,不僅里程大幅增加,規劃、布局更加合理,而且技術等級不斷提高,其中瀝青混凝土路面以其良好的平整度、舒適性和低噪音等優點而得到廣泛應用。然而,在我國北方地區冬季降雪頻繁,道路積雪、結冰給城市道路交通正常運營和人民生產生活帶來很多不便。據有關部門統計,我國道路交通事故中15%左右源于路面冰雪。冰雪路面不僅威脅司乘人員的生命安全,同時還會對過往車輛及交通設施造成嚴重破壞,甚至造成道路封閉。尤其是近年來由于城市居民生活水平顯著提高,家用轎車保有量急劇增加,如何保障道路暢通和行車安全,避免交通事故的發生,使用既有效又環保的路面抗凍結方法已經刻不容緩。2002年國際道路協會(PIARC)在日本舉行了國際冰雪道路技術大會,會議將抑制凍結瀝青路面作為冰雪道路主要研究方向。

DTC道路相變調溫材料作為抑制凍結路面材料,在應用過程中可以通過合理確定其相變溫度,主動調控瀝青混凝土路面與混合料的高溫、低溫、變溫速率等,有效平抑熱脹冷縮產生高溫車轍、低溫開裂等現象,有針對性的解決在不同區域氣溫狀況下的瀝青混凝土路面與溫度相關的不同危害。將DTC使用在市政道路的鋪設中可以從根本上解決降溫降雪對路面的危害,尤其是城市立交、陡坡路段、互通匝道、十字交叉路口等極易積雪、結冰路段,可有效防止路面積雪、結冰導致的車輛剎車打滑,不僅保障了民眾出行安全,更將產生巨大的經濟社會效益,擁有廣闊的應用前景。

三、DTC道路相變調溫材料的施工工藝

DTC相變調溫材料施工簡單,通用性好。該材料的添加既可以用于新建道路工程,又可以用于路面養護維修,其混合料的制備、施工、攤鋪方式都不需改變,不影響傳統工藝,添加非常簡單。

(1)DTC摻量

重量比=DTC:瀝青混合料=3.5:1000(單位kg)

(2)添加量計算方法

DTC在瀝青混合料拌合時直接摻入,不替代礦料和瀝青。瀝青混合料拌合樓每倉DTC用量根據摻量和每倉實際混合料摻量計算確定。如每倉實際產量為2000kg, DTC摻量為0.35%,則每倉DTC用量為7kg。

(3)投放方式及注意事項

相變調溫劑的摻入無需改變任何技術和設備條件,既可手工投放,也可機械自動添加。人工投放:拌合前先將相變調溫劑稱量好,裝入袋中,置于拌合樓投放處,然后通過觀察或預先加工好的投放口進行人工投放。機械自動投放:可以考慮投放相變調溫劑的輸送設備進行投放,通常實驗室或施工時用量較小,可采用人工計量后投放,現場拌合施工中,如果是大批的使用,可以考慮增加一臺計量相變調溫劑裝置,再經輸送設備進行投放。人工投放時應注意施工前確保拌合樓各項指標處于正常狀態,以保證相變調溫劑迅速的熔融分散;施工中,投放應按照設定時間和摻量穩定進行,確保不發生漏投、多投、錯投、投放時間錯亂等問題。

(4)瀝青混合料拌和時,在噴入瀝青前,從拌和機觀察口一次性將對應數量的DTC相變調溫劑投入拌合樓中,無需延長拌和時間。該材料對瀝青量、礦料和瀝青加熱溫度以及瀝青混合料出廠溫度無特殊要求,DTC瀝青混合料拌和,運輸、攤鋪、碾壓等施工工藝與現行規范相同。

四、DTC道路自調溫材料綜合效益分析

利用瀝青路面吸收太陽能是一種新型的能源利用技術,它涉及到道路能量的可持續發展、新型綠色能源的開發利用問題,在國內已有相變材料研究的基礎上,一種新型的道路相變調溫材料DTC已廣泛應用,即在瀝青混合料中添加路面相變調溫劑配置自調溫瀝青混合料,利用相變材料的相變潛熱特性,主動調控氣溫變化下的瀝青路面使用溫度,消除路面結霜、結冰難題,減輕冬季冰雪對道路交通的危害,平抑大溫差條件下道路結構的內應力,延緩道路材料老化,延長道路使用壽命等,與傳統融雪措施相比,具有重大經濟、生態、社會效益。

綜上所述,并結合DTC材料在美國、英國及國內多個省份道路應用效果及經驗表明,DTC自調溫相變材料通過利用太陽能達到融冰雪,防止路面結冰,確保城市道路在冰雪季節暢通;能有效提高道路安全,減少冰凍道路災害事故發生;該成果在道路鋪裝時直接添加,減少融雪劑應用,避免環境污染以及對綠化和土壤水質危害,降低道路維護成本和工人勞動強度,必將擁有廣闊的市場空間和應用前景。


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