一种基于电导率测试的蓄盐沥青路面融雪化冰剩余寿命预测方法

本发明属于功能性路面服役性能评价，具体涉及一种基于电导率测试的蓄盐沥青路面融雪化冰剩余寿命预测方法。

背景技术：

1、在季节性冰冻地区及高寒地区，冬季道路表面易出现结冰、积雪现象，这会显著降低路面抗滑性能和车辆操纵稳定性，增加制动距离，诱发车辆打滑、追尾及侧翻等交通事故，严重威胁道路通行安全和运行效率。为减轻冰雪天气对道路交通的不利影响，工程上提出并应用了蓄盐沥青路面技术，通过在沥青混合料中预先掺入含氯盐的蓄盐材料，使路面在雨雪、低温或结冰条件下能够持续释放盐分，降低路表水冰点，从而延缓结冰并促进冰雪融化。与传统人工撒布融雪剂相比，蓄盐沥青路面具有自动融雪除冰、减少人工干预、降低交通干扰、提升处置时效等优点，因此在寒冷地区道路中具有较好的应用前景。

2、然而，蓄盐沥青路面在长期服役过程中也存在明显的功能衰减问题。由于路面内部氯盐会在降水和融雪等作用下不断析出并逐步流失，其内部可发挥作用的氯盐总量会持续下降，进而导致路面的融雪除冰能力逐年减弱，最终导致融雪化冰功能失效。

3、目前，工程中常依据铺筑年限和使用经验，判断已投入使用的蓄盐沥青路面是否仍具备有效融雪化冰功能。由于在服役过程中，不同路段的交通量、排水条件、气候环境和路面空隙结构存在差异，氯盐流失速度也不相同。因此，依据铺筑年限和使用经验，判断蓄盐沥青路面是否仍具备有效融雪化冰功能，容易出现判断不准确的问题，并且该方法无法量化路面中氯盐的流失情况，难以据此预测融雪化冰剩余寿命。

4、通过路面内部氯盐残余量预测融雪化冰剩余寿命时，通常需要先检测路面混合料中的氯盐含量。现有检测方法主要包括滴定分析、离子色谱分析、离子选择电极分析等。上述方法检测精度较高，能够较直接地反映样品中的氯盐含量，但也存在明显不足：样品前处理流程较为繁琐，通常需要经过破碎、浸提、过滤、稀释、标定和化学分析等步骤；检测过程对仪器设备、试剂条件和操作人员专业能力要求较高；同时单次检测成本较大，不利于在蓄盐沥青路面上开展多点位的检测。

5、因此，亟需提供一种面向在役蓄盐沥青路面的融雪化冰剩余寿命的预测方法，使其能够以较简便、低成本的方式检测路面内部氯盐残余量，并将氯盐残余量与服役时间衰减关系相结合，实现对蓄盐沥青路面融雪化冰剩余寿命的定量预测。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种基于电导率测试的蓄盐沥青路面融雪化冰剩余寿命预测方法。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明提供一种基于电导率测试的蓄盐沥青路面融雪化冰剩余寿命预测方法，包括如下步骤：

4、s1、由设计文件确定待测蓄盐沥青路面使用的盐化物的主要成分，并配制一系列不同质量浓度的氯盐溶液：当盐化物主要成分为氯化钙时，配制氯化钙溶液；当盐化物主要成分为氯化钠时，配制氯化钠溶液。用电导率测试仪测定各溶液的电导率，建立电导率d与氯盐质量浓度c之间的线性关系；

5、s2、对已服役t0年的待测蓄盐沥青路面进行钻孔取芯，钻孔深度为路面上面层与中面层的总厚度，共获取n个芯样；

6、s3、对n个芯样分别进行干燥、破碎，然后称取质量为m(不少于200g)的试样置于体积为v(固液比为1：10～1：20)的去离子水中浸泡。当盐化物有温敏控释层包覆时，浸泡温度控制为0±1℃；当盐化物没有特殊包覆结构时，浸泡温度控制为45±1℃。在浸泡120h后，测量浸泡液电导率，得到n个芯样的浸泡液电导率值d1、d2……dn；

7、s4、根据s1中电导率d与氯盐质量浓度c之间的线性关系，将n个芯样的浸泡液电导率值d1、d2……dn换算为氯盐质量浓度c1、c2……cn，并结合浸泡液体积v及试样质量m，按计算得到n个芯样对应的单位质量氯盐残余含量m1、m2……mn；

8、s5、计算n个芯样对应的单位质量氯盐残余含量m1、m2……mn的平均值标准差σ和变异系数cv。当cv≤15％时，采用平均值作为待测路面的代表性单位质量氯盐残余含量m0；当cv>15％时，按计算m0。其中，λ为统计修正系数，当15％30％时，λ＝1.5。确定初始设计单位质量氯盐含量mr后，按计算得到当前氯盐残余比例p(t0)；

9、s6、基于当前氯盐残余比例p(t0)与已服役时间t0，按计算衰减系数k，并代入p(t)＝exp(-kt)，得到氯盐残余比例p(t)随服役时间t(单位为年)变化的衰减模型。当氯盐残余比例降低至预设阈值p(tf)时，认为路面融雪化冰功能失效，按计算融雪化冰功能的总持续时间tf，并按ts＝tf-t0计算蓄盐沥青路面融雪化冰剩余寿命ts。

10、所述步骤s2中的钻孔取芯尺寸为：直径优选为100mm，允许范围为100～120mm；钻孔深度为路面上面层和中面层的总厚度，从而使芯样中同时包含完整的蓄盐沥青混合料层，以及可能有氯离子迁移进入的相邻沥青混合料层。

11、所述步骤s2中的钻孔取芯位置确定方式如下：首先沿路线纵向确定钻孔横断面。在距路段起点100m处设置第一个钻孔横断面，并沿路线纵向每间隔200m设置一个钻孔横断面。然后，在每个钻孔横断面内设置取芯点，所述取芯点分别位于最右侧车道的右侧轮迹带，以及最左侧车道的左侧轮迹带。取芯点设置在靠近车道边界的位置，该区域受横坡排水、边部汇水、水膜增厚及车辆冲刷等因素影响，可溶性氯盐更易流失，因此有助于获得偏保守的融雪化冰寿命预测结果。

12、所述步骤s2中的钻孔取芯位置应避开标线、裂缝、坑槽、松散、泛油、明显修补区、施工接缝等不具有代表性的局部区域。当预定取芯位置位于上述区域时，取芯点可在距相应车道边界0.30～0.60m范围内进行横向调整，或沿道路纵向前后移动0.5～5.0m，以选择路面结构完整且无明显局部病害的位置进行取芯。

13、所述步骤s3中的烘干温度为60～80℃，烘干直至质量不发生变化。

14、所述步骤s3中的机械破碎后的粒径控制在5～15mm范围内。

15、所述步骤s3中的浸泡温度应根据待测混合料中盐化物的析出特性确定，以促进盐分充分、有效地析出至浸泡液中。在不同温度下，含t-sen的沥青胶浆的浸泡液电导率变化曲线如图2所示，可以看出，对于有温敏控释层包覆的盐化物(如t-sen等)，其在低温条件下盐分析出速率较高，因此浸泡温度应控制为0±1℃；与之相反，含lx-ii的沥青胶浆的浸泡液电导率变化曲线如图3所示，可以看出，对于未设置特殊包覆结构的盐化物(如lx-ii、mfl等)，其在高温条件下盐分析出速率较高，因此浸泡温度应控制在45±1℃。

16、所述步骤s3中浸泡时间确定为120h。为验证该浸泡时间的合理性，将3份质量均为200g的蓄盐沥青混合料试样分别置于2000ml去离子水中进行浸泡，并在浸泡120h后，每隔1h测定一次浸泡液的电导率，测试结果见表1。可以看出，3份试样在浸泡120h后，浸泡液电导率在每1h内的变化量均小于0.5ms/cm，表明浸泡液电导率已基本稳定，试样中的氯盐已基本析出至浸泡液中，因此确定浸泡时间为120h。

17、表1 3份试样浸泡120h后每1h电导率变化

18、

19、所述步骤s5中的初始设计单位质量的氯盐含量mr，是指蓄盐沥青路面建成初期，路面所含氯盐总质量与上面层和中面层混合料总质量之比，可通过设计文件、施工记录等进行计算。

20、所述步骤s6中的预设阈值p(tf)可依据试验标定、工程经验、地区养护标准确定；在本实施例中取0.15。

21、本发明的有益效果

22、(1)本发明通过电导率测试表征在役蓄盐沥青路面内部氯盐残余水平，并进一步预测融雪化冰剩余寿命，相较于滴定分析、离子色谱分析、离子选择电极分析等方法，减少了复杂的化学分析过程，具有检测流程简便、设备要求较低、检测成本较小、便于多点位检测的优点。

23、(2)本发明将氯盐残余含量检测结果，与路面氯盐衰减模型相结合，能够定量预测蓄盐沥青路面融雪化冰剩余寿命，有效避免了传统方法仅依据铺筑年限和使用经验进行判断所导致的准确性不足问题。