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摘要
目的分析超疏水涂层在沥青路面应用时的抗凝冰性能，解决中国北方和高海拔地区路面结冰易引发交通事故的问题。方法以疏水纳米SiO2粉末和聚氨酯改性聚硅氧烷为主要材料，制备出超疏水SiO2/聚硅氧烷复合溶液，使用浸涂法在沥青马歇尔试件表面形成超疏水涂层。分析涂层的耐磨性、透光性、化学稳定性、疏水性等，同时模拟雨滴结冰试验、落锤除冰试验、低温抗冻试验，评价超疏水涂层的耐磨性、透明性、耐酸碱腐蚀性、抗凝冰性、易除冰性和低温抗冻性，并通过扫描电子显微镜对涂层表面形貌进行分析。结果当制备的超疏水复合溶液中纳米SiO2的质量分数为7.5%时，涂层的透光率为76.3%，水滴的接触角能达到160.9°±0.7°，即使试件表面被雨水冲刷5h，依旧可以维持一定的疏水性能。在低温箱中，将完整的试件与表面磨损的试件同时放置在-20～0℃环境下1h，完整试件的接触角仍大于150°，表面磨损的试件也能保持一定的疏水性能；在-5℃的低温箱中，将水滴匀速喷洒在完整的超疏水沥青混凝土试件和磨损试件表面，以模拟结冰，发现完整试件表面未出现结冰现象，磨损试件表面有少量结冰；即使超疏水沥青混凝土试件表面结冰，通过“落锤”试验模拟行车荷载对试件表面冰层进行冲击，冰层也可轻易除去。除此之外，使用Abaqus软件模拟超疏水沥青路面的除冰机理，对模型仅施加车辆荷载，计算得到冰层内部的最大拉应变为3.25×10-4，最大剪切应变为4.25×10-4，均大于冰层的极限破坏拉应变(2.2×10-4)和极限破坏剪切应变(2.4×10-4)。结论纳米SiO2粒子在涂层表面团聚形成了微纳粗糙结构，使涂层具有超疏水性。涂层的超疏水性可以降低水与路面之间的黏结力，使水滴落在超疏水沥青混凝土涂层表面时即刻滚落，有效减小了路面的结冰量，提高了沥青路面的抑冰、除冰性能。
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单位土木工程学院; 重庆交通大学
