冷地科学技术

1、Lanzhou University of Technology毕 业 设 计（论 文）外文翻译 寒区科学技术学生姓名： 叶梦阳 学生学号： 13300401 专 业： 土木工程（道路方向） 班 级： 土木工程4班 指导教师： 李廉 日 期： 2017 年 4 月 1 日寒区科学技术相关的实验室和现场测试用于评估除冰和防冰化学品：对潜在方法的回顾Anburaj Muthumani a, Laura Fay a, Michelle Akin a, Shaowei Wang a, Jing Gong b, Xianming Shi aa Montana State University, Unit

2、ed States b Wuhan Polytechnic University, China摘要：已经进行了许多实验室和现场研究以评价除冰和防腐产品的性能和所得到的处理的路面的摩擦系数。 然而，由于实际现场条件下的温度，风，交通等变化，实验室结果通常不会转化为现场性能。 此外，现有的实验室测试未能解决实际现场环境中的所有重要问题，或提供除冰器的实际性能来指导从业者。 这项研究揭示了开发与现场结果相关的实验室测试的挑战以及文献综述和实践者访谈的结果可能有助于开发一种更好地模拟实际除冰器性能的测试方法。1.介绍制冰机产品一旦形成就用于除冰，同时使用防冰产品来防止冰块形成。已经进行了许多实验室和现

3、场研究来评估除冰和防冰产品（a.k.a.，除冰剂）的性能以及所得到的经处理的路面的摩擦系数。由于实验的容易性和低成本以及结果的相对高的再现性和可转移性，实验室测试已广泛用于定量除冰机性能。然而，实验室测试通常不会模拟实际的现场条件，如变化的温度，风和交通量，反过来又不能提供除冰和防冰产品的实际性能。在实验室测试中，实地测试对于复制实际条件是理想的。然而，由于现场环境中不断变化的条件，某些变量难以控制或甚至记录，这可能是昂贵的和难以复制的。在这种情况下，实验室和实地实验需要仔细设计，以涵盖所有相关变量，从而可以开发更好的相关性。虽然在实验室环境中有测试方法来量化除冰机的性能，但结果往往不会转化为

4、现实。在现实世界中有许多参数可能在冬季维护中使用的除冰产品的有效性方面发挥作用。这些包括交通，路面类型和条件以及气象条件（如图1所示）。交通的数量和类型影响道路状况，路面温度，类型，质地和状况。重要的气象条件包括空气温度，风速和方向，太阳辐射，湿度，降水速率和降水类型，积雪量等。除冰剂的物理化学性质如灰分（固体），保温和发射性能。在这个时候，没有实验室测试方法可以直接与除冰机产品在现场的性能和摩擦相关联的除冰或防冰性能和摩擦系数。因此，现有的实验室测试只能提供一个基准，以便在良好控制条件下对比各种产品，并且需要谨慎使用此类测试得出的结果。本研究的目的是利用先前的研究为开发实验室测试，工具或方法

5、提供指导，以量化路面上的除冰机性能和摩擦系数，并与现场的结果相关联。为了完成这项工作，进行了文献综述，为实验室和现场测试的设计提供了方向。文献综述的目的是确定现有的实验室和现场测试方法来评估除冰机性能和路面摩擦系数，并提供可用于开发直接相关性的测试方法的指导。另外，在文献综述中确定的不同运输部门的关键人员或专家进行了面试，了解有关以前进行的实验室和实地研究，项目成本，设备设计和成本以及重要参数和性能特点的更多信息。Fig. 1. Schematic diagram illustrating the major parameters that influence the deicer perfo

6、rmance and friction coefficient on treated pavement.2.确定除冰机性能的试验方法除冰机性能可以用几种方式来描述，如：融化和渗透能力（用作反应策略时）。抗粘连能力（用作主动策略）时。到达露天路面的时间。持续存在于道路上，相对于其他产品的性能。在进行实验室和实地研究之前，根据用户需求明确界定“除冰机性能”一词。这将增强从实验室和现场测试获得的数据的有用性。在衡量冬季道路行动的有效性的背景下，表现措施或标准是重要的;然而，目前在这个问题上仍然缺乏共识。更实际的标准可能是实现裸露路面或实现一定程度的摩擦的时间;但它们并不像其他一些标准那样容易测量。同

7、样重要的是区分使用除冰机的优点与其他维护策略，如耕作操作和磨料扩散。冬季维护策略可能会随着当地道路天气情况，实践规则和其他限制而变化。因此，试图准确预测现场性能的实验室实验必须能够合理地模拟犁，除冰和/或防冰，以及看似无限数量的参数组合（如温度，交通水平和路面状况）可以在现场出现。1992年，战略高速公路研究计划（SHRP）主办了“评估化学剂测试方法手册”（以下简称“SHRP手册”）的制定工作，为除冰行为的八大主要特征提供了测试方法。产生了三种除冰性能试验方法：固体和液体除冰剂（SHRP H-205.1和H-205.2）的冰融化试验，固体和液体除冰剂的冰浸试验（SHRP H-205.3和H-2

8、05.4）， （SHRP H-205.5和H-205.6）（Chappelow et al，1992）分别进行了固体和液体除冰剂的冰底切试验。2.1冰融化试验SHRP冰融化试验（H-205.1和H-205.2）测量除冰剂随时间融化的冰量。在该测试中，将液体或固体除冰剂均匀地分散在制备的冰上，并将熔融的液体除去以进行体积测量（Chappelow等人，1992）。 SHRP手册对设定温度的变化（±0.5°F）有严格限制，并且还要求将冰面融化并重新冷冻以产生光滑均匀的冰样。在McElroy等进行的试验后，对SHRP冰融化试验进行了建模。 （1988a，b，c）。存在任何冰融化试验

9、所存在的固有困难，例如由于1）在冰腔内的夹带和2）冰表面和未溶解的除冰颗粒上的盐水的吸收，不能将整个熔融部分与剩余的冰分离。影响再现性的其他因素包括固体除冰剂溶解速率（也取决于颗粒大小）的依赖性以及相当准确测量所需的盐水量。因此，冰融化试验试图在产生足够的盐水以进行精确测量和避免太多除冰机之间取得平衡，这可能不代表公路作业的实际应用率（Chappelow等，1993）。几个作者根据其应用进行了几项修改，进行了SHRP冰融化试验。 Nixon等人（2005）进行了SHRP冰融化试验，通过在四个不同温度下改变水和除冰剂水平来比较七种液体除冰剂。该测试有助于在给定温度下根据熔融冰的体积提供最好的除冰

10、机（Nixon等，2005）。 Shi et al。 （2009）通过减少表面积（3.5cm半径）进行SHRP冰融化试验，以限制Chappelow等人推荐的吸收速率。 （1993）。结果表明，固体除冰剂的溶解速度取决于粒度和相当精确测量所需的盐水量，可能是影响重现性的一个因素。 Akin和Shi（2012）建议在应用后20和60分钟收集盐水体积的液体和固体除冰剂实施SHRP冰融化试验。此外，盐水体积应仅报告为最接近的十mL，变异系数至最接近的百分数，标准偏差最接近第十mL，以阻止从该测试方法确定的不适当的比较。推荐使用23NaCl的参考样品进行所有测试，以确定测试程序的可接受性。 Gerbin

11、o-Bevins（2011）发现，与其他类似研究相比，SHRP冰融化试验产生不一致的结果。这可能是由于在进行实验时出现不同的错误来源，并且可能需要很少的定制修改来适应特定应用。 Koefod（2009）发现两个实验室之间SHRP冰融化试验的合理比较，当试验持续时间从正常试验1 h延长到5和7 h时。虽然这段时间对于现场应用来说并不现实，但它确实显着提高了测试的重复性，并且可以允许比较替代除冰剂的更现实的方法。 Goyal等人（1989）在SHRP手册出版之前开发了一次冰融化试验。在这个测试中，研究人员使用吸墨纸来吸收和称重熔化部分。吸湿法似乎是一个合理的盐水收集方法，用于规定的冰融化试验。然而

12、，该测试对于连续测试是不期望的，因为熔融部分没有返回到冰样品。防冰材料实验室（AMIL）进行的另一项研究通过根据融化一定量冰所需的时间测量除冰机性能来修改冰融化试验。该测试方法“不定量测量液体或固体形式的即用型跑道除冰/防冰化学品的理论或延长时间冰融化能力”（防冰材料国际实验室，2012a）。2.2冰穿透测试SHRP手册中提出的SHRP冰穿透试验（H-205.3和H-205.4）由Chappelow等人开发（1992）来测试除冰者穿透冰的能力。在McElroy等进行的研究之后，对SHRP冰穿透试验进行了建模。 （1988b，1990）在Plexiglas®空腔中测量比重的固体除冰剂颗

13、粒的深度或30L液体除冰剂随时间渗透垂直的冰腔。染料提供了除冰机穿透入冰的视觉辅助。Nixon等人（2005年）对七台液体除冰器进行了SHRP冰穿透试验，由于交通在实际路况上的作用，他不建议使用本试验。交通可能会迫使冰机进入冰块或将其从道路上散开。 Shi et al。 （2009）进行了SHRP冰穿透试验，发现对于固体产品，单颗颗粒物理楔入冰浸装置。 Akin和Shi（2012）通过插入一种小而冷的金属工具代替染料来进行SHRP冰穿透试验，以测量除冰机的渗透。测试方法为从业者提供了非常有限的信息，并且由于除冰机/冰界面和盐水产生和渗透过程而具有固有的高变异性。此外，固体除冰剂的等级显着影响了

14、冰穿透试验结果，样品中存在固体除冰剂的单颗颗粒。AMIL进行的另一项研究通过根据渗透能力作为时间的函数测量除冰机性能来修改冰穿透试验。该测试方法“不定量测量液体或固体形式的即用型跑道除冰/防冰化学品的冰穿透能力的理论或延长时间”（防冰材料国际实验室，2012b）。2.3冰底切试验Chappelow等开发的第三次除冰机性能测试（1992）是SHRP冰底切试验（H-205.5和H-205.6），基于McElroy等开发的冰底切试验。 （1990）。在这个测试中，通过从底部到顶部缓慢冷却，在纹理表面（砂浆底物）上制备冰。为了测试固体除冰剂，将表面上加入一滴染料，将固体除冰剂置于染色区域的顶部。对于液

15、体除冰器，在冰面上形成小空腔，并将液体除冰剂溶液（与染料混合的除冰剂）填充到这些空腔中（Chappelow等人，1992）。 Shi et al。 （2009）对固体和液体产品进行了SHRP冰底切试验。该测试方法的结果提供了可用于指导现场应用的洞察力和性能数据。作者不建议使用这种测试方法来评估固体除冰剂由于重复性问题。此外，许多除冰器最初似乎是底切和破坏冰混凝土结合，但事实上，染料正在冰面上移动，只有出现底切。毛里求斯等人 （1995）通过使用试管开发了固体除冰剂的实验室试验。 使用连接到试管的电路确定除冰颗粒穿透和切下试管底部的冰的时间。 Akin和Shi（2012）修改了Mauritis等

16、人 （1995）通过比较平滑和粗糙化试管中的冰底切试验方法。 划痕和平滑试管的测试结果最终太过于可变，不能重复，足以进一步开发。 AMIL进行的另一项研究通过根据切削面积作为时间的函数测量除冰器性能来修改冰底切试验。 该测试方法“不定量测量液体或固体形式的即用型跑道除冰/防冰化学品的理论或延长时间冰底切割能力”（防冰材料国际实验室，2012c）。SHRP手册“评估化学除垢剂测试方法”中的测试被广泛用于表征除冰机性能。 许多研究人员对Chappelow等人设计的原始测试方法进行了修改。 （1992年，1993年），以改善结果。 至关重要的是要记住，SHRP测试不是设计成使得结果可以直接转化为现场

17、表现; 相反，SHRP测试可以深入了解产品之间的相对性能。 表1总结了除冰机性能通用试验方法的试验细节，优点和缺点。3. 共晶和有效积温共晶温度是除冰器溶液保持液体形式的最低温度。在雪或冰融化的过程中，除冰机被稀释，这可能导致稀释溶液在经历温度下降时再次冷冻。因此，共晶温度可以与除冰机的有效温度显着不同，因为后者对应于路面变冷的温度，并且其根据环境或其它条件而变化。例如，对于氯化钠，对于特定的道路状况，共晶温度为-21，有效温度为-9。遵循用于发动机冷却剂的ASTM标准D1177，2012程序来确定除冰器的相位曲线（Chappelow等，1992）。作为冷冻保护剂的一些有机专利添加剂加入除冰剂

18、中以减缓冷冻过程，但不降低水的凝固点。正如Koefod（2009）所说，冷冻保护剂“愚弄凝点测试”。在文献检索中没有发现有效温度的具体测试，尽管理论上可以通过修改的SHRP冰底切试验来计算有效温度，但是从现场经验的一致性更常见地报告。3.1差示扫描量热法（DSC）和喷水耐久试验Shi等人最初提出使用差示扫描量热法（DSC）热分析图来定量除冰机性能。（2009）基于Han和Bischof（2004）的工作，他们研究了盐水在生物系统中的冷冻和解冻。DSC温谱图提供了额外的信息，例如给定除冰机的液/固相转变期间的热流。来自DSC的这种热性能信息提供了比广泛使用的共晶曲线（共晶温度作为除冰剂浓度的函数

19、）的除冰机性能的机械性的洞察和更好的指示。 实验的其他细节可以在Shi et al。（2009）Akin and Shi（2012）发现，DSC的升温循环优于数据分析，因为冷却循环数据有时会受到过冷效应的干扰。喷水耐久性试验（WSET）比较飞机除冰产品的相对性能，并模拟冻干沉淀中的除冰液体行为。在SAE AS 5901中定义的标准WSET在气候控制室中进行。 在冰块铝板上以每小时每平方吋0.32mL的速度喷洒冷冻水的细雾，并记录形成冰或泥浆所花费的时间作为WSET时间。 高湿度耐久性测试是WSET的一种修改，它使用水分而不是冷冻水来记录高湿度耐久性。 可以修改WSET和高湿度耐久性测试方法来测

20、试路面，而不是飞机材料。表格1 冰融化，冰穿透和冰底切试验方法概述参考目的除冰或防冰;属性实验如何并入或模拟各种参数温度 路面，交通，湿度，长/短波辐射，风或降水优点缺点Chappelowal1992，Chappelowal1993McElroy et al., 1990Nixon et al., 2005冰融化试验（SHRP 205.1-2）冰穿透试验（SHRP 205.3-4）冰底切试验（SHRP 205.5-6）除冰手切削改性冰融化测试和冰渗透测试NaCl (s) & CaCl2 (s); NaCl (l), CaCl2 (l), ethylene glycol (l)NaCl

21、(s) & CaCl2 (s); NaCl (l), CaCl2 (l), ethylene glycol (l)NaCl (s) & CaCl2 (s); NaCl (l), CaCl2 (l), ethylene glycol (l)Deicing, CaCl2 pellets, CaCl2 flakes, NaCl (2 products), KCl, pelletized urea, NaCl with traces of carboxymethocellulos, mixture of NaCl with KCl and urea, mixture of NaCl a

22、nd urea,and CMANaCl brine (23%), CaCl2 brine, CMA, potassium acetate (KA), Ice Ban Ultra, Caliber M-1000, Mineral brine.5, 15, 25 °F (3.9, 9.4, 15 °C)5, 15, 20(s)/25(l)°F (15, 9.4, 6.7(s)/3.9(l)°C)solid 5, 25 °F (3.9, 15 °C); liquid 5, 15, 20, 25 °F (15, 9.4, 6.7,

23、3.9 °C)0, 5, 10, 15, 20, 25 °F (17.8, 15, 12.2, 9.4, 6.7, 3.9 °C)0, 10, 20, 30 °F (17.8, 12.2, 6.7, 1.1 °C)砂浆底物混凝土标本根据ASTM规格（ASTMC109-84），轻轻地扫帚成本低廉的测试时间推荐运行一式三份可以测试液体和固体*液体修改计算产品更准确可以测试液体和固体成本低廉的测试时间推荐运行五次重复。可以并排运行控件。成本低廉的测试时间推荐运行五次重复。可以测试液体和固体使用分析变得更容易的数字图像和计算机分析每个样本可容纳20次底

24、切试验测试使用较少的水/冰和更多除SHRP 205.1-2以外实现更大量的熔体。测试运行五次重复。仅砂浆路面类型考虑砂浆只有路面考虑类型底切重叠区域由于高而发生每个重复次数标本。没有可用数据收集0°F。冰穿透测试不推荐用作质量控制工具。Goyal et al., 1989Ganjyal et al., 2007Shi et al., 2009 (CDOT)Akin and Shi, 2012Mauritis et al. (1995)冰融化和冰渗透测试冰融化改性冰融化修改冰渗透测试修改冰底切试验改性冰融化修改冰渗透修改冰底切毛里求斯等人的测试(1995)冰底切试验Qwiksalt（N

25、aCl，s）与PCI（防腐剂）和FreezGard（MgCl 2，l）与PCI钠，钙和乙酰丙酸镁NAAC，峰值SFCMA，盐沙，IceSlicer，NaCl（r，s），CDOTMgCl 2共混物（1），Apex崩溃，冰山NAAC，峰SF，CF7，冰切片机，NaCl（r，s），CDOT MgCl 2共混物（1），Apex Meltdown，IceBanNAAC，峰值SF，CMA，CF7，NAAC / NaFm共混物，IceSlicer，NaCl（r，s），CDOT MgCl 2共混物（1），Apex Meltdown，IceBanNaCl (r, s), MgCl2 (r, s), CaCl2

26、(r, s), NaCl (l), MgCl2 (l), CaCl2 (l)NaCl (r, s), MgCl2 (r, s), CaCl2 (r, s), NaCl (l), MgCl2 (l), CaCl2 (l)CaCl2，MgCl2，NaCl，和三种类型的CMA23, 14, 0.4, 4 °F (5, 10, 18, 20 °C)32 to 5.8 °F (0 to 21 °C)32, 23, 0.4 °F (0, 5, 18 °C)32, 10.4, 4 °F (0, 12, 20 °C)32, 21.

27、2, 14, 3.2 °F (0, 6, 10, 16 °C)30, 15, 0 °F (1.1, 9.4, 17.8 °C)30, 15, 0 °F (1.1, 9.4, 17.8 °C)Range of 32 to 31 °F (0 to 35 °C)湿度：高（90-100）和低（5-20）交通：压实雪/冰至0.75g / cm 2湿度：26.6砂浆底物实验室和现场测试测试运行三次重复。测试运行三次重复。测试运行三次重复。Ran测试一式三份另外23NaCl控制只收集的数据是可视化的观察数字图像的熔体。不建议测试

28、固体除冰机成粒被困和未溶解。不建议测试固体除冰器重复性问题。不预测防冰产品能力。不推荐作为一种方法用于比较除冰机性能。结果高度可变。固体除冰剂的分级显着影响结果。测试不可重复验证测试。表2 剪切，剥离和报废试验总结参考目的除冰或防冰;属性实验如何并入或模拟各种参数温度 路面，交通，湿度，长/短波辐射，风或降水优点缺点Ashworth et al., 1989Adams et al., 1992Cuelho, 2010Bernardin et al., 1996, 1998Nixon and Wei, 2003界面剪切冰的强度试验形成在人行道上残留防冰属性防冰应用价格防冰性能耐刮擦性不同类型的冰

29、防冰，集中南达科他州的解决方案除冰机2号（SD2），CMA和NaCl。防冰，集中NaCl和CMA溶液防结冰，NaCl，CaCl2，MgCl2，乙酸钾，ag。 副产品抗粘连耐力测试，液体跑道除冰机：脲 - 乙二醇基，乙酸钾为主和FRIGOL实验室在23和5°F（-5和-15°C）实验室在24.8°F（-4°C）空气（A），路（P）风暴1：A23°F（-5°C），P32°（0°C）;风暴2：A14°F（-10°C）P 14°F（-10）;风暴3：A30°F（-1.1°C

30、），P32°（0°C）气候室在23°F（-5）和底物26.6°F（-3°C）受控冷室，温度在30.2,23，32°F（0°C）蒸馏水倒入铁氟龙环模拟冻雨;波特兰水泥混凝（PCC）底物自然陈年雪，筛选; 顺利石灰石和花岗岩优惠券用31磅/平方英寸的压缩雪10分钟天然雪，过筛0.04。上沥青和混凝土路面，表面光滑; 压缩在80psi下积雪5分钟冻雨 在混凝土板上，模压铝板，聚合物混凝土和环氧树脂涂层铝板。冷冻冰，大气冰和压实的积雪 具体每个衬底容纳两个标本允许八次测试打开房门。四种除冰机应用率（100,200,300,400）并

31、比较。进行参考测试确定的基材是干净的。自然雪比冰更现实，但年龄不同于新鲜的雪自然雪比冰更现实，但年龄不同于新鲜的雪不同的空气和路面温度空气和路面不同温度重量加到刮刀上进行模拟犁车的作用机场通过使用三种类型更为现实冰。只能考虑一种类型的冰，可以如果考虑重新冷冻就更现实冰，大气冰，并压实积雪一种路面无宏观纹理空气和路面都一样温度只考虑积雪，没有冰无宏观纹理较低的应用价格比领域粘合力不测量只是降雪时的温度只能考虑一种类型的冰，可以如果考虑重新冷冻就更现实冰，大气冰，并压实积雪测试不可重复，因为混凝土基材吸收部分除冰机和一些降水仅测试了一种路面。只有一个除冰机应用率McElroy et al., 19

32、90Kirchner, 1992Tazawa et al., 1992Schweizer, 1998在路面下不同的除冰化学应用除冰手切削和解散特性界面结合底切和解散特点界面结合冰与之间沥青混凝土高山行为雪下剪了slabavalanche形成除冰，固体NaCl，固体CaCl 2和27.3重量液体NaCl。除冰，CaCl2颗粒，CaCl2薄片，NaCl（2个产品），KCl，造粒尿素，痕量NaCl的羧甲基纤维素，NaCl与KCl的混合物尿素，NaCl和尿素的混合物，和CMA除冰，重量相等的颗粒的CaCl2，NaCl，KCL，造粒尿素，CMA防结冰，防水代理商：有机聚硅氧烷用特殊金属二甲基聚硅氧烷;变

33、性聚硅氧烷; 硅油防水剂;硅烷 含氟树脂;油酸 脱水山梨醇酯;高分子脂肪酸，环烷酸锌，聚乙烯树脂酯，渗透助剂，溶剂和稀释剂;粉碎硅胶聚酯;处理过的疏水二氧化硅粉末。-4°F（-1，-5，-20°C）产生冰。进行化学试验温度为23°F（-5）受控温度：0，5，10，15，20，25°F（-17.8，-15，-12.2，-9.4，-6.7，-3.9）受控温度：0，5，10，15，20，25°F（-17.8，-15，-12.2，-9.4，-6.7，-3.9）温度正常在9.5,5，0.5°F下测试（-12.5，-15，-17.5），一些测试在

34、14和-4°F（-10和-20）。受控冷室，温度在23°F（-5），14°F（-10），和5°F（-15°C）。使用衣阿华制作的标本DOT混凝土搅拌设计; 压缩在83psi下积雪10分钟冷冻室产生冰表面部分地用金属熔化铁; 对混凝土试样的影响符合ASTM规格（ASTM C109-84），轻轻扫帚。冷冻室产生冰，表面部分地用金属熔化铁; 在轻薄的混凝土板上冰产于a冰箱; 在沥青上具体天然高山雪每个样本可容纳两个剥离刀片测试三种类型的测试剥离测量强度考虑每车道英里1760磅，这比较重通常的应用率在300-400磅/车道英里。离散测试没有标准化只能考

35、虑一种类型冰，可以如果考虑重新冷冻就更现实冰，大气冰，并压实积雪只能考虑一种类型的冰如果考虑重新冷冻就更现实，冰，大气冰，并压实积雪只有一种冰被认为。4.剪切，剥离和刮擦试验已经开发了剪切，剥离和刮削测试来现实地模拟现场参数，但是没有标准化。通常有两种方法进行这些类型的测试，这两种测试都试图取消粘结在路面样品上的雪或冰。一种方法对整个雪/冰样品施加剪切力，以确定雪/冰与路面之间的粘结的剪切强度。这通常通过在雪/冰周围放置一个带子，环或者盒子来拉直，直到雪/冰被剪切来实现。 Ashworth等人使用了这种方法（1989），Adams等（1992），Tazawa et al。（1992），Schw

36、eizer（1998）和Cuelho（2010），其中对几种修改的不同路面上的冰粘结进行了测试。例如，Tazawa等（1992）采用单面剪切试验，冲击拉力试验和压缩试验，阐明了冰与沥青混凝土的粘结机理。结果表明，对于驱虫涂层表面，剪切剥离强度或来自冲击张力的能量可用于评估冰沥青混凝土界面的脱粘阻力。 Cuelho（2010）采用沥青和波特兰水泥混凝土路面评估粘结机理。 Cuelho（2010）发现，在更高的除冰剂应用率（25至40加仑/车道英里）时，雪没有与路面粘合。在较低的除冰剂施用率（5gal / lane mile）下，比较了从路面刮下的雪的温度，以评估在不同风暴情况下除冰机的相对性能。

37、除了对雪/冰施加剪切力之外，另一种方法包括刮擦雪/冰，类似于道路上的犁。因此，通常使用该方法报告刮擦力。Kirchner（1992），McElroy et al。（1990），Bernardin et al。（1996）Bernardin et al。（1998）和尼克松与魏（2003）。抗粘连耐力试验（ABET）由加拿大运输公司的抗结冰材料国际实验室开发，以测量除冰剂对混凝土表面的有效性（Bernardin等，1996年，1998年）。冰冷的雨滴（沉淀）施加在基材上形成冰。然后将冰废弃并测量摩擦。除冰成功的降水持续时间构成除冰机的ABT（抗粘合时间）范围。Nixon和Wei（2003）使用刮

38、擦试验来比较各种除冰剂对混凝土样品上形成的三种冰（冷冻冰，大气冰和压实的积雪）的有效性。对108个没有化学处理的冰样进行测试，其中44次“成功”的结果是，混凝土的冰粘结具有统计学意义（刮削和向下的力都大于零，95的置信度）。对于化学处理的样品，由于冰结合不良导致的零负荷样品与零载荷样品不同，因为化学性能的成功。上述文献综述表明，直接界面剪切试验在实验室中常用于评估除冰剂的底切和脱粘特性。然而，文献并没有对环境参数可能影响结果的程度表示普遍的一致意见。这些测试中没有考虑环境参数，如湿度，长波和短波辐射和风。有关个别测试目的，属性，实验因素以及利弊，见表2。4.1摩擦力车辆轮胎与路面之间的摩擦负责

39、在制动，加速和转动车辆时将车辆保持在道路上。当路面冰冷时，摩擦力在冬季条件下发挥更大的作用。雪和冰的存在可以将摩擦力降低到“几乎任何制动或方向的突然变化导致锁车轮滑动和车辆方向稳定性损失”（Hall等，2009）。冬季维护操作，如防冰，犁，除冰和打磨，旨在将路面摩擦系数恢复到安全水平。美国的航空运输部门以及欧洲和亚洲国家的一些公路机构对摩擦领域的研究做出了重要贡献。 NCRHP项目制作了路面摩擦指南（Hall et al，2009），全面检查摩擦测量设备，并简要讨论了冬季天气和维护活动影响所引起的并发症。瑞典的文献综述还研究了摩擦及其与交通安全的相关性（Wallman和Åstr

40、46;m，2001）。Al-Qadi et al。 （2002）研究了在冬季条件下具体测量摩擦的可行性，以改善作业。可以以摩擦系数（），静摩擦系数（s）和动摩擦系数（k）等各种术语来描述摩擦力。国际摩擦指数旨在协调路面表面摩擦性能的报告，需要测量路面摩擦和路面质地。国际跑道摩擦指数也代表了一个协调的努力，是联合冬季跑道摩擦测量计划的一个结果，涉及42个不同摩擦测量装置的大量测试（Yager等，2002）。车辆和道路之间的摩擦取决于多种因素（表3）。冬季维护活动的重点是改善摩擦，但操作人员无法控制路面，车辆或轮胎的特性。冬季事件中的路面摩擦特性可能会随着时间的推移而变化，基于温度，降水和交通流量

41、 - 更不用说由犁，防冰，除冰等产生的变化。摩擦测量必须仔细检查测量装置，具体轮胎和测量的具体操作条件（Nixon，1998）。表格3影响道路摩擦的参数（Hall et al。，2009）。路面特点车辆运行参数轮胎属性环境宏观结构微观材料性能不匀温度滑动速度车辆速度制动动作驾驶机动车削超车胎面花纹设计和条件通货膨胀压力橡胶组成和硬度脚印加载温度气候风温度 水(降雨, 缩合) 冰雪污染物防滑材料(盐，沙)泥土，泥土，碎片注意：关键因素以粗体显示。5.1 用于测量摩擦的现场方法和设备有几种商业选择可用于测量道路或机场路面上的摩擦。大多数设备使用一个额外的车轮，安装在车辆上或拖到车辆后面。滑移速度是

42、摩擦测量的关键因素，因为随着滑移速度的变化，摩擦力会发生变化。滑移速度是当轮胎处于锁定位置时车辆的滑动速度。滑移率是轮速与车速的比值，以百分比报告。干湿路面的临界滑移率通常在10至20的范围内，但不能为雪或冰冷的道路提供这样的范围（Al-Qadi et al。，2002）。用于测量现场摩擦的装置包括：停止距离，减速装置，锁定轮装置，固定滑动装置，变速装置和侧向力装置。由于空间限制，我们仅提供一种测量场摩擦的工作方法。减速装置：正常车辆只有约2秒的减速记录可以提供平均摩擦值。这是冬季道路的常见方法，因为可以使用普通车辆，不需要停车，并且可以沿着一段路途进行几次测量。其他优点包括标准方法的可用性（

43、ASTM标准E 2101,2005），用于数据收集的简单和便宜的仪器（Hall et al。，2009），以及与停止距离的良好相关性（Yager等，2002）。这种类型的摩擦测量的重复性和可靠性在文献中得到了综合评论，Al-Qadi等（2002年）通过足够的培训提供良好的评价，Wallman和Åström（2001）提到低精度和高依赖车辆和轮胎。5.2用于测量摩擦的实验室方法和设备一般来说，用于测量实验室摩擦力的技术和设备倾向于与现场使用的设备的外观和操作大不相同。虽然有一些标准化设备可用，但是已经为特定的研究项目定制了几个摩擦测量装置。简单的装置通常包括金属块，底部有橡胶

44、垫，被拉过表面。拉动块（启动运动）所需的力除以块的重量的比例是静摩擦系数。用于测量实验室摩擦力的装置包括拖曳滑轮，道路摩擦传感器，刮板和摩擦系统，简单滑移摩擦测量装置和台式三角计。可用于实验室和现场的便携式方法包括：英制摆锤测试仪，手持式测力计和动态摩擦测试仪。表4提供了使用摩擦作为性能测量的实验室测试的信息 - 相对于更高使用冰融化，冰穿透和剪切测试，性能测量案例相对较少。由于空间限制，我们仅提供一种测量实验室摩擦的工作方法。刮板和摩擦系统：魁北克大学Chicoutimi的防冰材料国际实验室（AMIL）设计并建造了一个刮板和摩擦系统（SFS），用于研究跑道路面的除冰和防冰。路面暴露在寒冷的雨

45、中，然后用刮刀犁。然后拆下刮刀并安装摩擦系数测量块。金属块的底部具有符合ASTM E501的NASA提供的0.2英寸厚的橡胶垫。刮刀和摩擦块以0.026公里/小时非常缓慢地拉伸，小于0.09米/秒（Bernardin等，1996）。6.实验室和现场数据的先前相关性已经进行了许多实验室测试来评估除冰机的性能，其中一些比其他设备模拟现场条件更好。然而，实验室性能与现场性能之间的相关性在大多数被审查的研究中没有得到解决，只有少数研究涉及实验室和现场测试。有理由相信，许多现有的实验室测试不能准确地预测现场性能，如Alatyppö和Jutila（2010）最近所说明的。 Alatypp

46、6;和Jutila（2010）在实验室和现场测试中报道了一种新的机场除冰机（50甜菜碱溶液）对两种参考除冰剂（50甲酸钾溶液和固体NaCl）的相对性能。进行了三次实验室试验：SHRP H-205.1（SHRP冰融化试验），SHRP H-205.3（SHRP冰渗透试验）和组合这两者的新试验。实验室测试表明，甲酸钾的除冰效果与甜菜碱（Danisco Animal Nutrition在芬兰制造的三甲基甘氨酸）相比是二氯甲烷的两倍，氯化钠的效率是甲酸钾的两倍。因此，从21和28°F（-6.1和-2.2°C）进行的实验室测试可以看出，甜菜碱不会成为有效的除冰剂。无论如何，使用甜菜碱和

47、甲酸钾进行跑道实地测试（NaCl不用于跑道，不包括在实地测试中）。使用两种性能措施：冰厚度和跑道摩擦力。在这两种情况下，甜菜碱和甲酸钾都与实验室的结果非常相似，优于预期 - “即，现场测试的结果与实验室测试结果无关”（ASTM标准E 2101,2005）。自2005年以来，两个机场的甜菜碱的运行使用情况以及自2007年以来的三分之一表明，甜菜碱是一种有效和高效的除冰机。这强调需要更实际的实验室测试和可用于预测现场性能的相关因素。7.1实验室和现场测试，以表征除冰机性能Charlie Pizino为中西部研究院（MRI）工作，他并没有认为SHRP测试可以直接与现场测试相关，但表明实验室测试可能为

48、开发和解释现场测试提供一些指导。他建议一个接近这个的方法是从实验室研究开始逐渐扩大，随后在人行道外面进行研究，然后是停车场，最后在街道部分进行研究。在他看来，可以至少以相对的方式量化所识别的参数，但是不可能设计一个能够测试所有参数的实验室测试。对于现场测试也是如此。Jim McGraw和Allen Gallistel为MnDOT工作，并对除冰/防冰产品进行实验室测试。MnDOT使用SHRP冰融化能力测试方法来初步评估产品（它们用作筛选工具），例如在实验室测试期间拒绝非常差的除冰剂。他们建议，现场测试的一个途径是在使用特定化学品时对驾驶员进行调查，测量时间并收集数据，然后尝试将其与实验室数据相关

49、联。爱荷华大学的Wilf Nixon先生在进行除冰工作的实验室和实地研究方面拥有丰富的经验。当被问及为了除冰机性能收集的实验室和现场数据是否可以相关时，他以合格的答复是答案，并建议测试可以告诉你有关化学品的性能，但是继续说，性能的定义很重要。关于他在实验室中刮削测试的经验，他说低刮削速度是不现实的，与实际的耕作速度相比变化很大。他怀疑，可以开发一个测试来充分测试所有参数/变量来预测现场性能。对于现场测试，他建议有两种方法来测量每个参数。魁北克大学Chicoutimi的抗结冰材料国际实验室（AMIL）的Arlene Beisswenger参与了机场路面防护产品的研发和试验。总体来说，她提醒说实验

50、室测试结果与现场测试不符合缩放效果。相反，她说实验室测试更适合进行比较测试，除非您特别关注实验室和现场测试之间的关系。7.2摩擦法医动力公司的Tim Leggett和Gerald Sdoutz（FDi）对用防冰产品处理的路面进行摩擦试验。他们的拖拉雪橇装置在潮湿或冰冷的条件下工作良好，但是它们没有在雪或雪泥上使用，他们认为只能通过锁定的轮胎从地面上犁下来。FDi还提出了一些新的摩擦测试仪，可以模拟交通和测量摩擦，可以在大型实验室和现场使用的设备，以获得更好的相关性。安大略交通运输部（MTO）的Max Perchanok参加了涉及摩擦测量的几个冬季项目。MTO有三种不同的摩擦拖车：牵引观察者一，

51、侧向力系统例行调查机（SCRIM）和Halliday RT3。他的建议是模拟所有相关参数（阳光，湿度，温度，交通等），以预测除冰机在现场的反应。视频摄像机对现场测试非常有用。美国航空航天局兰利研究中心的汤姆·泽格参与了制定国际跑道摩擦指数（IRFI）的冬季跑道摩擦计划。关于实验室测试，Yager先生推荐研究动态摩擦测试仪（ASTM Standard E 1911,2009），因为它可以在很宽的速度范围内提供摩擦读数，可用于实验室和现场。它可以用于干燥和湿润的路面，但其在雪或冰上的可靠性是不确定的。8.结语文献综述确定了用于量化除冰机性能的实验室和现场测试方法以及用于测量除冰机性能的设

52、备。 另外还讨论了各种测试方法和设备的优缺点。 此外，经验丰富的人员的面试回应还集中在使用不同测试方法和设备时遇到的实际问题。 这项工作概述了关于这一重要课题的知识状况，信息可以指导研究人员开发新的方法，这可以更好地将实验室和现场测试方法相关联，以评估除冰和除冰产品的性能。 例如，实验室测试应尽可能使用环境室，并将贩运和犁耕机制更加现实。参考文献Adams, E.E., Alger, R.G., Chekan, J.P., Williams, F.D., Valverde, R., 1992. Persistence of Reduced Snow to Pavement Shear Stre

53、ngth for Two Aggregate Materials Treated with CMA and NaCl. Institute of Snow Research, Keweenaw Research Center, Michigan Technological University 481493 (Chapter 19).Akin, M., Shi, X., 2012. Development of standard laboratory testing procedures to evaluate the performance of deicers. ASTM J. Test.

54、 Eval. 40 (6), 10151026.Alatyppö, V., Jutila, K., 2010. Efficiency of runway de-icing chemicals in practice. Paper presented at XIII International Winter Road Congress, February 811, in Quebec, Canada.Al-Qadi, I.L., Loulizi, A., Flintsch, G.W., Roosevelt, D.S., Decker, R., Wambold, J.C., Nixon, W.A., 2002. Feasibility of using friction indicators to improve winter maintenance operations and mobility. NCHRP Web Document 53 (Project 6-14): Contractor's Final Report.Anti-icing Materials International Laboratory, 2012a.