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一、 研究作者、机构与发表信息 本研究的主要作者为Wei Zhang、Kaibo Yang、Renshan Chen (通讯作者) 和 Changlin Hou。他们均来自中国山东交通大学的两个院系：School of Traffic Civil Engineering (Zhang, Yang, Hou) 与 School of Transportation and Logistics Engineering (Chen)。这项研究于2025年7月7日在线发表于学术期刊 Results in Engineering 的第27卷，文章识别号为106166。该文章遵循CC BY-NC-ND 4.0许可协议开放获取。
二、 研究背景与目的 本研究属于道路工程材料领域，具体聚焦于功能性路面——自融雪沥青路面。中国高速公路里程位居世界前列，但冬季路面积雪结冰引发的交通事故和财产损失严重。传统除冰除雪方法存在效率、成本或环境问题。在沥青混合料中添加相变材料（PCMs, Phase Change Materials）或盐类缓释材料是目前广泛研究的自融雪技术路线。相变材料通过相变过程吸热或放热，调节路面温度；盐类缓释材料则通过释放降低水溶液冰点的成分来实现融雪。然而，单一材料的融雪效果有限，且过量添加会损害路面性能。更关键的是，现有研究缺乏一套能模拟实际交通荷载作用下、贴近工程应用的盐分迁移与融雪性能的测试方法。现有实验室结论与实际路用效果可能存在差异。
因此，本研究的核心目的在于：1）研究TH-ME5相变材料与T-SEN盐类缓释材料复合沥青混凝土的路用性能与融雪性能；2）创新性地开发一套能够在交通荷载（模拟车辆碾压）条件下评价融雪沥青混合料融雪能力的试验设备与方法；3）通过模型试验，分析不同材料配比在不同温度下的融雪效果，并建立相应的数学模型，为复合融雪路面的设计与应用提供参考。
三、 详细研究流程与方法 本研究流程主要包含材料准备、试件制备、试验设备自主研发、融雪性能测试及数据分析五个主要环节。
第一环节：材料与试件制备。 研究采用两种核心功能材料：江苏绿昕新材料科技有限公司生产的T-SEN型温度敏感缓释抗凝冰剂（白色粉末），以及湖北赛默新能源科技有限公司生产的TH-ME5相变微胶囊（白色粉末）。将这两种材料以不同比例组合，部分替代矿粉，制备AC-13沥青混合料。共设计了7种不同类型的试件（编号1-7），变量包括功能材料替代矿粉的比例（50%或75%）、相变材料（TH-ME5）与缓释盐材料（T-SEN）的配比（1:3， 1:1， 3:1）。其中1号试件为不添加任何融雪材料的空白对照组。所有试件均成型为300mm×300mm×50mm的标准车辙板试件，用于后续的碾压融雪试验。
第二环节：试验设备的自主研发。 这是本研究的核心创新点。为解决现有实验室测试方法无法模拟交通荷载下盐分迁移的问题，研究者基于模型试验原理，自主研发了一套“碾压融雪试验装置”。该装置主要由外部驱动部分和控制终端构成。 * 外部驱动部分：包括一个按1:20比例缩小的模型试验车、导向框架、积雪模具和底板。模型车后轮驱动，通过配重使其对地压力（约0.25MPa）与实际家用轿车范围（0.21-0.31MPa）一致，以模拟真实荷载。积雪模具为200mm×200mm×20mm的方形木模，用于制备密度为300±15 kg/m³的中密度湿雪。 * 控制终端：包括PLC（可编程逻辑控制器）和PC控制程序。关键传感部件是一个测量范围为120-280mm、精度0.2mm的激光位移传感器，安装在模型车上，用于实时测量车顶（固定参照面）与传感器之间的距离变化，从而间接推算积雪融化厚度。行程开关用于控制模型车的往复运行与数据记录触发。 * 设备安装与模拟环境：整套设备放置于高低温试验箱内，以控制试验温度（-5℃和-8℃）。通过PC端程序控制模型车在铺设有积雪的车辙板试件上沿固定轨道往复碾压，直至轮迹带处的积雪完全融化。
第三环节：试验步骤与数据采集。 具体试验步骤包括：1）将试件和制备好的积雪（冰粒过2.36mm筛，均匀分布并刮平）在试验温度下保温；2）安装设备并初始化，使用“零点测量”功能标定激光传感器初始距离；3）放置试件和积雪模具，抽掉垫板使雪与试件直接接触；4）启动程序，模型开始自动往复碾压，系统同步记录每次往返时激光传感器的读数；5）当轮迹带积雪完全融化时，停止试验。
第四环节：数据处理与分析方法。 原始数据为激光传感器到固定顶板的距离Hi。积雪碾压融化厚度dHi需要通过几何原理进行换算，计算公式考虑了车辙板试件实际厚度可能偏离标准50mm而引入的误差补偿e。最终，将每一轮碾压次数与对应的dHi绘制成散点图。为建立数学模型，研究采用了Allometric, Boltzmann, ExpAssoc, ExpDec, Logistic五种趋势相近的数据模型对试验数据进行拟合，并通过比较决定系数（R²）的平均值、标准差和变异系数来评估各模型的拟合优度、离散性和数据泛化能力。最终选择最优模型作为描述融雪性能的数学表达式。
四、 主要研究结果 研究结果主要分为试验现象观察、配比效果对比和数学模型建立三个方面。
第一，荷载对融雪效果的增强作用得到验证。 试验直观显示，在模型车往复碾压（模拟交通荷载）作用下，融雪材料得以持续激活和迁移。这与研究者阐述的盐分迁移原理相符：在轮载“泵吸”作用、毛细作用和浓度差形成的渗透压共同驱动下，盐分析出并迁移至路表，降低冰点。这证实了在实际交通荷载下，盐类缓释材料的析盐量大于无荷载状态，因此实际路面的融雪能力可能优于静态实验室测试结论。
第二，不同材料配比的短期融雪效果呈现规律性差异。 通过对不同编号试件在-5℃和-8℃下的试验数据曲线进行分析发现： * 最佳短期融雪配比：当TH-ME5相变材料与T-SEN缓释盐材料比例为1:3时，达到20mm完全融雪厚度所需的碾压次数最少。在此配比下，融雪以盐类缓释材料为主，在反复碾压中盐分析出量最大，能快速降低冰点，因此短期融雪速度最快。 * 次佳配比：当比例为3:1时，达到完全融雪所需的碾压次数与1:3配比相当。此配比以相变材料为主，随着温度降低，相变材料持续释放潜热，短期内提升试件温度，同时配合部分盐分析出降低冰点，因此融雪效果也相当可观。 * 效果相对较差的配比：当比例为1:1时，达到完全融雪所需的碾压次数最多，比其他两组多出20.35% ~ 38.89%。原因是相变材料含量不足，短期放热不足以大幅提升试件温度，而热量又间接影响了盐分析出，导致短期融雪性能相对较低。 * 温度影响：无论何种配比，-8℃下达到完全融雪所需的碾压次数均多于-5℃。例如，空白对照组（1号）在-8℃下需要碾压67次，而添加了融雪材料的最佳组（7号，配比3:1）仅需25次，凸显了融雪材料在低温下的有效作用。
第三，建立了基于Logistic函数的碾压融雪数学模型。 通过对五种数据模型拟合优度的统计分析发现，Logistic模型的平均R²值最高（0.949），且数据的离散性最小（变异系数4.120%），其曲线趋势（初期加速融化、后期趋近于完全融化厚度）也最符合物理过程。因此，研究确定采用Logistic函数作为描述融雪性能的数学模型，其表达式为： f(x) = (H1 - H2) / [1 + (x / x0)^p] + H2 其中，x为碾压次数；H1为初始积雪厚度（通常为0）；H2为最终融雪厚度（本例为20mm）；x0为曲线中心点的横坐标；p为曲线中心点处的切线斜率。该模型具有高可靠性和强稳定性，能够很好地吻合碾压融雪厚度的数值变化规律。
五、 研究结论与价值 本研究的主要结论如下： 1. 验证了交通荷载的促进作用：外部荷载（车辆碾压）能显著增加盐类缓释材料的析盐量，从而增强实际路面融雪能力，这修正了无荷载实验室测试的认知。 2. 明确了材料配比的短期与长期效应：短期内（特别是低温启动阶段），盐类缓释材料占比高的配比（TH-ME5:T-SEN = 1:3）融雪效果最佳；而以相变材料为主的配比（3:1）次之。但研究者指出，从长期性能考虑，由于相变材料的衰减率极低，使用3:1配比的路面服务寿命可能会长于其他配比。这为工程应用中选择材料配比提供了短期效能与长期耐久性的平衡视角。 3. 创立了新型测试方法与评价模型：成功开发了一套模拟实际行车条件的碾压融雪测试设备与方法，填补了该领域测试手段的空白。并基于试验数据，建立了基于Logistic函数的融雪性能数学模型，为预测和评价融雪沥青混合料在实际交通荷载下的性能提供了定量化工具。
本研究的科学价值在于深化了对相变-缓释盐复合材料在交通荷载下协同作用机理的理解，并提出了一个创新的、更贴近工程实际的性能评价范式。其应用价值突出体现在所研发的测试设备和方法可直接用于指导新型融雪沥青混合料的配方优化和性能评估，所建立的数学模型可为路面融雪性能的预测和设计提供理论依据，对保障冬季道路安全、提高运营效率具有重要意义。
六、 研究亮点 1. 方法创新性强：自主研发的“碾压融雪试验装置”是本研究的最大亮点。它创造性地将模型车、荷载模拟、环境控制和自动数据采集相结合，首次实现了在实验室条件下模拟车辆碾压过程中的融雪性能测试，使试验条件更贴近真实路用环境。 2. 研究视角全面：不仅关注材料本身的配比，更着重研究了交通荷载这一关键实际因素对融雪性能的影响，揭示了实验室静态测试与路面动态性能之间的差异，研究结论更具工程指导意义。 3. 定量模型可靠：通过系统比较多种数学模型，最终选用Logistic函数来描述融雪过程，该模型拟合优度高、离散性小，且其“S”形曲线符合冰雪融化从慢到快再趋于稳定的物理规律，为性能预测提供了简洁而可靠的数学工具。 4. 兼顾短期与长期性能：在分析配比效果时，不仅给出了短期融雪效果的排序，还前瞻性地讨论了不同配比材料（特别是相变材料）的耐久性对路面长期服务寿命的潜在影响，体现了研究的深度。
七、 其他有价值内容 研究中对盐分迁移原理进行了阐述（对应原文图1），清晰说明了在车辆荷载、毛细作用、浓度差渗透压共同形成的“泵吸”效应下，抗凝冰材料从路面内部向表面持续迁移补充的微观过程，为理解自融雪路面工作机制提供了理论基础。此外，研究对试验细节控制的描述非常详尽，如模型车配重的计算依据、积雪密度的选定与控制方法、激光测距数据的几何换算与误差补偿等，确保了试验方法的可重复性与科学性，为其他研究者复现或改进该方法提供了完整的技术档案。