CN102173656A - 一种降低冰雪对路面粘结的沥青混凝土材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种能降低冰雪对沥青路面粘结力的沥青混凝土路面材料及其制备方法，涉及高速公路、匝道、高架、桥面等沥青路面。该沥青混凝土路面材料组分为：107有机硅橡胶改性沥青、矿石集料、矿粉。制备技术：首先制备107有机硅橡胶改性沥青胶结料，其次制备有机硅橡胶改性沥青混合料。利用低表面能有机硅橡胶在集料表面及集料缝隙内部所形成的高疏水性沥青膜，可降低冰雪对路面的粘附性，从而使得冰雪易于被铲除。
Description
技术领域
本发明涉及一种降低冰雪粘结力的沥青混凝土路面材料及其制备方法，涉及高速公路、匝道、高架、桥面等沥青路面。
背景技术
在冬季，沥青混凝土路面的积冰通常难以有效去除，积冰引起的交通事故往往导致数十亿甚至更高的直接经济损失。为了保证交通安全，避免重大事故，在冰灾预警期间，高速公路管理部门往往无奈地采取封闭措施，由此形成的损失也非常大。
通常的除冰方法有化学除雪剂、机械除冰和热力除雪等方法。化学除冰法使用化学活性剂来降低路面积水的冰点以延缓冰的结晶，通常有醇类除冰法和氯盐除冰法。醇类融雪剂的除冰效果受环境温度影响较大，并可能发生反结冰现象，融冰雪效果差，综合成本高；盐类融雪剂具有材料来源广、价格便宜、化冰雪效果好等特点，因而得到了普遍应用。但是，盐类融雪剂一般都对金属具有腐蚀性，不仅腐蚀、破坏道路结构和机动车辆，还会对土壤、水、植被等造成严重污染，破坏生态环境。改性类融雪剂往往价格昂贵，使用量有限。机械除冰法具有环保、技术简单的特点，但是，对沥青混凝土构造深度内的冰清除不彻底、效率低，对路面的损坏很大，作业时还影响车辆通行及行车安全。
热力除雪方法为主动除冰技术，通过路面的特殊功能来实现除冰融雪，包括自应力弹性路面铺装技术、导电铺面融冰雪技术、能量转化型融冰雪技术等。所谓自应力弹性路面铺装技术，指通过路面弹性体的微小变形破坏冰雪整体结构，使其迅速破裂。导电铺面融冰雪技术是指在路面铺装材料中掺入聚合物类、碳类或金属类导电掺合料，使高绝缘性的路面铺装材料具备热和电的感知和转换能力，可将电能转变为热能，热能通过铺面材料与冰雪的接触面向上传导，使冰雪吸收热融化，该方法耗能较大。能量转化型融冰雪技术是通过能量转化设备，将其他形式的能量如太阳能转化为热能，以实现融雪化冰目的。
由于有机硅橡胶具有较低的表面能，在与高表面能的沥青混合时，会裹覆沥青以降低改性沥青混合物的表面能。因此，利用有机硅橡胶改性基质沥青可以使得改性沥青混凝土路面具有较强的疏水性，从而降低冰雪对沥青路面的粘附性，使得传统的机械除冰技术的除冰效率更高，尤其是彻底清除沥青路面的薄冰。
发明内容
本发明的目的是发明可降低冰雪与沥青路面粘附性的低表面能的沥青混凝土路面材料及其制备。在催化剂和高温下(155～165℃)的作用下，107有机硅橡胶可通过交联剂实现快速交联；同时，由于橡胶分子链、链段、链节的运动能很高，在高温下能冲破沥青分子的阻碍，并从沥青中穿过形成立体网状橡胶分子链，从而使得沥青能均匀地分散在橡胶分子的立体网络结构中。因此，利用低表面能的有机硅橡胶改性基质沥青，可以有效降低沥青混凝土路面材料的表面能，进而能够减少水对路面的浸润，降低积雪积冰对沥青路面的粘附力，从而使得积雪积冰更容易被铲除。
实现本发明的技术方案是所述的低表面能路面材料是由107有机硅橡胶改性沥青胶结料、经疏水改性的矿石集料和矿粉组成，所述的改性沥青是由107有机硅橡胶、补强剂、催化剂、交联剂、增粘剂和基质沥青组成，质量比为
基质沥青 100份
107有机硅橡胶 6～8份
疏水气相二氧化硅 3～4份
疏水硫酸钡 2～4份
二月桂酸二丁基锡 0.03～0.05份
正硅酸乙酯 0～0.02份
γ-氨丙基三乙氧基硅烷 0.1～0.3份
其中，补强剂为疏水气相二氧化硅，填料为疏水硫酸钡，催化剂为二月桂酸二丁基锡，交联剂为正硅酸乙酯，增粘剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)。
所述的经疏水改性的矿石集料和矿粉是由硅烷偶联剂改性而成，改性方式为：
一、将相当于填料总量的0.5～1％wt的硅烷偶联剂(KH-550)置于2～5倍的醇类水溶液中(水醇比：4∶1)，使偶联剂混合均匀；二、将规定量的无机填料置于混合机中；三、在室温下，边搅拌填料边注入含有偶联剂的醇类水溶液，注入时仅需数分钟；四、在硅烷偶联剂的醇类水溶液全部注入完毕后，再搅拌5～10min。五、使搅拌槽缓慢升温至100～105℃后，再搅拌30～60min；六、放置到室温后，粉碎待用。
107有机硅橡胶改性基质沥青的制备：将6～8份107有机硅橡胶、3～4份疏水气相二氧化硅和2～4份疏水硫酸钡投入到100份温度为155～165℃的基质沥青中，以600～800rpm搅拌20～30min；二、将0.03～0.05份二月桂酸二丁基锡、0～0.02份正硅酸乙酯和0.1～0.3份γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)投入到155～165℃的沥青中，以300～500rpm搅拌40～60min即制得107有机硅橡胶改性沥青。
有机硅橡胶沥青路面材料的制备按以下步骤铺设：一、按重量份数比称取80～86份矿石集料、4～6份有机硅改性沥青、4～10份矿粉；二、将矿石集料加热至160～195℃，加入155～165℃的107有机硅橡胶改性沥青，拌和90s，再加入室温的矿粉拌和90s，即得到107有机硅橡胶改性沥青混合料；
本发明所产生的有益效果是
1.低表面能的沥青混凝土路面具有较强的疏水性能，能延缓路面水的结晶和冰的重新结晶。
2.由于冰层与低表面能的沥青混凝土路面粘附性差，因此该路面具有较强的冰层易除性，清除彻底性。
3.使用107硅橡胶改性的沥青和疏水改性的集料和矿粉有利于增强沥青对集料和矿粉的粘附性，降低了水对路面的浸润，不易发生水损害。
4.该沥青混凝土路面有较好的耐久性、耐候性、耐老化性能和耐化学腐蚀性。
具体实施方式
下面通过实例对本发明进行详细说明。
实施例1
将6～8份107有机硅橡胶、3～4份疏水气相二氧化硅和2～4份疏水硫酸钡投入到100份温度为155～165℃的基质沥青中，以600～800rpm搅拌20～30min；二、将0.03～0.05份二月桂酸二丁基锡、0～0.02份正硅酸乙酯和0.1～0.3份γ-氨丙基三乙氧基硅烷投入到155～165℃的沥青中，以300～500rpm转动40～60min即制得107有机硅橡胶改性沥青；三、按重量份数比称取80～86份矿石集料、4～6份有机硅改性沥青、4～10份矿粉；四、将矿石集料加热至160～195℃，加入155～165℃的107有机硅橡胶改性沥青，拌和90s，再加入室温的矿粉拌和90s，即得到107有机硅橡胶改性沥青混合料。
实施例2
该发明的最佳实施方案为：
将6份107有机硅橡胶、4份疏水气相二氧化硅和2份疏水硫酸钡投入到100份温度为160℃的基质沥青中，以600rpm转动30min；二、将0.03份二月桂酸二丁基锡、0.01份正硅酸乙酯和0.3份γ-氨丙基三乙氧基硅烷投入到160℃的沥青中，以500rpm转动40min即制得107有机硅橡胶改性沥青；三、按重量份数比称取86份矿石集料、5份有机硅改性沥青、9份矿粉；四、将矿石集料加热至185℃，加入160℃的107有机硅橡胶改性沥青，拌和90s，再加入室温的矿粉拌和90s，即得到107有机硅橡胶改性沥青混合料。
Claims (9)
1.一种降低冰雪对路面粘结的沥青混凝土路面材料及其制备方法，其特征在于该路面材料是由有机硅橡胶改性沥青、疏水矿石集料、疏水矿粉组成，所述的有机硅橡胶改性沥青是由107有机硅橡胶、补强剂、填料、催化剂、交联剂、增粘剂和基质沥青组成。
2.根据权利要求1所述的一种降低冰雪对路面粘结的沥青混凝土路面材料及其制备方法，其特征在于该路面材料的质量份数为80～86份矿石集料、4～6份107有机硅橡胶改性沥青、4～10份矿粉。
3.根据权利要求1所述的一种降低冰雪对路面粘结的沥青混凝土路面材料及其制备方法，其特征在于补强剂为疏水气相二氧化硅，填料为疏水硫酸钡，催化剂为二月桂酸二丁基锡，交联剂为正硅酸乙酯，增粘剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)。
4.根据权利要求1所述的一种降低冰雪对路面粘结的沥青混凝土路面材料及其制备方法，其特征在于有机硅橡胶改性沥青各组分的质量比例为
基质沥青 100份
107有机硅橡胶 6～8份
疏水气相二氧化硅 3～4份
疏水硫酸钡 2～4份
二月桂酸二丁基锡 0.03～0.05份
正硅酸乙酯 0～0.02份
γ-氨丙基三乙氧基硅烷 0.1～0.3份
5.根据权利要求1所述的一种降低冰雪对路面粘结的沥青混凝土路面材料及其制备方法，其特征在于107有机硅橡胶改性基质沥青按以下步骤进行：一、将6～8份107有机硅橡胶、3～4份疏水气相二氧化硅和2～4份疏水硫酸钡投入到100份温度为155～165℃的基质沥青中，并保持600～800rpm的转速搅拌20～30min。二、将0.03～0.05份二月桂酸二丁基锡、0～0.02份正硅酸乙酯和0.1～0.3份γ-氨丙基三乙氧基硅烷投入到155～165℃的沥青中，以300～500rpm的转速搅拌40～60min，即制得107有机硅橡胶改性沥青。
6.根据权利要求1所述的一种降低冰雪对路面粘结的沥青混凝土路面材料及其制备方法，其特征在于矿石集料需要经过疏水处理，处理方式为将相当于填料总质量的0.5～1％的有机硅偶联剂置于2～5倍的醇类水溶液中(水醇比：4∶1)，并使偶联剂混合均匀，使搅拌槽缓慢升温至100～105℃后再搅拌30-60min即可。
7.根据权利要求1所述的一种降低冰雪对路面粘结的沥青混凝土路面材料及其制备方法，其特征在于有机硅偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷苯胺甲基三乙氧基硅烷中的一种。
8.根据权利要求1所述的一种降低冰雪对路面粘结的沥青混凝土路面材料及其制备方法，其特征在于醇类为乙醇、乙二醇、丙醇。
9.根据权利要求1所述的一种降低冰雪对路面粘结的沥青混凝土路面材料及其制备方法，其特征在于硅橡胶沥青混合料的制备步骤为：一、按重量份数比称取80～86份疏水改性的矿石集料、4～6份有机硅改性沥青、4～10份矿粉；二、将矿石集料加热至160～195℃，加入155～165℃的有机硅橡胶拌和90s，加入室温的矿粉拌和90s，即得到有机硅橡胶沥青混合料。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |