CN102432228A - 路面自破冰防滑铺装层混合料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明具体涉及一种路面自破冰防滑铺装层混合料及其制备方法。被动式除冰雪措施为机械除雪、撒盐破冰等，耗费人力、物力，且对环境有负面影响；主动式除冰雪措施为将橡胶颗粒添加于沥青混合料中，利用橡胶颗粒的变形，使路面在外荷载作用下产生自应力破碎冰雪，但对行驶车辆要求较为严格，在行车荷载作用下集料易松散，耐久性差。本发明将橡胶颗粒、聚氨酯胶粘剂、纤维、憎水材料、催干剂按比例混合制成路面自破冰防滑铺装层混合料，铺设于路面，抑制路面积雪和结冰。本发明提高了路面在冬季低温降雪条件下的抗滑性能，保证行驶车辆在路面结冰后的行车安全，铺设简单，耐久性强。

Description

路面自破冰防滑铺装层混合料及其制备方法

技术领域

    本发明属于交通运输工程技术领域，具体涉及一种路面自破冰防滑铺装层混合料及其制备方法。 

背景技术

车辆在被冰层覆盖的路面高速行驶时，发生交通事故的概率会大大增加。路面除冰有主动式和被动式两大类。目前我国公路部门应对道路结冰的主要措施为被动式除冰、除雪措施，如采用机械除雪、撒盐破冰等，这些措施不但需要大量的人力、物力，而且对环境的负面影响不容忽视，尤其是撒盐破冰，还极易造成桥梁的侵蚀性破坏。本发明所添加的特殊材料为橡胶颗粒。主动式措施为将废旧橡胶轮胎破碎成一定形状和粒径的颗粒，以骨料的形式直接添加于沥青混合料中，用以代替部分集料而形成的新型的沥青混合料，用于路面铺装工程，使路面在外荷载作用下产生自应力，令路面冰雪破碎融化。但是这种技术的缺点同样十分显著。首先，它对车辆的自重与速度要求十分严格，对于高速行驶的小汽车来说，这种方法的作用不明显。其次，掺加橡胶粉颗粒的自破冰路面的破冰效果不仅仅与橡胶粉颗粒的大小、掺量等关系密切，而且与车辆的类型、轴重、轮胎与路面作用的局部状态等关系也极为密切。再次，橡胶颗粒掺加到沥青混合料中，由于橡胶颗粒弹性变形能力较大，与集料间的嵌挤作用不明显，极易发生混合料松散病害，影响路面结构的耐久性能。 

发明内容

本发明的目的是提供一种能使路面在外荷载作用下产生自应力、使路面冰雪破碎融化、铺设简单且适用于各种车辆行驶的路面自破冰防滑铺装层混合料及其制备方法，提高铺装层的使用耐久性，并有效抑制路面积雪和结冰。 

本发明所采用的技术方案是： 

路面自破冰防滑铺装层混合料的制备方法，其特征在于：

由以下步骤实现：

步骤一：将5-20重量份的憎水材料与100重量份、粒径为3-100目的橡胶颗粒置于硫化床中，使憎水材料裹覆在橡胶颗粒周围；

步骤二：再加入1-3重量份的纤维，搅拌5-10min至混合均匀，得到集料；

步骤三：将50-70重量份聚氨酯胶粘剂和0.1-2份的催干剂混合搅拌5-6min，得到胶结料；

步骤四：将胶结料添加到集料中，搅拌10-15min至混合均匀，得到路面自破冰防滑铺装层混合料。

步骤一中的憎水材料为甲基硅醇钠乳液、含氟丙烯酸酯乳液或甲基硅油； 

其中，甲基硅醇钠乳液和含氟丙烯酸酯乳液的固含量为20%-50%。

步骤一中的憎水材料为憎水纳米涂料，由以下步骤制得： 

室温下，将2-4重量份的含氟丙烯酸酯或聚偏氟乙烯溶解于100重量份三氯甲烷，充分搅拌，配制成涂料底液，向该底液中添加30-40重量份的SiO₂ 、TiO₂或CaCO₃纳米粒子，超生震荡至完全分散，形成均匀的纳米憎水涂料。

步骤二中的纤维为矿物纤维、聚酯纤维或木质素纤维。 

步骤三中的催干剂为辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡或异辛酸钾。 

所述的路面自破冰防滑铺装层混合料的制备方法，其特征在于： 

由以下步骤实现：

步骤一：将15重量份的含氟丙烯酸酯乳液与100重量份、粒径为50目的橡胶颗粒置于硫化床中，使含氟丙烯酸酯乳液裹覆在橡胶颗粒周围，其中含氟丙烯酸酯乳液的固含量为35%；

步骤二：再加入2重量份的聚酯纤维，搅拌7min至混合均匀，得到集料；

步骤三：将60重量份聚氨酯胶粘剂和1份的二月桂酸二丁基锡混合搅拌5min，得到胶结料；

步骤四：将胶结料添加到集料中，搅拌12min至混合均匀，得到路面自破冰防滑铺装层混合料。

如所述的制备方法制得的路面自破冰防滑铺装层混合料。 

    本发明具有以下优点： 

本发明所述的路面自破冰防滑铺装层混合料，是一种主动防御形式的路面自破冰防滑功能层，通过改变路面与轮胎的接触状态和路面的变形特性，利用添加的特殊材料的变形，使路面在外荷载作用下产生自应力，使路面冰雪破碎融化，从而有效抑制路面积雪和结冰，提高路面在冬季低温降雪条件下的抗滑性能，保证行驶车辆在路面结冰后的行车安全；胶结料与集料之间粘结力强，因此不易发生混合料松散脱落等病害，另外，由于胶结料属温度不敏感材料，其高温与低温性能均较好，提高了路面结构的耐久性能。 

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。 

憎水/超憎水界面在工程中的应用越来越多，这种方式对于降低冰层与附着物之间的附着强度起了很大的贡献。将其应用于道路工程中，对于冬季清除道路表面的冰层具有非常重要的意义，然而仅仅降低冰层与道路之间的附着，恐难提高有冰路面的摩阻力，对行车安全依然存在威胁。超弹性路面主要是利用在荷载作用下路面变形，从而引起冰层破碎，使道路覆冰易于清除，从而提高路面摩阻力保证行车安全。为此，本发明将憎水/超憎水界面与弹性路面技术相结合。这种铺装层与冰雪的结合力较低，以致吸附在路面上的冰层附着力较低，而且凭借其特有的自应力，通过荷载应力，促使路面冰雪破碎融化，达到协同除冰雪的功效。 

实施例1： 

本发明所述的路面自破冰防滑铺装层混合料的制备方法，由以下步骤实现：

步骤一：将12重量份的甲基硅醇钠乳液与100重量份、粒径为3目的橡胶颗粒置于硫化床中，使甲基硅醇钠乳液裹覆在橡胶颗粒周围，其中甲基硅醇钠乳液的固含量为20%；

步骤二：再加入1重量份的矿物纤维，搅拌5min至混合均匀，得到集料；

步骤三：将50重量份聚氨酯胶粘剂和0.1份的辛酸亚锡混合搅拌5min，得到胶结料；

步骤四：将胶结料添加到集料中，搅拌10min至混合均匀，得到路面自破冰防滑铺装层混合料。

实施例2： 

本发明所述的路面自破冰防滑铺装层混合料的制备方法，由以下步骤实现：

步骤一：将15重量份的含氟丙烯酸酯乳液与100重量份、粒径为50目的橡胶颗粒置于硫化床中，使含氟丙烯酸酯乳液裹覆在橡胶颗粒周围，其中含氟丙烯酸酯乳液的固含量为35%；

步骤二：再加入2重量份的聚酯纤维，搅拌7min至混合均匀，得到集料；

步骤三：将60重量份聚氨酯胶粘剂和1份的二月桂酸二丁基锡混合搅拌5min，得到胶结料；

步骤四：将胶结料添加到集料中，搅拌12min至混合均匀，得到路面自破冰防滑铺装层混合料。

实施例3： 

步骤一：将20重量份的含氟丙烯酸酯乳液与100重量份、粒径为50目的橡胶颗粒置于硫化床中，使含氟丙烯酸酯乳液裹覆在橡胶颗粒周围，其中含氟丙烯酸酯乳液的固含量为50%；

步骤二：再加入2重量份的聚酯纤维，搅拌7min至混合均匀，得到集料；

步骤三：将60重量份聚氨酯胶粘剂和1份的二月桂酸二丁基锡混合搅拌5min，得到胶结料；

步骤四：将胶结料添加到集料中，搅拌12min至混合均匀，得到路面自破冰防滑铺装层混合料。

实施例4： 

本发明所述的路面自破冰防滑铺装层混合料的制备方法，由以下步骤实现：

步骤一：将5重量份的甲基硅油与100重量份、粒径为100目的橡胶颗粒置于硫化床中，使甲基硅油乳液裹覆在橡胶颗粒周围；

步骤二：再加入3重量份的木质素纤维，搅拌10min至混合均匀，得到集料；

步骤三：将70重量份聚氨酯胶粘剂和2份的异辛酸钾混合搅拌6min，得到胶结料；

步骤四：将胶结料添加到集料中，搅拌15min至混合均匀，得到路面自破冰防滑铺装层混合料。

实施例4： 

本发明所述的路面自破冰防滑铺装层混合料的制备方法，由以下步骤实现：

步骤一：将10重量份的甲基硅油与100重量份、粒径为3~100目不等的橡胶颗粒置于硫化床中，橡胶颗粒级配如表1所示，使含甲基硅油裹覆在橡胶颗粒周围；

表1 橡胶颗粒级配

步骤二：再加入3重量份的矿物纤维，搅拌10min至混合均匀，得到集料；

步骤三：将55重量份聚氨酯胶粘剂和0.5份的二月桂酸二丁基锡混合搅拌6min，得到胶结料；

步骤四：将胶结料添加到集料中，搅拌15min至混合均匀，得到路面自破冰防滑铺装层混合料。

实施例5： 

步骤一：室温下，将2重量份的含氟丙烯酸酯溶解于100重量份的三氯甲烷中，充分搅拌，配制成涂料底液，向该底液中添加30重量份的SiO₂纳米粒子，超生震荡至完全分散，形成均匀的SiO₂纳米憎水涂料；将20重量份的SiO₂纳米憎水涂料与100重量份、粒径为3目的橡胶颗粒置于硫化床中，使SiO₂纳米憎水涂料裹覆在橡胶颗粒周围，形成一层均匀的膜；

步骤二：再加入1重量份的矿物纤维，搅拌5min至混合均匀，得到集料；

步骤三：将50重量份聚氨酯胶粘剂和0.1份的辛酸亚锡混合搅拌5min，得到胶结料；

步骤四：将胶结料添加到集料中，搅拌10min至混合均匀，得到路面自破冰防滑铺装层混合料。

实施例6： 

步骤一：室温下，将3重量份的含氟丙烯酸酯溶解于100重量份的三氯甲烷中，充分搅拌，配制成涂料底液，向该底液中添加35重量份的TiO₂纳米粒子，超生震荡至完全分散，形成均匀的TiO₂纳米憎水涂料；将12重量份的TiO₂纳米憎水涂料与100重量份、粒径为50目的橡胶颗粒置于硫化床中，使TiO₂纳米憎水涂料裹覆在橡胶颗粒周围，形成一层均匀的膜；

步骤二：再加入2重量份的聚酯纤维，搅拌7min至混合均匀，得到集料；

步骤三：将60重量份聚氨酯胶粘剂和1份的二月桂酸二丁基锡混合搅拌5min，得到胶结料；

步骤四：将胶结料添加到集料中，搅拌12min至混合均匀，得到路面自破冰防滑铺装层混合料。

实施例7： 

步骤一：室温下，将4重量份的含氟丙烯酸酯溶解于100重量份的三氯甲烷中，充分搅拌，配制成涂料底液，向该底液中添加40重量份的CaCO₃纳米粒子，超生震荡至完全分散，形成均匀的CaCO₃纳米憎水涂料；将20重量份的CaCO₃纳米憎水涂料与100重量份、粒径为100目的橡胶颗粒置于硫化床中，使CaCO₃纳米憎水涂料裹覆在橡胶颗粒周围，形成一层均匀的膜；

步骤二：再加入3重量份的木质素纤维，搅拌10min至混合均匀，得到集料；

步骤三：将70重量份聚氨酯胶粘剂和2份的异辛酸钾混合搅拌6min，得到胶结料；

步骤四：将胶结料添加到集料中，搅拌15min至混合均匀，得到路面自破冰防滑铺装层混合料。

本发明性能测试破冰试验： 

破冰试验主要分室内破冰试验和室外破冰试验两项。

将混合料倒入30×30cm²、100×300cm²和15×15cm²模具中，用振动压实的方式制备出1cm厚试件；将成型好的试件在温度为40℃的环境箱中进行养护，养护时间为24h。然后对养护好的试件进行室内试验。 

1）室内破冰试验 

室内破冰试验采用15×15 cm²大小的试件；试验温度分别采用-1℃、-5℃、-10℃、-15℃；加载采用逐级加载的方式，施加力分别为1.25kN（0.5MPa）、1.75kN（0.7MPa）、2.5kN（1.0MPa）。

室内破冰试验表明该材料具有在-15℃，0.5MPa工况下，能够轻松实现4mm厚冰层的破碎，冰层破碎率能够达到70%以上。 

2）室外破冰试验 

室外破冰试验采用30×30cm²大小的试件，试验温度采用天气温度，大约-5℃，荷载为小汽车单轮荷载。

室外破冰试验表明，该材料在-5℃，小汽车单轮荷载条件下，对3~4mm冰层具有非常优异的破碎效果，冰层破碎率能够达到90%以上。 

本发明性能测试室内试验： 

室内试验包括拉伸强度试验和室内路用性能试验。

同样，将混合料倒入30×30cm²、100×300cm²和15×15cm²模具中，用振动压实的方式制备出1cm厚试件；将成型好的试件在温度为40℃的环境箱中进行养护，养护时间为24h。然后对养护好的试件进行室内试验。 

1）拉伸强度试验 

拉伸强度试验表明该材料拉伸强度能够达到2.5MPa以上，扯断伸长率能够达到85%以上。

2）室内路用性能试验 

室内路用性能试验表明该材料具有非常强的高低温稳定性，高温动稳定度能够达到3600次/mm以上；在-25℃的低温条件下，试件的拉伸强度以及扯断伸长率下降依次为0.3%和0.8%；同时在车轮荷载下具有较强的变形能力，变形率能够达到17%，以及车轮荷载卸载后非常强的变形恢复能力，恢复率为100%。

3）室内磨耗试验以及摩擦系数的测定 

室内磨耗试验表明该材料具有非常强的耐磨性，磨损后的质量损失率为0.04%；对磨耗后的试件分别进行了干湿两种情况下的摩擦系数的测定：干燥状态下摩擦系数能够达到57，潮湿状态下摩擦系数能够达到43。

4）室内冰附着强度试验 

室内冰附着强度试验表明该材料与冰层之间的附着强度非常低，在-5℃条件下附着强度为0.02MPa，-20℃条件下附着强度为0.025MPa。

5）室内抗水损试验 

室内抗水损试验表明该材料具有非常优异的抗水损特性。60℃水域48小时条件下，拉伸强度下降了2%，扯断伸长率下降了2.5%；冻融循环条件下，拉伸强度下降了2%，扯断伸长率下降了2.7%。

6）室内耐腐蚀试验 

室内耐腐蚀试验表明该材料具有非常好的耐化学腐蚀性能。48小时2%浓度的HCL浸泡后，抗拉强度下降了1.66%，扯断伸长率下降了2.12%；48小时2%浓度的NaOH溶液浸泡后，抗拉强度下降了1.24%，扯断伸长率下降了1.98%，48小时2%浓度的Nacl溶液浸泡后，抗拉强度下降了4.56%，扯断伸长率下降了7.50%。

7）室内老化试验 

室内老化试验表明该材料具有非常稳定的抗老化性能。短期老化表明，抗拉强度上升了1.24%，扯断伸长率上升了4.07%；长期老化表明，抗拉强度上升了1.66%，扯断伸长率上升了3.98%。 

Claims (7)

1.路面自破冰防滑铺装层混合料的制备方法，其特征在于：

由以下步骤实现：

步骤一：将5-20重量份的憎水材料与100重量份、粒径为3-100目的橡胶颗粒置于硫化床中，使憎水材料裹覆在橡胶颗粒周围；

步骤二：再加入1-3重量份的纤维，搅拌5-10min至混合均匀，得到集料；

步骤三：将50-70重量份聚氨酯胶粘剂和0.1-2份的催干剂混合搅拌5-6min，得到胶结料；

步骤四：将胶结料添加到集料中，搅拌10-15min至混合均匀，得到路面自破冰防滑铺装层混合料。

2.根据权利要求1所述的路面自破冰防滑铺装层混合料的制备方法，其特征在于：

步骤一中的憎水材料为甲基硅醇钠乳液、含氟丙烯酸酯乳液或甲基硅油；

其中，甲基硅醇钠乳液和含氟丙烯酸酯乳液的固含量为20%-50%。

3.根据权利要求1所述的路面自破冰防滑铺装层混合料的制备方法，其特征在于：

步骤一中的憎水材料为憎水纳米涂料，由以下步骤制得：

室温下，将2-4重量份的含氟丙烯酸酯或聚偏氟乙烯溶解于100重量份三氯甲烷，充分搅拌，配制成涂料底液，向该底液中添加30-40重量份的SiO₂ 、TiO₂或CaCO₃纳米粒子，超生震荡至完全分散，形成均匀的纳米憎水涂料。

4.根据权利要求1、2或3所述的路面自破冰防滑铺装层混合料的制备方法，其特征在于：

步骤二中的纤维为矿物纤维、聚酯纤维或木质素纤维。

5.根据权利要求4所述的路面自破冰防滑铺装层混合料的制备方法，其特征在于：

步骤三中的催干剂为辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡或异辛酸钾。

6.根据权利要求5所述的路面自破冰防滑铺装层混合料的制备方法，其特征在于：

由以下步骤实现：

步骤一：将15重量份的含氟丙烯酸酯乳液与100重量份、粒径为50目的橡胶颗粒置于硫化床中，使含氟丙烯酸酯乳液裹覆在橡胶颗粒周围，其中含氟丙烯酸酯乳液的固含量为35%；

步骤二：再加入2重量份的聚酯纤维，搅拌7min至混合均匀，得到集料；

步骤三：将60重量份聚氨酯胶粘剂和1份的二月桂酸二丁基锡混合搅拌5min，得到胶结料；

步骤四：将胶结料添加到集料中，搅拌12min至混合均匀，得到路面自破冰防滑铺装层混合料。

7.如权利要求1所述的制备方法制得的路面自破冰防滑铺装层混合料。