CN102504703A

CN102504703A - 一种沥青路面抗凝冰损伤功能性防护材料及其制备方法

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Publication number: CN102504703A
Application number: CN2011103002541A
Authority: CN
Inventors: 谭忆秋; 陈瑶; 单丽岩; 赵立东
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2011-09-28
Filing date: 2011-09-28
Publication date: 2012-06-20

Abstract

一种沥青路面抗凝冰损伤功能性防护材料及其制备方法，涉及一种沥青路面抗凝冰损伤功能性防护材料及其制备方法。是要解决现有的常规的乳化沥青渗透性差、沥青路面表层与凝冰之间的冻粘力大的问题。防护材料由道路石油沥青、改性剂、降粘剂、乳化剂、稳定剂和余量的水制成。方法：将道路石油沥青加热；将水加热，将改性剂、降粘剂、乳化剂和稳定剂添加至水中，搅拌至混合均匀，然后升温；润洗胶体磨，将皂液混合物输送入胶体磨中循环，再加入道路石油沥青，经胶体磨搅拌，得水包油型乳液，将乳液输出胶体磨，冷却至室温，即得到防护材料。本发明防护材料渗透性能好，能有效降低沥青路面表面层与凝冰之间的冻粘力。用于道路养护。

Description

一种沥青路面抗凝冰损伤功能性防护材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种沥青路面抗凝冰损伤功能性防护材料及其制备方法。

背景技术

冬季，云贵川高原潮湿山区由于受地理条件的限制，极易形成灾害性凝冻天气，从而导致路面凝冰使其抗滑能力大幅度降低、交通事故频发、通行能力下降。2008年的冰雪灾害更是刷新了建国以来50年一遇的记录，给国民生产和人民生活带来了很大的不便，造成严重的社会影响。如何防治凝冻天气对公路设施的破坏成为亟待解决的问题。现有的沥青路面预防性养护措施主要针对常温或者正常冰冻环境条件，为防治路面水损害、提高表面层抗磨耗性、抗滑性等性能而采取的养护方案。但通过路况实际调查发现，常用的稀浆封层、微表处等养护措施在凝冰环境下的应用效果并不是十分理想，往往经过一个冬季的使用周期后，罩面层由于粘附效果不佳而出现大面积剥离的现象，这从养护性能、经济性等角度考虑是十分不利的，对于凝冰路面处治的技术研究还多集中于凝冰清除技术、凝冻损坏后的修复技术研究等方面，专门针对凝冰路面损伤的防护技术研究尚缺乏系统性和针对性。因此，为降低沥青混凝土路面受凝冰透水作用的损害，延长结构物的使用寿命，采取一种以功能性抗凝冰损伤防护技术为主的道路养护方法就显得十分必要。这对于解决我国高原潮湿山区冬季道路行车安全问题，确保道路及其附属构造物的使用性能，降低交通事故率和减少交通事故损失，保障人民群众正常的生产和生活，都具有重大的经济效益和社会意义，对形成具有地区特色的预防性养护新技术也将具有重要的推进作用。

发明内容

本发明是要解决现有的常规的乳化沥青渗透性差、沥青路面表层与凝冰之间的冻粘力大的问题，提供一种沥青路面抗凝冰损伤功能性防护材料及其制备方法。

本发明沥青路面抗凝冰损伤功能性防护材料按质量百分比由45％～65％的道路石油沥青、2％～12％的改性剂、1％～4％的降粘剂、0.5％～2.5％的乳化剂、1％～2％的稳定剂和余量的水制成；其中所述道路石油沥青为70号道路石油沥青或90号道路石油沥青；改性剂为阳离子SBR胶乳1468；降粘剂为丙三醇；乳化剂为乳化剂AA57或乳化剂S101；稳定剂为CaCl₂、NaCl或NH₄Cl。

上述沥青路面抗凝冰损伤功能性防护材料的制备方法，按以下步骤进行：一、按质量百分比取45％～65％的道路石油沥青、2％～12％的改性剂、1％～4％的降粘剂、0.5％～2.5％的乳化剂、1％～2％的稳定剂和余量的水；二、将道路石油沥青加热到130～140℃；三、将水加热到40～50℃，然后将改性剂、降粘剂、乳化剂和稳定剂添加至水中，搅拌至混合均匀，得到皂液混合物，然后将皂液混合物升温至50～60℃；四、润洗胶体磨，然后将步骤三得到的温度为50～60℃的皂液混合物输送入胶体磨中循环，再加入步骤二得到的温度为130～140℃的道路石油沥青，经胶体磨搅拌2～4min，得水包油型乳液，将乳液输出胶体磨，冷却至室温，即得到沥青路面抗凝冰损伤功能性防护材料；其中所述道路石油沥青为70号道路石油沥青或90号道路石油沥青；改性剂为阳离子SBR胶乳1468；降粘剂为丙三醇；乳化剂为乳化剂AA57或乳化剂S101；稳定剂为CaCl₂、NaCl或NH₄Cl。

本发明的有益效果：

1、本发明的防护材料的高渗透性能：本发明的防护材料与未改性的乳化沥青乳液相比，具有固含量高、乳液粘度低等优点，使得在相同的标准砂渗透试验条件下，在同固含量水平时，该种材料与其它品种的常规乳化沥青相比，乳液粘度大幅降低，25℃恩格拉粘度由原始的6～14下降至4.4～5.2，渗透深度将由原始的1～2mm提升至11～13mm，渗透性能大幅提升。

2、本发明的防护材料的抗凝冰性能：通过两种方法评定本发明防护材料的抗凝冰效果：1)涂膜的抗冻性能：由于防护材料本身为水性沥青基产品，乳化沥青破乳后与原有沥青混合料的粘附性能较好，能够有效地对试件表面与空气相连通的开口孔隙孔壁实施保护。鉴于破乳后的改性沥青具有优异的低温柔性等方面性能，涂膜不存在裂纹、起皮等粘附效果较差的现象，抗冻性能较好。2)涂膜的抗冰雪附着性能：当掺加丙三醇的改性乳化沥青喷洒到试件表面后，将逐渐破乳固化。其中SBR改性剂将与沥青材料直接发生交联改性作用，与试件表面孔隙接触形成SBR改性沥青保护层，常温下为液态的丙三醇将逐渐析出到沥青涂膜表面，不会影响涂膜与沥青混合料粘附效果的同时，又在涂膜表面形成一层无色透明半固体状薄膜，使得当试件内部与外界温差较大，出现返霜现象时，试件表面返霜现象较轻，这主要由于表面析出的丙三醇起到了降低冰点的作用，当凝冰病害发生时，亦会降低涂膜表面与路面凝冰之间的冻粘力，拉拔试验表明，试件破坏后，混合料表面孔隙中断裂的冰锥数量较少，抗凝冰作用显著。随着涂膜与冰界面之间冻粘力的减弱，当凝冰病害发生时，在车辆荷载的作用下，将进一步削弱凝冰对路面表层的破坏作用，从而对原有路面结构起到抗凝冰防护效果。

3、本发明的防护材料的低温性能：鉴于抗凝冰损伤防护材料使用环境的特殊性，应使其具有较好的低温粘附效果。试验表明本发明的改性乳化沥青蒸发残留物的低温性能优异，与常规乳化沥青相比，材料的低温延度(5℃)能达到55～75cm，符合聚合物改性沥青中关于SBR类改性沥青的技术要求，达到II-C类标准。

附图说明

图1为涂刷普通乳化沥青涂膜的车辙试件冷冻后返霜效果图；图2为涂刷具体实施方式一的防护材料的车辙试件冷冻后返霜效果图；图3为表面涂刷具体实施方式一的防护材料的旋转压实试件的拉拔试验效果图；图4为表面未涂刷材料的旋转压实试件的拉拔试验效果图。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式沥青路面抗凝冰损伤功能性防护材料按质量百分比由45％～65％的道路石油沥青、2％～12％的改性剂、1％～4％的降粘剂、0.5％～2.5％的乳化剂、1％～2％的稳定剂和余量的水制成；其中所述道路石油沥青为70号道路石油沥青或90号道路石油沥青；改性剂为阳离子SBR胶乳1468；降粘剂为丙三醇；乳化剂为乳化剂AA57或乳化剂S101；稳定剂为CaCl₂、NaCl或NH₄Cl。

本实施方式所述改性剂为美国Meadwestvaco公司生产的有效固含量大于70％的阳离子SBR胶乳——Indulin 1468；所述乳化剂为美国Meadwestvaco公司生产的IndulinAA57或Indulin S101；所述丙三醇为工业级丙三醇，纯度＞95％。

涂刷普通乳化沥青涂膜的车辙试件和涂刷本实施方式防护材料的车辙试件在-18℃的环境中冻24后，取出观察试件表面的返霜程度，结果如图1和图2所示。可以看出涂刷普通乳化沥青涂膜的车辙试件(图1左)表面完全呈白色，返霜现象严重，而涂刷本实施方式防护材料的车辙试件(图1右)的返霜程度较轻，这主要由于表面逐渐析出的丙三醇起到了降低冰点的作用，可见涂刷本实施方式防护材料后对原有路面的抗凝冰效果具有积极作用。

将表面涂刷本实施方式防护材料的旋转压实试件和表面未涂刷材料的旋转压实试件分别进行拉拔试验，结果如图3和图4所示。观察试验后凝冰与原有试件表面间的破坏界面后发现，对涂刷本实施方式防护材料的试件，凝冰界面破坏后，混合料表面孔隙中断裂的冰锥数量较少，说明本实施方式防护材料能够有效的降低凝冰与原结构间的冻粘力，抗凝冰作用显著。而未涂刷防护材料的混和料试件表面孔隙中断裂的冰锥数量较多，返霜现象严重，说明凝冰与界面间的冻粘力较大，导致界面破坏时，冻粘力大于冰锥之间的内聚力，从而发生冰锥断裂的现象。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：沥青路面抗凝冰损伤功能性防护材料按质量百分比由50％～60％的道路石油沥青、5％～10％的改性剂、2％～3％的降粘剂、1％～2％的乳化剂、1.5％的稳定剂和余量的水制成。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：沥青路面抗凝冰损伤功能性防护材料按质量百分比由55％的道路石油沥青、7％的改性剂、2.5％的降粘剂、1.5％的乳化剂、1.5％的稳定剂和余量的水制成。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：沥青路面抗凝冰损伤功能性防护材料按质量百分比由53％的道路石油沥青、7％的改性剂、3％的降粘剂、1.5％的乳化剂、2％的稳定剂和余量的水制成。其它与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式沥青路面抗凝冰损伤功能性防护材料的制备方法，按以下步骤进行：一、按质量百分比取45％～65％的道路石油沥青、2％～12％的改性剂、1％～4％的降粘剂、0.5％～2.5％的乳化剂、1％～2％的稳定剂和余量的水；二、将道路石油沥青加热到130～140℃；三、将水加热到40～50℃，然后将改性剂、降粘剂、乳化剂和稳定剂添加至水中，搅拌至混合均匀，得到皂液混合物，然后将皂液混合物升温至50～60℃；四、润洗胶体磨，然后将步骤三得到的温度为50～60℃的皂液混合物输送入胶体磨中循环，再加入步骤二得到的温度为130～140℃的道路石油沥青，经胶体磨搅拌2～4min，得水包油型乳液，将乳液输出胶体磨，冷却至室温，即得到沥青路面抗凝冰损伤功能性防护材料；其中所述道路石油沥青为70号道路石油沥青或90号道路石油沥青；改性剂为阳离子SBR胶乳1468；降粘剂为丙三醇；乳化剂为乳化剂AA57或乳化剂S101；稳定剂为CaCl₂、NaCl或NH₄Cl。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五不同的是：步骤二中将道路石油沥青加热到135℃。其它与具体实施方式五相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式五或六不同的是：步骤三中将水加热到45℃。其它与具体实施方式五或六相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式五至七之一不同的是：步骤三中乳化剂为乳化剂S101时，需调节皂液混合物的pH值至2。其它与具体实施方式五至七之一相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式五至八之一不同的是：步骤三中将皂液混合物升温至55℃。其它与具体实施方式五至八之一相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式五至九之一不同的是：步骤四中经胶体磨搅拌3min。其它与具体实施方式五至九之一相同。

具体实施方式十一：本实施方式沥青路面抗凝冰损伤功能性防护材料的制备方法，按以下步骤进行：一、按质量百分比取53％的道路石油沥青、7％的改性剂、3％的降粘剂、1.5％的乳化剂、2％的稳定剂和余量的水；二、将道路石油沥青加热到135℃；三、将水加热到45℃，然后将改性剂、降粘剂、乳化剂和稳定剂添加至水中，搅拌至混合均匀，得到皂液混合物，然后将皂液混合物升温至55℃；四、润洗胶体磨，然后将步骤三得到的温度为55℃的皂液混合物输送入胶体磨中循环，再加入步骤二得到的温度为135℃的道路石油沥青，经胶体磨搅拌3min，得水包油型乳液，将乳液输出胶体磨，冷却至室温，即得到沥青路面抗凝冰损伤功能性防护材料；其中所述道路石油沥青为90号道路石油沥青；改性剂为阳离子SBR胶乳1468；降粘剂为丙三醇；乳化剂为乳化剂AA57；稳定剂为CaCl₂。

具体实施方式十二：本实施方式沥青路面抗凝冰损伤功能性防护材料的制备方法，按以下步骤进行：一、按质量百分比取53％的道路石油沥青、7％的改性剂、3％的降粘剂、1.6％的乳化剂、2％的稳定剂和余量的水；二、将道路石油沥青加热到135℃；三、将水加热到45℃，然后将改性剂、降粘剂、乳化剂和稳定剂添加至水中，用盐酸调节pH值至2，搅拌至混合均匀，得到皂液混合物，然后将皂液混合物升温至55℃；四、润洗胶体磨，然后将步骤三得到的温度为55℃的皂液混合物输送入胶体磨中循环，再加入步骤二得到的温度为135℃的道路石油沥青，经胶体磨搅拌3min，得水包油型乳液，将乳液输出胶体磨，冷却至室温，即得到沥青路面抗凝冰损伤功能性防护材料；其中所述道路石油沥青为90号道路石油沥青；改性剂为阳离子SBR胶乳1468；降粘剂为丙三醇；乳化剂为乳化剂S101；稳定剂为NH₄Cl。

具体实施方式十一和具体实施方式十二制备的抗凝冰损伤防护材料性能检测结果如表1所示。

表1

表中“％“表示质量百分比。

由表1中数据可以看出：具体实施方式十一和具体实施方式十二制备的抗凝冰损伤防护材料25℃恩格拉粘度均在4.5左右，说明乳液粘度较低，材料的渗透性能较好；筛上剩余量较小，贮存稳定性好，乳化效果较好；与矿料裹覆面积均大于2/3，粘附性能较好，且弹性恢复性能均在90％以上，低温延展性能得到大幅提高的同时，高温性能与基质沥青相比又有小幅度提升。综上所述，本实施方式制备的抗凝冰损伤防护材料是一种可以用作凝冰病害多发区路面防护的优质材料。

Claims

1.一种沥青路面抗凝冰损伤功能性防护材料，其特征在于沥青路面抗凝冰损伤功能性防护材料按质量百分比由45％～65％的道路石油沥青、2％～12％的改性剂、1％～4％的降粘剂、0.5％～2.5％的乳化剂、1％～2％的稳定剂和余量的水制成；其中所述道路石油沥青为70号道路石油沥青或90号道路石油沥青；改性剂为阳离子SBR胶乳1468；降粘剂为丙三醇；乳化剂为乳化剂AA57或乳化剂S101；稳定剂为CaCl₂、NaCl或NH₄Cl。

2.根据权利要求1所述的一种沥青路面抗凝冰损伤功能性防护材料，其特征在于沥青路面抗凝冰损伤功能性防护材料按质量百分比由50％～60％的道路石油沥青、5％～10％的改性剂、2％～3％的降粘剂、1％～2％的乳化剂、1.5％的稳定剂和余量的水制成。

3.根据权利要求1或2所述的一种沥青路面抗凝冰损伤功能性防护材料，其特征在于沥青路面抗凝冰损伤功能性防护材料按质量百分比由55％的道路石油沥青、7％的改性剂、2.5％的降粘剂、1.5％的乳化剂、1.5％的稳定剂和余量的水制成。

4.根据权利要求3所述的一种沥青路面抗凝冰损伤功能性防护材料，其特征在于沥青路面抗凝冰损伤功能性防护材料按质量百分比由53％的道路石油沥青、7％的改性剂、3％的降粘剂、1.5％的乳化剂、2％的稳定剂和余量的水制成。

5.权利要求1所述的一种沥青路面抗凝冰损伤功能性防护材料的制备方法，其特征在于沥青路面抗凝冰损伤功能性防护材料的制备方法，按以下步骤进行：一、按质量百分比取45％～65％的道路石油沥青、2％～12％的改性剂、1％～4％的降粘剂、0.5％～2.5％的乳化剂、1％～2％的稳定剂和余量的水；二、将道路石油沥青加热到130～140℃；三、将水加热到40～50℃，然后将改性剂、降粘剂、乳化剂和稳定剂添加至水中，搅拌至混合均匀，得到皂液混合物，然后将皂液混合物升温至50～60℃；四、润洗胶体磨，然后将步骤三得到的温度为50～60℃的皂液混合物输送入胶体磨中循环，再加入步骤二得到的温度为130～140℃的道路石油沥青，经胶体磨搅拌2～4min，得水包油型乳液，将乳液输出胶体磨，冷却至室温，即得到沥青路面抗凝冰损伤功能性防护材料；其中所述道路石油沥青为70号道路石油沥青或90号道路石油沥青；改性剂为阳离子SBR胶乳1468；降粘剂为丙三醇；乳化剂为乳化剂AA57或乳化剂S101；稳定剂为CaCl₂、NaCl或NH₄Cl。

6.根据权利要求5所述的一种沥青路面抗凝冰损伤功能性防护材料的制备方法，其特征在于步骤二中将道路石油沥青加热到135℃。

7.根据权利要求5或6所述的一种沥青路面抗凝冰损伤功能性防护材料的制备方法，其特征在于步骤三中将水加热到45℃。

8.根据权利要求7所述的一种沥青路面抗凝冰损伤功能性防护材料的制备方法，其特征在于步骤三中乳化剂为乳化剂S101时，需调节皂液混合物的pH值至2。

9.根据权利要求8所述的一种沥青路面抗凝冰损伤功能性防护材料的制备方法，其特征在于步骤三中将皂液混合物升温至55℃。

10.根据权利要求9所述的一种沥青路面抗凝冰损伤功能性防护材料的制备方法，其特征在于步骤四中经胶体磨搅拌3min。