CN102633457A

CN102633457A - 一种环保型防冻结材料及其制备方法

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Publication number: CN102633457A
Application number: CN2012100803025A
Authority: CN
Inventors: 赵帆; 王友奎; 段冲; 刘松; 熊巍; 何爱军
Original assignee: HUBEI EXPRESSWAY INDUSTRIAL DEVELOPMENT Co Ltd; HUASHUO TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: HUBEI EXPRESSWAY INDUSTRIAL DEVELOPMENT Co Ltd; HUASHUO TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-03-23
Filing date: 2012-03-23
Publication date: 2012-08-15

Abstract

本发明公开了一种环保型防冻结材料及其制备方法。该材料主要由甲酸盐、碳酸盐、柠檬酸盐和二元羧酸盐制成。制备方法步骤是：将甲酸盐、柠檬酸盐、二元羧酸盐和碳酸盐按组成比例混合，搅拌10～30min使其混合均匀；再向混合物中喷入为混合物质量1％～10％的淀粉溶液或水玻璃溶液作粘结剂，淀粉溶液或水玻璃溶液的浓度为1wt％～2wt％，同时不断搅拌15～60min后，将生成的颗粒引出容器。干燥、过筛得到0.1～5mm的颗粒装袋密封即得。本环保型防冻结材料添加到沥青混合料中摊铺到路面的上面层，路面各项指标性能稳定，能有效防止路面在0～-18℃时结冰，适应温度范围较广，可持续时间长，一次投入长久受益，大大降低了冬季路面管理养护成本，是一种绿色节能环保的材料。

Description

一种环保型防冻结材料及其制备方法

技术领域：

本发明涉及一种道路施工材料，特别涉及一种高速公路沥青路面上面层用环保型防冻结材料及制备方法。

背景技术：

在我国大部分地区冬季气候异常寒冷，当出现持续低温或是先雨后雪的天气时，积雪就很难融化，清除起来十分困难。更加严重的是，厚厚的积雪和光滑的冰面，引起交通阻塞、高速公路停运，机场关闭等严重后果。可见，因积雪引起的问题不仅给人民生活带来困难，而且阻碍经济的发展，影响了人民生活和国民经济的正常运行。传统被动撒布含氯型融雪剂的除雪化冰方法，虽然能暂时的缓解交通，提高行车安全性，但融雪剂中所含的氯离子在化冰雪后排入周围农田及公路两侧，使环境盐渍化，并导致路旁树木枯死，污染地下水和地表的江、河、湖等淡水资源进而影响河中淡水鱼类的生长。开发出一种环保型主动抑制路面冻结的材料，对改善冬季道路结冰，提高道路的行车安全，将具有良好的社会效益和经济效益。

关于化学类主动抑制路面冻结防冰材料，早在20世纪60年代，瑞士发明了一种Verglimit的防冰盐，以氯化钙为主，少量氯化钠及苛性钠为辅，主辅成分与油脂混合反应，经化学工艺处理得到固体复合型路面防结冰材料。90年代初期日本成功的引进该项技术，其中代表产品是前田道路株式会社开发的Mafilon，其主体成分为氯化钠占60wt％左右，二氧化硅、氧化镁、氧化钙等为辅助成分。虽然在国内外均有应用该材料铺筑过的试验性路段，且具有一定的抗冰防滑的效果，但可能受到环境因素的影响无法大规模的推广。因此，开发一种绿色环保防冻结材料具有重要社会经济意义。

发明内容：

本发明的目的就是针对现有技术中存在不足，提供一种环保型防冻结材料及其制备方法，该材料能主动抑制路面结冰，不含氯，不会对环境造成污染、破坏和结构物的腐蚀。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种环保型防冻结材料，其特征在于：主要由下述成分按质量分数制成：甲酸盐5～40份，碳酸盐3～20份，柠檬酸盐5～30份，二元羧酸盐5～30份，其中，所述的甲酸盐为甲酸钠、甲酸钙中的一种或两种；所述的碳酸盐为碳酸钠、碳酸钾、碳酸钙中的一种或多种；所述的柠檬酸盐为柠檬酸钠、柠檬酸钾、柠檬酸钙中的一种或多种；所述的二元羧酸盐为丙二酸钠、丙二酸钾、丁二酸钠、丁二酸钾中的一种或多种。

以上无机或有机盐都是用于制备防冻结材料的主要成分，通过缓慢释放来降低路面表层水的凝固点。

本发明的技术方案中，优选甲酸钠和甲酸钙过0.1mm方孔筛的通过率大于95％以上。

本发明的技术方案中，优选碳酸钠、碳酸钾和碳酸钙过0.1mm方孔筛的通过率大于95％以上。

本发明的技术方案中，优选柠檬酸盐为柠檬酸钠、柠檬酸钾和柠檬酸钙过0.1mm方孔筛的通过率大于95％以上。

本发明的技术方案中，优选丙二酸钠、丙二酸钾、丁二酸钠和丁二酸钾，过0.1mm方孔筛的通过率大于95％以上。

本发明的环保型防冻结材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将甲酸盐、柠檬酸盐、二元羧酸盐和碳酸盐按所述的质量份数比例混合，搅拌10～30min使其混合均匀；

2)向步骤1)的混合物中喷入混合物质量分数1％～10％的粘结剂溶液，同时不断搅拌15～60min后，将生成的颗粒引出容器；

3)将步骤2)中得到的颗粒，在温度60～80℃下真空干燥1～2h，过筛，通过0.1～5mm的颗粒装袋密封，即得到防冻结材料；

其中，所述的粘结剂溶液是质量浓度为1％～2％的淀粉溶液或水玻璃溶液。该溶液是指水溶液。

本发明的环保型防冻结材料用于沥青路面上面层中，其使用方法是：将该防冻结材料按照外加剂的掺加方法进行室内目标配合比的验证，按照生产配合比在沥青拌合楼生产，按照石料→矿粉→沥青→防冻结材料的顺序进行投放，防冻结材料掺量占沥青混凝土质量5wt％～8wt％，增加沥青混合料的湿拌时间7～10s出料，施工工艺和常规沥青混凝土施工方法相同，控制现场孔隙率在3％～4％之间。

本发明产品的防冰机理：

该发明产品主体化冰组分是耐热的复合盐，通过粘结剂造粒得到具有一定机械强度球状颗粒。该发明产品能耐160～180℃热拌沥青混合料的高温烘烤，同时加入粘结剂使颗粒有一定机械强度，使其在搅拌过程中不易破碎。

应用防冻结材料铺筑的沥青路面，由于受到行驶车辆的轮压、振动、磨损等荷载作用时，路面的孔隙渗透压力和毛细管抽提现象，防冻结材料会从不同的深度被缓慢的抽提迁移到路面上层释放出来，而此时在路面上层约5～10mm处的防冻结材料被迅速激活与冰雪发生“反应”，迅速溶于水中，随着水中盐化物离子浓度的增加和该发明产品盐化物的冰点较低(最低可达-18℃)，使水的液相蒸气压下降，但冰的固态蒸气压不变，为达到冰水混合物固液蒸气压平衡状态，固态冰便溶化成液态水，从而可以防止和延缓了冬季路面结冰情况。

本发明的环保型防冻结材料适合各种类型的沥青路面，不影响沥青混合料的各项指标，适应现有的沥青路面层机械的施工工艺。应用本发明的产品铺筑的路面能有效防止路面在0～-18℃以下时路面结冰，适应温度范围较广。

本发明的环保型防冻结材料及其制备方法的有益效果是，减少撒盐融雪和使用人工、机械铲雪的冬季养护措施，更简单高效，同时对环境无污染和破坏，不含氯离子对结构物无腐蚀。本发明的环保型防冻结材料能达到五年的路面防冻结效果，可持续时间长，一次投入长久受益，大大降低了冬季路面管理养护成本，是一种绿色节能环保的材料。

附图说明

图1为实施例1、2、3所制备的防冻结材料分别配制成的5.5g/100g水溶液与自来水对钢片腐蚀7天后速度图

根据JB/T 7901-1999《金属材料试验室均腐蚀全浸试验方法》测定。图1说明本发明防冻结材料对碳钢无腐蚀，具有良好的环保效益。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中，在不背离本发明的技术解决方案前提下，对本发明所作的本领域普通技术人员容易实现的任何改动或改变都将落入本发明的权利要求范围之内。

实施例1

一种环保型防冻结材料，主要由下述成分按质量分数制成：甲酸钠5份，甲酸钙5份，碳酸钠30份，柠檬酸钠20份，丙二酸钾10份，丁二酸钠20份。

上述环保型防冻结材料的制备方法步骤为：

1、将甲酸钠、甲酸钙、柠檬酸钠、碳酸钠、丙二酸钾和丁二酸钠按所述的比例混合均匀；

2、向步骤1的混合物中喷入混合物质量1wt％的淀粉溶液，淀粉溶液浓度为2wt％同时不断搅拌15～60min后，将生成的颗粒引出容器；

3、将步骤2中得到的颗粒，在温度60～80℃真空干燥1～2h，过筛，通过0.1～5mm的颗粒装袋密封，即得到防冻结材料。

实施例2

一种环保型防冻结材料，主要由下述成分按质量分数制成：甲酸钙40份，碳酸钙3份，柠檬酸钙37份，丙二酸钠10份，丁二酸钾10份。

上述环保型防冻结材料的制备方法步骤为：

1、将甲酸钙、柠檬酸钙、碳酸钙、丙二酸钠和丁二酸钾按所述的比例混合均匀；

2、向步骤1的混合物中喷入混合物质量4wt％的淀粉溶液，淀粉溶液的浓度为1wt％同时不断搅拌15～60min后，将生成的颗粒引出容器；

实施例3

一种环保型防冻结材料，主要由下述成分按质量分数制成：甲酸钠5份，甲酸钙15份，碳酸钠10份，碳酸钙2份，柠檬酸钠10份，柠檬酸钙20份，丙二酸钾10份，丁二酸钠20份。

上述环保型防冻结材料的制备方法步骤为：

1、将甲酸钙、甲酸钠、碳酸钠、碳酸钙、柠檬酸钙、柠檬酸钠、丙二酸钾和丁二酸钠按所述的比例混合均匀；

2、向步骤1的混合物中喷入混合物质量2wt％的水玻璃溶液，水玻璃溶液浓度为1wt％同时不断搅拌15～60min后，将生成的颗粒引出容器；

实施例4

效果评价

1、防冻结材料的材料有效性试验

将实例1、2、3所制备的防冻结材料按掺量5wt％～8wt％加入沥青混合料中，在实验室内添加防冻结材料成型车辙试件。为了检验防冻结材料的有效性，将成型好的车辙试件暴露在室外日晒雨淋。经过1825天后，在车辙试件表面撒水，然后将试件放在-20℃的低温冷冻箱内冷冻1h。未添加防冻结材料的试件表面结冰，而添加了防冻结材料的试件表面未结冰。试验结果表明在自然条件下，防冻结材料的寿命可以达5年。

2、金属碳钢腐蚀试验

将实例1、2、3所制备的防冻结材料分别配制成5.5g/100g水溶液，根据JB/T 7901-1999《金属材料试验室均腐蚀全浸试验方法》测定产品对钢片的腐蚀速度，与自来水相比7d溶液对钢片的腐蚀情况如图1所示。图1说明本发明防冻结材料对碳钢无腐蚀，具有良好的环保效益。

3、防冻结材料对农作物的危害试验

试验方法：选取四块面积为1m²生长茂盛的草坪作为实验对象，依次喷洒氯化钠溶液、实施例1、实施例2及实施例3制备的防冻结材料配制的质量分数20％溶液。喷洒量为160g/m²，分别撒在1m²的草坪上。观察并记录植物出现受害的症状，比较这几种不同的溶液对植物所造成的伤害程度。

实验结果：5天后，喷洒氯化钠的草坪的尖部明显变黄，而喷洒本发明的实施例1、2、3制备的防冻结材料配制的溶液的草坪与未实验的草坪表面上没有明显的区别。30天后，喷洒氯化钠的草坪成活率较低，开始有枯死现象，而喷洒实施例1、2、3制备的防冻结材料配制的溶液的草坪生长状况良好。

Claims

1.一种环保型防冻结材料，其特征在于：主要由下述成分按质量分数制成，

甲酸盐 5～40份；

碳酸盐 3～20份；

柠檬酸盐 5～30份；

二元羧酸盐 5～30份；

其中，所述的的甲酸盐为甲酸钠、甲酸钙中的一种或两种；所述的碳酸盐为碳酸钠、碳酸钾、碳酸钙中的一种或多种；所述的柠檬酸盐为柠檬酸钠、柠檬酸钾、柠檬酸钙中的一种或多种；所述的二元羧酸盐为丙二酸钠、丙二酸钾、丁二酸钠、丁二酸钾中的一种或多种。

2.按照权利要求1所述的一种环保型防冻结材料，其特征在于：所述的甲酸钠和甲酸钙过0.1mm方孔筛的通过率大于95％以上。

3.按照权利要求1所述的一种环保型防冻结材料，其特征在于：所述的碳酸钠、碳酸钾和碳酸钙过0.1mm方孔筛的通过率大于95％以上。

4.按照权利要求1所述的一种环保型防冻结材料，其特征在于：所述的柠檬酸盐为柠檬酸钠、柠檬酸钾和柠檬酸钙过0.1mm方孔筛的通过率大于95％以上。

5.按照权利要求1所述的一种环保型防冻结材料，其特征在于：所述的丙二酸钠、丙二酸钾、丁二酸钠和丁二酸钾，过0.1mm方孔筛的通过率大于95％以上。

6.权利要求1所述的一种环保型防冻结材料的制备方法，其特征是包括以下步骤：

其中，所述的粘结剂溶液是质量浓度为1％～2％的淀粉溶液或水玻璃溶液。

7.权利要求1所述的一种环保型防冻结材料的使用方法，其特征是：将该防冻结材料按照外加剂的掺加方法进行室内目标配合比的验证，按照生产配合比在沥青拌合楼生产，按照石料→矿粉→沥青→防冻结材料的顺序进行投放，防冻结材料掺量占沥青混凝土质量5wt％～8wt％，增加沥青混合料的湿拌时间7～10s出料，施工工艺和常规沥青混凝土施工方法相同，控制现场孔隙率在3％～4％之间。