CN103058546A - 一种融雪性沥青混合料改性剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种融雪性沥青混合料改性剂，所述改性剂由如下组分及其重量份组成：海水80～90份，多孔材料1～10份，地沟油0～20份。本发明还公开了一种融雪性沥青混合料改性剂的制备方法，本发明所提供的改性剂的组分组成性能稳定、经济环保，制备过程和制备设备简单，使用性能稳定、高效，实现对废旧资源的科学、合理、有效地回收与再利用。

Description

一种融雪性沥青混合料改性剂及其制备方法

技术领域

本发明属于沥青材料领域，具体地，涉及一种融雪性沥青混合料改性剂及其制备方法。

背景技术

道路性能的首要要求是安全性，其次才是道路的路用性能。雨、雪、霜、雾等各种气候条件均能严重危害道路安全。尤其在大雪纷飞的寒冬，路面积雪不仅容易损害路面结构，更是造成行车困难，生活不便，交通事故率大幅增加。为此，出现了各种道路积雪清除设备，但是这些设备普遍存在费力耗时等问题，而且会造成交通拥堵，影响道路通畅。

因此，从道路自身寻求方法和技术是解决路面融雪的根本途径，道路施工、养护和研究工作者们早已经研究了各种路面积雪的方法和技术。到目前为止，这些技术可以分成两个方面，一方面，从道路设计的角度出发，将钢制材料、导线、电极等材料、设备与元件引入路面，通过电制热的原理，使得高绝缘性的路面材料具有热和电的感知和转换能力，将电力转化为热能，热能通过铺面材料与冰雪的接触面向上传到，冰雪吸收热量后，温度逐渐升高，将路面积雪融除，此类方法融雪效率高，但由实施难度和成本高且耗能较大，道路的路用性能也无法保证，万一出现因该类技术的使用而造成路面出现其它安全隐患和事故，这类方法便背离了安全是道路首要要求的宗旨；另一方面，从道路材料角度出发，根据提高冰点的原理，将盐类物质，如氢氧化钠、碳酸钠、氯盐（氯化钠、氯化钙）等加入到混合料中，在毛细管压力及车辆碾压作用下，路面内部盐分逐渐析出，从而降低道路表面水的冰点，延迟道路表面积雪结冰，通过改变路面物理性能，达到融雪的目的。这类方法简单，但稳定性差，原因是这些盐类物质易受雨水的冲刷而大量流失。流失的无机盐由于其腐蚀性能，也会污染道路周围的环境，为此，人们在氯盐融雪剂里加入“缓蚀剂”，虽在一定程度上抑制了腐蚀，但仍有较高的氯离子浓度，缓蚀剂多为亚硝酸盐，只能用于钢筋混凝土桥梁，而一旦深入土壤会污染地下水，所以也不环保，此外所使用的无机盐成本高。

为解决上述问题，目前国内主要存在如下专利文献：

申请号：201110456252.1，专利名称：一种高效融雪符合改性沥青混合料及其制备方法。高效融雪符合改性沥青混合料包括矿质集料84.0-95.0份，石油沥青5.5-7.5份，橡胶颗粒1.5-4.0份，化学类抑制冻结剂1.0-4.5份。该发明将橡胶颗粒和化学类抑制冻结剂添加到混合料中，从物理和化学两个方面进行路面的破冰融雪。然而，该发明为达到其效果而采用的化学类抑制冻结剂，均是从其他生产厂家购买，无形中提高了生产成本。

加之现有的融雪技术中所采用的材料大都为不可再生资源，随着社会与经济的快速发展，资源逐渐枯竭，尤其是不可再生资源的日益消耗，让人类逐步陷入无材可取的窘境。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺点，提供一种融雪性沥青混合料改性剂，所述改性剂的组分组成性能稳定、经济环保，制备过程和制备设备简单，使用性能稳定、高效，实现对废旧资源的科学、合理、有效地回收与再利用。同时，本发明还提供一种融雪性沥青混合料改性剂的制备方法。

为了达到上述目的，本发明提出了一种融雪性沥青混合料改性剂，所述改性剂由如下组分及其重量份组成：海水80～90份，多孔材料1～10份，地沟油0～20份。

所使用的地沟油，不仅成本低，还可以加强多孔材料与沥青及沥青混合料的相容性，能够有效地减少多孔材料的流失，对地沟油的回收再利用，不仅性价比高，且环保，还能够有效地抑制其被非法的应用，尤其应用于食品领域，避免其危害人们的健康。

进一步优选地，所述的海水的盐度为10‰～290‰。

所使用的海水，是一种用之不尽，取之不竭，几乎零成本的资源。巧妙的运用了盐类可降低冰点的物理原理，海水中含有大量的盐分，不需要经特殊处理即可使用，可避免在积雪路面撒使用盐的传统方法，减少了资源浪费。

进一步优选地，所述的多孔材料为粉末活性炭、活性炭颗粒、活性炭纤维、炭黑、介孔氧化铝、活性氧化铝中的一种或多种。

所使用的多孔材料，是一种环保型材料，其比表面积大，微孔丰富，可将海水中盐分固定在其表面，可避免因雨水冲刷而导致盐类的流失和对周围环境产生负面影响，可以有效的维持改性剂的融雪性能。

进一步优选地，所述粉末活性炭的粒径范围为0.01～2mm，比表面积为200～800m²/g，孔径为1～200nm；所述活性炭颗粒的粒径范围为0.01～2mm，比表面积为200～800m²/g，孔径为1～200nm；所述活性炭纤维的粒径范围为0.01～2mm，比表面积为200～800m²/g，孔径为1～200nm；所述炭黑的粒径范围为0.01～2mm，比表面积为200～800m²/g，孔径为1～200nm；所述介孔氧化铝的粒径分别为0.5～40nm，比表面积为200～500m²/g；所述活性氧化铝的粒径为1～5000nm，比表面积为150～380m²/g。

同时，本发明还提供一种融雪性沥青混合料改性剂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

A、将80～90重量份的海水加入加热罐中，加热至40～60℃，搅拌5～10min；

B、搅拌完成后，将1～10重量份的多孔材料投入加热罐中，浸渍20～80min；

C、滤除海水，将残留物放入烘箱，在80～100℃条件下，干燥1～5h，得到经干燥的多孔材料；

D、将0～20重量份的地沟油预热至100～140℃，将步骤C中得到的经干燥的多孔材料浸入地沟油中，搅拌10～30min，然后滤除地沟油，即可得到所述融雪性沥青混合料改性剂。

本发明的有益效果在于：

在现有技术中，传统的除雪融雪技术大多采用机械除雪或融雪剂除雪，机械除雪效率低且容易导致交通堵塞，影响人们的正常出行；融雪剂除雪，常用的融雪剂主要是盐类和醇类，醇类有反结冰现象，效果不好，导致综合成本大幅上升，盐类存在腐蚀性，易腐蚀破坏道桥结构和机动车辆，还会对土地、大气和水体造成污染，破坏生态环境，采用专门的化学类抑制冻结剂则会提升生产成本，不经济。而且现有融雪技术中所用的材料大多为不可再生资源，容易造成浪费。

本专利中，发明人创造性的使用海水这种用之不尽，取之不竭，几乎零成本的资源以及地沟油这种废旧资源作为融雪性沥青混合料改性剂的主要成分，实现对道路积雪的融化和消除，经济、对环境友好，且不占用现有或待开发资源，使废旧资源得以最大化的被循环使用，构思巧妙具备突出的创造性。具体而言，所使用的海水，是一种用之不尽，取之不竭，几乎零成本的资源；巧妙的运用了盐类可降低冰点的物理原理，海水中含有大量的盐分，不需要经特殊处理即可使用，可避免在积雪路面撒使用盐的传统方法，减少了资源浪费；所使用的多孔材料，是一种环保型材料，其比表面积大，微孔丰富，可将海水中盐分固定在其表面，可避免因雨水冲刷而导致盐类的流失和对周围环境产生负面影响，可以有效的维持改性剂的融雪性能；所使用的地沟油，是消耗动植物油类后的剩余残留物，不仅成本低，还可以加强多孔材料与沥青及沥青混合料的相容性，能够有效地减少多孔材料的流失；本发明制备改性剂的过程、设备和操作简单，能耗低，环保，无污染；本发明制备的改性剂，经济环保，性能稳定，融雪效果良好，且改性剂用量少，仅占沥青混合料总量的1.5%。

具体实施方式

本发明所提供的一种融雪性沥青混合料改性剂，其特征在于，所述改性剂由如下组分及其重量份组成：海水80～90份，多孔材料1～10份，地沟油0～20份。

所述的海水的盐度为10‰～290‰。

所述的多孔材料为粉末活性炭、活性炭颗粒、活性炭纤维、炭黑、介孔氧化铝、活性氧化铝中的一种或多种。

所述粉末活性炭的粒径范围为0.01～2mm，比表面积为200～800m²/g，孔径为1～200nm；所述活性炭颗粒的粒径范围为0.01～2mm，比表面积为200～800m²/g，孔径为1～200nm；所述活性炭纤维的粒径范围为0.01～2mm，比表面积为200～800m²/g，孔径为1～200nm；所述炭黑的粒径范围为0.01～2mm，比表面积为200～800m²/g，孔径为1～200nm；所述介孔氧化铝的粒径分别为0.5～40nm，比表面积为200～500m²/g；所述活性氧化铝的粒径为1～5000nm，比表面积为150～380m²/g。

其中，地沟油泛指在生活中存在的各类劣质油，如回收的食用油、反复使用的炸油等。地沟油最大来源为城市大型饭店下水道的隔油池。长期食用可能会引发癌症，对人体的危害极大。地沟油按来源可分为三类：一是狭义的地沟油，即将下水道中的油腻漂浮物或者将宾馆、酒楼的剩饭、剩菜（通称泔水）经过简单加工、提炼出的油；二是劣质猪肉、猪内脏、猪皮加工以及提炼后产出的油；三是用于油炸食品的油使用次数超过一定次数后，再被重复使用或往其中添加一些新油后重新使用的油。所述地沟油中主要成分为甘油三酯，且含有多种重金属例子。

同时，本发明还提供一种融雪性沥青混合料改性剂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

A、将80～90重量份的海水加入加热罐中，加热至40～60℃，搅拌5～10min；

B、搅拌完成后，将1～10重量份的多孔材料投入加热罐中，浸渍20～80min；

C、滤除海水，将残留物放入烘箱，在80～100℃条件下，干燥1～5h，得到经干燥的多孔材料；

D、将0～20重量份的地沟油预热至100～140℃，将步骤C中得到的经干燥的多孔材料浸入地沟油中，搅拌10～30min，然后滤除地沟油，即可得到所述融雪性沥青混合料改性剂。

下面将结合具体实施实例对本发明进行一步说明。

实施例1

按重量份数，将盐度为10‰的80份海水灌入加热罐中，并加热至50℃，快速搅拌5min；然后停止搅拌，将5份粒径为1～2mm，比表面积为350～600m²/g，孔径大小为1～150nm的活性炭颗粒浸入加热罐，浸渍30min；滤去海水，将残留物放置入烘箱中，在80℃条件下，干燥3h；之后预热地沟油15份，预热至120℃，将经海水浸渍且干燥的活性炭颗粒浸入，迅速搅拌15min；最后将地沟油滤去，剩下的残留物便是一种新型融雪性沥青混合料改性剂。

实施例2

按重量份数，将盐度为80‰的90份的海水灌入加热罐中，并加热至60℃，快速搅拌8min；然后停止搅拌，将6份粒径为0.01～0.5mm，比表面积为400～780m²/g，孔径大小为2～100nm的粉末活性炭浸入加热罐，浸渍50min；滤去海水，将残留物放置入烘箱中，在100℃条件下，干燥3.5h；之后预热地沟油4份，预热至100℃，将经海水浸渍且干燥的活性炭颗粒浸入，迅速搅拌20min；最后将地沟油滤去，剩下的残留物便是一种新型融雪性沥青混合料改性剂。

实施例3

按重量份数，将盐度为290‰的85份的海水灌入加热罐中，并加热至40℃，快速搅拌10min；然后停止搅拌，将3份粒径为0.05～0.1mm，比表面积为650～800m²/g，孔径大小为0.5～80nm的活性炭纤维浸入加热罐，浸渍60min；滤去海水，将残留物放置入烘箱中，在100℃条件下，干燥4h；之后预热地沟油12份，预热至130℃，将经海水浸渍且干燥的活性炭纤维浸入，迅速搅拌30min；最后将地沟油滤去，剩下的残留物便是一种新型融雪性沥青混合料改性剂。

实施例4

按重量份数，将盐度为22‰的86份的海水灌入加热罐中，并加热至55℃，快速搅拌6min；然后停止搅拌，将7份粒径为15～30nm，比表面积为100～350m²/g，的介孔氧化铝浸入加热罐，浸渍80min；滤去海水，将残留物放置入烘箱中，在100℃条件下，干燥5h；之后预热地沟油7份，预热至140℃，将经海水浸渍且干燥的活性炭纤维浸入，迅速搅拌25min；最后将地沟油滤去，剩下的残留物便是一种新型融雪性沥青混合料改性剂。

实施例5

本实施例将采用马歇尔击实成型法，通过对比使用了本发明改性剂与未使用本发明改性剂的马歇尔试样对雪的融化情况。

（1）改性剂的制备

本实施例应用的改性剂由实施例1～4中的制备方法制得。

（2）沥青混合料的拌和与马歇尔试样的制备

本实施例将通过制备马歇尔车辙试验试样和表面覆盖冰块的形式，来研究本发明环保稳定型沥青及沥青混合料改性剂应用于沥青混合料后，马歇尔车辙试验试样对冰雪的融化效果。

（1）改性剂的制备

本实施例应用的改性剂由实施例1的制备方法制得。

（2）沥青混合料的拌和与马歇尔车辙试验试样的制备

按照规范JTG F40-2004热拌沥青混合料配合比设计方法，在160℃拌合，于135℃击实成型，正反两面各75次，以AC-20为级配类型，进行马歇尔最佳油石比设计实验，确定最佳用油量为4.1%。本实施例中沥青混合料的组分及含量见表1

表1沥青混合料组成

（3）改性剂的使用

本发明改性剂的使用步骤如下：

a)预热石灰石矿料至175℃，待间歇型拌和机温度升至160℃后，迅速将集料倒入间歇性拌和机；

b)将70#道路交通沥青预热至160℃，加入本发明的改性剂，在160℃条件下，快速搅拌30min；

c)将经b)中搅拌好的沥青倒入a）中的间歇型拌和机，快速拌和3mi n；

d)取出沥青混合料，冷却至135℃，倒入外形尺寸为φ101.6×87mm的马歇尔击实成型标准试件中，进行马歇尔车击实成型。

（4）融雪

在0℃，标准大气压下，将应用了和未应用本发明改性剂的马歇尔击实成型试样进行融雪对比试验。在规格与重量相同的这两种马歇尔击实成型试样表面各覆盖一层厚度为3cm，密度为0.239g/cm³，总量为π×5.08cm×5.08cm×3cm×0.239g，即总重为58.1g的雪，融雪量与时间的关系见表2。

表2融雪量与时间的关系

根据表2可知，使用了本发明改性剂的马歇尔击实成型试样对雪的融化效果，60min后，几乎近一半的雪被融掉，而未使用本发明改性剂的马歇尔击实成型试样基本起不到融雪的作用。由此可见，本发明改性剂对雪的融除性能良好，且效率较高。

需要注意的是，以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，在本发明的上述指导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进或者变形落在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种融雪性沥青混合料改性剂，其特征在于，所述改性剂由如下组分及其重量份组成：海水80～90份，多孔材料1～10份，地沟油0～20份。

2.根据权利要求1所述的一种融雪性沥青混合料改性剂，其特征在于，

所述的海水的盐度为10‰～290‰。

3.根据权利要求1所述的一种融雪性沥青混合料改性剂，其特征在于，

所述的多孔材料为粉末活性炭、活性炭颗粒、活性炭纤维、炭黑、介孔氧化铝、活性氧化铝中的一种或多种。

4.根据权利要求3所述的一种融雪性沥青混合料改性剂，其特征在于，

所述粉末活性炭的粒径范围为0.01～2mm，比表面积为200～800m²/g，孔径为1～200nm；

所述活性炭颗粒的粒径范围为0.01～2mm，比表面积为200～800m²/g，孔径为1～200nm；

所述活性炭纤维的粒径范围为0.01～2mm，比表面积为200～800m²/g，孔径为1～200nm；

所述炭黑的粒径范围为0.01～2mm，比表面积为200～800m²/g，孔径为1～200nm；

所述介孔氧化铝的粒径分别为0.5～40nm，比表面积为200～500m²/g；

所述活性氧化铝的粒径为1～5000nm，比表面积为150～380m²/g。

5.一种如权利要求1～4中任一项所述的融雪性沥青混合料改性剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

A、将80～90重量份的海水加入加热罐中，加热至40～60℃，搅拌5～10min；

B、搅拌完成后，将1～10重量份的多孔材料投入加热罐中，浸渍20～80min；

C、滤除海水，将残留物放入烘箱，在80～100℃条件下，干燥1～5h，得到经干燥的多孔材料；

D、将0～20重量份的地沟油预热至100～140℃，将步骤C中得到的经干燥的多孔材料浸入地沟油中，搅拌10～30min，然后滤除地沟油，即可得到所述融雪性沥青混合料改性剂。