CN103387817B

CN103387817B - 一种环保型融冰雪盐化物及其制备方法

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Publication number: CN103387817B
Application number: CN201310274861.4A
Authority: CN
Inventors: 夏慧芸; 于志远; 宋莉芳; 高莉宁; 陈华鑫; 杨佩佩
Original assignee: Changan University
Current assignee: Changan University
Priority date: 2013-07-02
Filing date: 2013-07-02
Publication date: 2015-04-15
Anticipated expiration: 2033-07-02
Also published as: CN103387817A

Abstract

本发明给出了一种环保型融冰雪盐化物及其制备方法，该盐化物的重量百分比组成为：融雪剂：40～60%，放热剂：2～5%，多孔矿料10～40%，防潮剂：10～20%，改性剂：5～20%，各组分重量百分比之和为100%。本发明方法工艺简单、成本较低，且融雪效果好；盐化物中融雪剂主要为醋酸钙及醋酸镁，相比MAFILON及其他盐化物中使用的氯化钙及氯化钠等融雪剂，其对周围环境的腐蚀性很小，起到很好的环保作用。

Description

一种环保型融冰雪盐化物及其制备方法

技术领域

本发明涉及路面融冰雪材料制备领域，具体涉及一种环保型融冰雪盐化物及其制备方法，主要用于沥青路面的融雪。

背景技术

在寒冷的冬季，许多公路和城市道路经常遭受冰雪的危害。雪后，在车辆荷载的作用下积雪被压实，当中午温度升高后，积雪融化，晚上温度降低会再结冰，从而造成路面一向的抗滑性能急剧下降，导致交通事故的发生。据统计，冬季15%～30%左右的交通事故和道路积雪有关。

目前，最常用的破冰方法是在路面撒布盐类，人工及机械清除法等除冰雪方法，都是在下雪后一段时间内进行，不能及时保证道路行驶安全。而盐化物沥青路面具有自融雪作用，在下雪过程中即可发挥除冰雪作用，并且有利于雪后铲雪。盐化物自融雪沥青路面，即在沥青混合料中添加盐化物制得具备自融雪结构的道路。其除冰雪作用原理是在毛细管压力和车辆碾压作用下，路面内部盐分逐渐析出，降低路面水的冰点，延缓路面积雪结冰。该方法因降雪和冻结初期抑制冻结效果明显，方便的机械化施工和较低的后期管理水平，与其它除冰雪方法综合使用，能达到较好除冰雪效果。所以盐化物沥青混合料的研究，成为现在道路融雪技术研究的一个新方向。但目前我国自主研发的盐化物很少，主要购买日本前田株式会社生产的MAFILON等产品，价格昂贵，1万元/吨左右。

发明内容

本文发明的目的在于，提供一种工艺简单、成本较低、对周围环境腐蚀性小的新型环保型盐化物及其制备工艺和使用方法。

为了达到该目的本发明采用以下技术解决方案：

一种环保型融冰雪盐化物，该盐化物的重量百分比组成为：融雪剂：40～60%，放热剂：2～5%，多孔矿料10～40%，防潮剂：10～20%，改性剂：5～20%，各组分重量百分比之和为100%

优选地，所述的融雪剂为醋酸镁及醋酸钙的混合物，醋酸镁和醋酸钙的粒径在方孔筛尺寸1.18mm的通过率大于90%，混合物中醋酸镁与醋酸钙的重量比为1/3～1/2。在遇水的条件下，融雪剂从多孔矿料中释放出来，经路面沥青混合料中空隙析出到路表，降低路表冰点。此外，相比传统氯盐融雪剂，醋酸钙及醋酸镁对周围环境的腐蚀性很小。

优选地，所述的放热剂采用氧化钙，其粒径在方孔筛尺寸2.36mm的通过率大于90%。氧化钙遇水反应放热融冰，生成氢氧化钙溶于水时也放热融冰；并且在水分挥发及降雪的循环过程中，氢氧化钙可以反复溶于水放热融冰。

优选地，所述的多孔矿料采用玄武岩，其粒径在方孔筛尺寸4.75mm的通过率大于95%。玄武岩的主要成份是二氧化硅、三氧化二铝、氧化铁、氧化钙、氧化镁（还有少量的氧化钾、氧化钠），其中二氧化硅含量最多，约占百分之45%～50%。玄武岩作用为储藏融雪剂及放热物质；多孔矿料也可采用钢渣等多孔材料。

优选地，所述的改性剂采用DL—411铝酸酯偶联剂。铝酸酯偶联剂外观白色或淡黄色蜡状固体，热分解温度为300℃，其作用是提高盐化物与沥青混合料间的粘结性，防止集料表面裹附的沥青发生剥落。

所述的防潮剂采用硅胶，硅胶的粒径尺寸为1.0～3.0mm。硅胶的不溶于水和任何溶剂，无毒无味，化学性质稳定，作用是延缓盐化物的潮解速率，利于长期储存。

本发明还给出一种用于制备环保型融雪盐化物的方法，该方法包括以下步骤：

步骤一，按照重量百分比称取以下各组分：

融雪剂：40～60%，放热剂：2～5%，多孔矿料10～40%，防潮剂：10～20%，改性剂：5～20%，各组分重量百分比之和为100%；

步骤二，将称取的融雪剂、放热剂和防潮剂常温均匀搅拌5～10min；

步骤三，将步骤二搅拌后的产物研磨10～20min，然后与改性剂均匀混合，在120～140℃的条件下恒温保持3h，得到混合物；

步骤四，将多孔矿料研磨15～20min，再将研磨后的多孔矿料和步骤三得到的混合物球磨15～20min，得到粉体颗粒状盐化物；

步骤五，将步骤四制得的粉体颗粒状盐化物进行筛分，筛选出粒径小于0.15mm的盐化物，即为环保型融雪盐化物。

本发明制备的环保型融雪盐化物用于制备融雪沥青混合料的应用。

所述的融雪沥青混合料中，沥青与矿料的质量比的百分数为4.8%，所述的矿料中，矿粉的掺量为1.5%，环保型融冰雪盐化物的掺量为4%，所述的沥青采用SBS1-C改性沥青。

针对沥青路面，本发明给出了一种新型盐化物及制备方法，工艺简单、成本较低，且融雪效果好。一方面，盐化物中融雪剂主要为醋酸钙及醋酸镁，相比MAFILON及其他盐化物中使用的氯化钙及氯化钠等融雪剂，其对周围环境的腐蚀性很小，起到很好的环保作用；另一方面，该盐化物包括有放热物质氧化钙，遇水反应放热融冰，生成氢氧化钙溶于水时也放热融冰。并且在水分挥发及降雪的循环过程中，氢氧化钙可以反复溶于水放热融冰。此外，该盐化物成本为5000元/吨，是MAFILON价格的1/2左右，极大的节省了自融雪沥青路面建设成本。

具体实施方式

一种环保型融冰雪盐化物，该盐化物的重量百分比组成为：融雪剂：40～60%，放热剂：2～5%，多孔矿料10～40%，防潮剂：10～20%，改性剂：5～20%，各组分重量百分比之和为100%。

所述的融雪剂为醋酸镁及醋酸钙的混合物，醋酸镁和醋酸钙的粒径在方孔筛尺寸1.18mm的通过率大于90%，混合物中醋酸镁与醋酸钙的重量比为1/3～1/2。在遇水的条件下，融雪剂从多孔矿料中释放出来，经路面沥青混合料中空隙析出到路表，降低路表冰点。此外，相比传统氯盐融雪剂，醋酸钙及醋酸镁对周围环境的腐蚀性很小。

所述的放热剂采用氧化钙，其粒径在方孔筛尺寸2.36mm的通过率大于90%。氧化钙遇水反应放热融冰，生成氢氧化钙溶于水时也放热融冰；并且在水分挥发及降雪的循环过程中，氢氧化钙可以反复溶于水放热融冰。

所述的多孔矿料采用玄武岩，其粒径在方孔筛尺寸4.75mm的通过率大于95%。玄武岩的主要成份是二氧化硅、三氧化二铝、氧化铁、氧化钙、氧化镁（还有少量的氧化钾、氧化钠），其中二氧化硅含量最多，约占百分之45%～50%。玄武岩作用为储藏融雪剂及放热物质；多孔矿料也可采用钢渣等多孔材料。

所述的改性剂采用DL—411铝酸酯偶联剂。铝酸酯偶联剂外观白色或淡黄色蜡状固体，热分解温度为300℃，其作用是提高盐化物与沥青混合料间的粘结性，防止集料表面裹附的沥青发生剥落。

步骤一，按照重量百分比称取以下各组分：

步骤五，将步骤四制得的粉体颗粒状盐化物进行筛分，筛选出粒径小于0.15mm的盐化物，即为本发明制备的环保型融雪盐化物。

本发明方法制备的环保型融雪盐化物在常温（25℃）下颜色为淡黄色，沸点>400℃,闪点>250℃，密度2.34～2.64g/cm³，可部分溶于水，PH值呈碱性，易潮解。

为了更好地理解本发明，下面结合实施实例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于所述实施例。

实施例1：

一种用于制备环保型融雪盐化物的方法，该方法包括以下步骤：

步骤一，按照重量百分比称取以下各组分：

醋酸镁10g,醋酸钙30g,氧化钙5g,玄武岩30g,铝酸酯偶联剂15g，硅胶10g；

步骤二，将称取的醋酸镁、醋酸钙、氧化钙和硅胶放入搅拌锅中，常温（25℃）均匀搅拌5min；

步骤三，将步骤二搅拌后的产物投入矿粉压球机中研磨10min，然后与改性剂均匀混合，混合后放入烘箱，在120℃的条件下恒温保持3h，得到混合物；

步骤四，将玄武岩放入矿粉压球机中研磨15min，再将研磨后的多孔矿料和步骤三得到的混合物一同添加到球磨机中球磨15min，得到粉体颗粒状盐化物；

步骤五，将步骤四制得的粉体颗粒状盐化物进行筛分，筛选出粒径小于0.15mm的盐化物，即为制备的环保型融雪盐化物。

实施例2：

该实施例的制备方法如下：

步骤一，按照重量百分比称取以下各组分：

醋酸镁15g,醋酸钙45g,氧化钙2g,玄武岩23g,铝酸酯偶联剂5g，硅胶10g。

步骤二，将称取的醋酸镁、醋酸钙、氧化钙和硅胶放入搅拌锅中，常温（25℃）均匀搅拌10min；

步骤三，将步骤二搅拌后的产物投入矿粉压球机中研磨20min，然后与改性剂均匀混合，混合后放入烘箱，在140℃的条件下恒温保持3h，得到混合物；

步骤四，将玄武岩放入矿粉压球机中研磨20min，再将研磨后的多孔矿料和步骤三得到的混合物一同添加到球磨机中球磨20min，得到粉体颗粒状盐化物；

实施例3：

本实施例与实施例1的制备方法相同，不同之处为步骤一中称取的各组分为：醋酸镁13.3g,醋酸钙31.7g,氧化钙5g,玄武岩10g,铝酸酯偶联剂20g，硅胶20g。

实施例4：

本实施例与实施例2的制备方法相同，不同之处为步骤一中称取的各组分为：醋酸镁10g,醋酸钙30g,氧化钙2g,玄武岩40g,铝酸酯偶联剂8g，硅胶10g。

实施例5：

本实施例与实施例2的制备方法相同，不同之处为步骤一中称取的各组分为：醋酸镁20g,醋酸钙40g,氧化钙5g,玄武岩15g,铝酸酯偶联剂10g，硅胶10g。

环保型融雪盐化物的应用：

本发明制备的环保型融雪盐化物于制备融雪沥青混合料的应用。所述的融雪沥青混合料采用AC-13型级配，沥青与矿料的质量比的百分数（油石比）为4.8%，所述的矿料中，矿粉的掺量（质量）为1.5%，环保型融冰雪盐化物的掺量为4%。

沥青采用SBS1-C改性沥青，矿料集配见下表1。

表1矿料级配

使用方法

1.环保型融冰雪盐化物的计算。盐化物等体积替代75%的矿粉，具体如公式1所示。

M_盐化物—盐化物掺加的质量（g）

m_矿粉—矿粉的质量（g）

ρ—矿粉的密度（g/cm³）。

ρ_盐化物—盐化物的密度（g/cm³）。

2.在沥青混合料拌和前，无需烘干盐化物，将盐化物同矿粉一起投入到混合料中拌和，拌和时间不低于50s，必要时调整拌和时间以达到拌和均匀的要求。

盐化物融冰雪路面的除冰雪试验研究结果

表2试验结果

注：（1）马歇尔稳定度、残留温度、劈裂强度比、车辙动稳定度依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ052-2000）测试。

（2）粘结力为评价在-7℃情况下，路面和冰层间的冻结力，粘结力越小，说明盐化物融冰雪能力越强。

（3）表中的实施例1、实施例2和实施例3分别为前述的实施例制备的融冰雪盐化物按照“沥青与矿料的质量比的百分数（油石比）为4.8%，所述的矿料中，矿粉的掺量为1.5%，环保型融冰雪盐化物的掺量为4%”制备的融雪沥青混合料，而对照例中没有添加环保型融冰雪盐化物。

表2试验结果可以得出，添加本发明制备的融雪盐化物后，马歇尔试件弯拉强度无明显变化，残留稳定度和劈裂强度比下降，动稳定度下降，但都满足现行规范要求，说明添加该盐化物后道路路用性能符合使用要求。表中冻结力是在-7℃情况下，马歇尔试件表面结冰后，用粘结力试验测定马歇尔试件表面和冰层冻结力大小。通过冻结力试验说明掺加该融雪盐化物后，路面和冰层间冻结力明显下降，说明该盐化物具有融冰作用。

粘结力试验具体方法如下：

1.试验设计目的：自融雪路面的作用过程是先将路面与冰雪结合部位的冰点降低，内部的盐化物继续扩散最终达到融冰雪的目的。但是在试验的过程中很难得出冰雪与自融雪路面粘结力的变化，所以设计此试验以达到直观评价融冰雪效果的目的。

2.试验原理：本试验是利用层间力试验仪对试件与水低温下冻结形成的结合力为基础进行测量。由于正常情况下路面在低温下有水，水就会有一部分进入路面的空隙，这样空隙中的水同路面上的水就会冻结成为一体，因而结合部位就具有较大的抗拉拔力和抗剪力，所以很难将冰从路表面分开。在加入了盐化物的路表面由于降低冰点的作用，这样结合部位的抗剪力就会大大减小，通过测量在同一低温情况下的结合部位拉拔和剪切力来判断盐化物是否发挥了融冰雪的效果。

3.试验器材：按目标配合比，分别用融雪沥青混合料制作了马歇尔试件，密封塑料，层间力试验仪，可以固定在层间力试验仪的试件夹具，量筒，烧杯，胶带，冰箱。

4.试验方法：用塑料将马歇尔试件密封，高度超过试件4cm，试件底部也全部密封。然后向马歇尔试件表面倒入500ml水，放入-7℃冰箱中冻结6h。拿出试件放在已经控制好温度的层间力试验仪的固定夹具上，层间力试验仪的拉动速度为5cm/min，直到冰从试件上完全脱落下来。保存数据。进行下一个试件。

腐蚀试验

比较本发明制备的环保型融冰雪盐化物及背景技术中提到的日本生产的MAFILON对碳钢的腐蚀速率，说明该盐化物对周围环境的腐蚀性很小。

试验方法：试样为圆环形碳钢片ρ=7.81～7.85g/cm³,尺寸为R=45mm、r=17mm、h=3mm。将试样编号,测量并记录表面积,用分析天平准确称重后浸泡于相应编号的腐蚀溶液中。每组实验选用3个试样平行测试。

一组实验中，在室温下，将预先处理、称量好的钢片悬挂浸渍在实施例1制备的环保型融冰雪盐化物为质量分数为3%的溶液中16小时,在大气中暴露8小时，反复进行7次，共7天。

在另一组实验中，室温下，将预先处理、称量好的钢片悬挂浸渍在MAFILON质量分数为3%的溶液中16小时，在大气中暴露8小时，反复进行7次，共7天。

实验结束后，将两组试样浸于除锈液中至锈除尽，取出后用大量自来水冲洗，再用去离子水冲洗，滤纸擦干，丙酮除油，自然晾干后用分析天平准确称重,测定腐蚀速率。腐蚀速率按如下公式计算：

V = \frac{m_{0} - m_{1}}{S_{t}}

V—金属的腐蚀速率，g/cm²·h

m₀—试件腐蚀前的质量，g。

m₁—腐蚀并除去腐蚀产物后试件的质量，g。

S_t—试件暴露在腐蚀环境中的表面积，m²。

试验结果如表3所示。

表3腐蚀试验结果

盐化物	环保型盐化物	MAFILON
			对碳钢的腐蚀速率	0.0997	0.5314

试验结果说明，与MAFILON相比，本文研发的环保型容冰雪盐化物的腐蚀性很小，反映了将其掺加到路面，其对道路周围环境的影响极小。

Claims

1.一种环保型融冰雪盐化物，其特征在于，该盐化物的重量百分比组成为：融雪剂：40～60％，放热剂：2～5％，多孔矿料10～40％，防潮剂：10～20％，改性剂：5～20％，各组分重量百分比之和为100％；

所述的融雪剂为醋酸镁及醋酸钙的混合物，醋酸镁和醋酸钙的粒径在方孔筛尺寸1.18mm的通过率大于90％，混合物中醋酸镁与醋酸钙的重量比为1/3～1/2；

所述的放热剂采用氧化钙，其粒径在方孔筛尺寸2.36mm的通过率大于90％；

所述的多孔矿料采用玄武岩，其粒径在方孔筛尺寸4.75mm的通过率大于95％；

所述的改性剂采用DL—411铝酸酯偶联剂；

所述的防潮剂采用硅胶，硅胶的粒径尺寸为1.0～3.0mm；

所述的环保型融雪盐化物的制备方法，该方法包括以下步骤：

步骤一，按照重量百分比称取以下各组分：

融雪剂：40～60％，放热剂：2～5％，多孔矿料10～40％，防潮剂：10～20％，改性剂：5～20％，各组分重量百分比之和为100％；

2.一种如权利要求1所述的环保型融冰雪盐化物用于制备融雪沥青混合料的应用，其特征在于，所述的融雪沥青混合料中，沥青与矿料的质量比的百分数为4.8％，所述的矿料中，矿粉的掺量为1.5％，环保型融冰雪盐化物的掺量为4％，所述的沥青采用SBS1-C改性沥青。