CN104193228B - 高弹型蓄盐类融冰化雪沥青混合料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高弹型蓄盐类融冰化雪沥青混合料及其制备方法。该混合料包括高弹改性沥青和集料，且高弹改性沥青与集料的重量比为(4-6)：100；高弹改性沥青包括10-20重量份的乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性沥青和1-3重量份的高弹改性剂；集料包括200-400重量份的玄武岩集料和10-20重量份的融雪剂。将融雪剂等体积置换矿质填料，直接掺入沥青混合料中，避免了直接撒布融雪剂对于道路和环境的破坏，满足绿色环保的要求，并有效提高融雪剂的利用率。高弹改性沥青温度敏感性低、低温性能较好，可以有效地抑制路面积雪结冰，同时具有降噪、耐磨、抗滑等特点，利用融雪剂和高弹改性沥青的主动抑制结冰作用，使得路面融冰化雪效果更佳显著。
Description
技术领域
本发明涉及道路建筑材料技术领域，特别是涉及一种高弹型蓄盐类融冰化雪沥青混合料及其制备方法。
背景技术
我国大部分地区属于冰雪寒冷地区，冬季经常出现路面积雪结冰的现象，致使路面的抗滑性能急剧下降，影响了车辆操作的稳定性和安全性，诱发交通事故，造成了巨大损失。因此如何有效地解决路面积雪结冰问题，对于提高道路的通行能力和交通安全具有重大意义。
目前除冰雪的方法可以分为被动抑制路面结冰和主动抑制路面结冰两大类，其中被动抑制路面结冰技术包括为人工清除、撒布融雪剂等，经过多年的发展，这种技术取得了不错的效果，但也存在环境污染、成本过高、使用条件限制等问题。主动抑制路面结冰技术包括添加蓄盐除冰等，添加蓄盐类融雪剂的路面，因其能释放类似抗冰盐物质至路面，可降低路面冰点到-20℃，从而有效阻止和延缓路面结冰。
高弹改性沥青是一种新型改性沥青，它具有出色的抗疲劳能力，可以有效较少和延缓沥青加铺层反射裂缝的发生，目前主要应用于旧混凝土路面改造、桥面铺装、排水性路面等。除了优异的抗疲劳性能，高弹改性沥青还具有高温性能优异、温度敏感性低、低温性能较好等优点，降噪、抗滑性能也优于一般沥青路面，具有广阔的应用前景。
目前对于掺入融雪剂的蓄盐类沥青混合料有较多的研究，但实际融冰雪效果并不理想。
发明内容
技术问题：本发明提出一种将融雪剂掺入高弹改性沥青混合料中，制得一种具有良好路用性能的高弹型蓄盐类融冰化雪沥青混合料及其制备方法，供冰雪寒冷地区使用。
技术方案：制配弹性沥青混合料用弹性恢复自应力除冰方式，目前研究均是利用弹性颗粒物质(如橡胶颗粒、胎面胶)掺入混合料，使得混合料的弹性能力加强已达到除冰效果，然而申请人发现，这种方法需要将弹性颗粒物质置换部分集料，所以如果采用弹性颗粒与融雪剂两种方式结合的办法，势必会使得混合料中原有的玄武岩石料集料矿料的量减弱，对混合料路用性能会产生一定影响。
本申请基于高弹改性沥青材料(技术指标如表5所示)的出现，利用高弹改性沥青与蓄盐类融雪剂两者相结合的方式来来达到双重除冰的目的，且不会影响沥青混合料的路用性能，而对于采用掺入融雪剂的蓄盐类沥青混合料与高弹改性沥青混合料综合除冰的研究尚属空白。
采用本发明沥青混合料的路面，在车辆荷载作用下融雪剂中被包裹的氯化钠会透过包裹材料的孔口析出，在毛细压力作用下渗透至路表，与路表中的水形成盐化物溶液，从而达到降低结冰点的目标，以实现路面的融冰化雪。
该沥青混合料包括高弹改性沥青和集料，所述高弹改性沥青与所述集料的重量比为(4-6)：100；其中，所述高弹改性沥青的重量组份为：10-20重量份的乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性沥青和1-3重量份的高弹改性剂；所述集料包括200-400重量份的玄武岩集料和10-20重量份的融雪剂。
所述乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性沥青,其中聚合物中的聚苯乙烯链段和聚丁二烯链段两相分离机构通过物理交联、固定链段、硫化增强的方式与沥青基质形成空间立体网络结构。
所述高弹改性剂的型号为HEA-800，形状为球形体。
所述玄武岩集料的粒度为0.075mm-16mm。
所述融雪剂为Mafilon融雪剂，该融雪剂为粉末状盐化物。
所述粉末状盐化物采用多孔结构的火成岩来包裹盐分，并具有与石灰岩磨制而成矿粉相似的粒径大小。
本发明的高弹型蓄盐类融冰化雪沥青混合料的制备方法具体包括：
步骤1，在180-190℃的条件下，将200-400重量份的所述份玄武岩集料和1-3重量份的所述高弹改性剂拌合均匀，并使所述高弹改性剂融化，以得到第一混合料；
步骤2，在150-160℃的条件下，将10-20重量份的所述乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性沥青加入到所述第一混合料中并搅拌，以得到第二混合料；
步骤3，在180-190℃的条件下，将10-20重量份的所述融雪剂加入到所述第二混合料中并搅拌，以得到第三混合料；
步骤4，将所述第三混合料成型，从而得到所述高弹型蓄盐类融冰化雪沥青混合料。
所述成型温度为170-175℃。
有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：将融雪剂与高弹改性沥青两者综合使用于沥青混合料之中，使得所发明的沥青混合料能够利用融雪剂降低水结冰点以及高弹改性沥青的大弹性恢复变形能力除冰的两种优势，以达到路面主动型除冰的效果。
此外，将融雪剂等体积置换矿质填料，直接掺入沥青混合料中，避免了直接撒布融雪剂对于道路和环境的破坏，满足绿色环保的要求，并有效提高融雪剂的利用率，满足经济性要求。高弹改性沥青温度敏感性低、低温性能较好，可以有效地抑制路面积雪结冰，同时具有降噪、耐磨、抗滑等特点。综合利用融雪剂和高弹改性沥青的主动抑制结冰作用，使得路面融冰化雪效果更佳显著。
附图说明
图1为集料级配曲线图；
图2为高弹型蓄盐类融冰化雪沥青混合料制备工艺流程图。
具体实施方式
为解决上述技术问题，作为本发明的第一个方面，提供了一种高弹型蓄盐类融冰化雪沥青混合料，包括高弹改性沥青和集料，且高弹改性沥青与集料的重量比为(4-6)：100。
优选地，高弹改性沥青包括10-20重量份的乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性沥青和1-3重量份的高弹改性剂。其中，采用改性沥青，可以提高混合料的强度、柔性能力，反之，如果采用现有技术中通常采用的基质沥青，则性能都不如改性沥青。对于高弹改性剂来说，可采用TPS(Tafpack-Super)或HVA(Highviscousasphalt)，通过高弹改性剂可增加混合料(路面层)的弹性变形性能，以发生弹性应变用于除去冰层。
优选地，集料包括200-400重量份的玄武岩集料和10-20重量份的融雪剂。其中，集料分为玄武岩、石灰岩以及辉率岩、花岗岩等，其中玄武岩集料的强度很高，和沥青混合在一起组成沥青混合料，可大大提高沥青混合料的强度性能。例如，融雪剂可采用日本的Mafilon和瑞士的Verglimt。融雪剂包含盐化物成分，用于降低水结成冰的冰点温度，达到去冰融雪，以提高融雪效果。
所选用的高弹改性剂可以提高沥青结合料的弹性恢复能力，按照一定比例与乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性沥青掺配后形成的沥青结合料在25℃下可以达到95％以上，使得所采用本发明沥青混合料的路面在车辆荷载作用下，会形成很大的弹性恢复变形，此变形可以将附着在路面层表的冰层击破，达到除冰效果。
所选用的盐化物融雪剂是一种多孔介质材料包裹氯化钠的材料，是本发明沥青混合料的重要组成部分。采用本发明沥青混合料的路面，在车辆荷载作用下融雪剂中被包裹的氯化钠会透过包裹材料的孔口析出，在毛细压力作用下渗透至路表，与路表中的水形成盐化物溶液，从而达到降低结冰点的目标，以实现路面的融冰化雪。
所选用的玄武岩集料与乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性沥青是路面沥青混合料中的常规材料(或者说是基本组成材料)，并不太会启到特别的性能改善。
例如，可以将高弹改性沥青与集料放入拌合锅中进行搅拌。
优选地，高弹改性剂为球形体。这种球形状的高弹改性剂在混合料拌合过程中会变成液状体，融合在沥青中，以改性达到高弹改性沥青。此外，这种形状不会影响到后期的使用效果。
优选地，玄武岩集料的粒度为0.075mm-16mm。在一个实施例中，粒度范围有0.075-0.15mm，0.15-0.3mm，0.3-0.6mm，0.6-1.18mm，1.18mm-2.36mm，2.36-4.75mm，4.75-9.5mm，9.5-13.2mm，13.2-16mm等档位，玄武岩集料由以上各档集料相配而成。
优选地，融雪剂为粉末状盐化物。
优选地，粉末状盐化物采用多孔结构的火成岩来包裹盐分，并具有与矿粉相似的级配。采用上述多孔结构，可以让内部的盐化物析出用于降低路面结冰点。此外，采用火成岩可以提供强度，并可作为替代矿粉成为混合料一个组成部分。采用与矿粉相似的级配，使得火成岩可替代矿粉来作为混合料的一个组成部分。需要特别说明的是，虽然现有技术有采用融雪剂来替代矿粉，但是，却没有在用融雪剂替代矿粉后，再加入高弹改性沥青进行除冰的这种综合手段。
作为本发明的第二个方面，请参考图2，提供了一种上述高弹型蓄盐类融冰化雪沥青混合料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，在180-190℃的条件下，将200-400重量份的份玄武岩集料和1-3重量份的高弹改性剂拌合均匀，并使高弹改性剂融化，以得到第一混合料。由于施工过程很难控制住在某个特定温度上，因此只能将温度限制为某个温度范围。如果步骤1的温度低于这个温度范围，高弹改性剂将不会溶于沥青之中，从而起不到高弹改性的作用。如果步骤1的温度高于这个温度，高弹改性剂则会出现老化现象，从而影响性能。
步骤2，在150-160℃的条件下，将10-20重量份的乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性沥青加入到第一混合料中并搅拌第一预定时间以保证高弹改性剂与沥青充分反应，以得到第二混合料，制得高弹改性沥青。
如果步骤2的温度低于这个温度范围，高弹改性剂将不会溶于沥青之中，从而起不到高弹改性的作用。如果步骤2的温度高于这个温度，高弹改性剂则会出现老化现象，从而影响性能。优选地，第一预定时间为85-95s。优选地，第一预定时间为1.5min。低于85秒时间，混合料拌合不充分，影响混合料性能。高于95秒，容易发生老化，同样影响混合料性能。
步骤3，在180-190℃的条件下，将10-20重量份的融雪剂加入到第二混合料中并搅拌第二预定时间以保证玄武岩集料、融雪剂全部被高弹改性沥青裹附，并无花料、白料现象，以得到第三混合料。优选地，第二预定时间为0.5min。
步骤4，将第三混合料成型，从而得到高弹型蓄盐类融冰化雪沥青混合料。
优选地，步骤4的成型温度为170-175℃。
以下列出了各成组份的技术要求：
1.所述高弹型蓄盐类融冰化雪沥青混合料中的玄武岩集料需要达到的技术要求如表1所示。
表1玄武岩集料技术要求
| 技术指标 | 技术要求 | 试验方法 |
| 抗压强度(MPa) | ≥120 | JTG E41-2005 T0221 |
| 洛杉矶磨耗值(％) | ≤22.0 | JTG E41-2005 T0317 |
| 压碎值(％) | ≤12 | JTG E41-2005 T0316 |
| 视密度(g/cm3) | ≥2.65 | JTG E41-2005 T0304 |
| 吸水率(％) | ≤1.5 | JTG E41-2005 T0304 |
| 针片状含量(％) | ≤5 | JTG E41-2005 T0312 |
| 软石含量(％) | ≤1 | JTG E41-2005 T0320 |
| 粘附性(SK70#)(级) | ≥4 | JTG E41-2005 T0616 |
| 坚固性(％) | ≤5 | JTG E41-2005 T0314 |
| 含泥量(％) | ≤1 | JTG E41-2005 T0310 |
2.所述高弹型蓄盐类融冰化雪沥青混合料中的融雪剂需要达到的技术要求如表2所示。
表2融雪剂技术要求与检测结果
3.所述高弹型蓄盐类融冰化雪沥青混合料中的高弹改性剂需要达到的技术要求如表3所示。
表3高弹改性剂技术要求
| 技术指标 | 技术要求 | 试验方法 |
| 尺寸(mm) | ≤5 | |
| 绍尔A型硬度(度) | ≥55 | GB/T531 |
| 熔体指数(g/10min) | 2-5 | ASTM D 1238 |
4.所述高弹型蓄盐类融冰化雪沥青混合料中的乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性沥青需要达到的技术要求如表4所示。
表4乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性沥青技术要求
5.所述高弹型蓄盐类融冰化雪沥青混合料中的高弹改性改性沥青需要达到的技术要求如表5所示。
表5高弹改性沥青技术要求
6.尽可能使高弹型蓄盐类融冰化雪沥青混合料的实际级配接近表6所列级配范围的中值。
表6高弹型蓄盐类融冰化雪沥青混合料级配范围
以下对制备本发明中的高弹型蓄盐类融冰化雪沥青混合料的具体方法，
1.材料准备
集料：选择形状较好的玄武岩集料，粒度范围为0.075mm-16mm，级配曲线如图1所示。
融雪剂：为粉末状盐化物材料，采用多孔结构的火成岩包裹盐分，与矿粉具有相似的级配。
高弹改性剂：选择形状接近球形体、硬度和弹性模量较大的颗粒。
沥青：选择乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性沥青。
2.将上述材料按制备方法制备高弹型蓄盐类融冰化雪沥青混合料，其包含下述步骤：
实施例1：
步骤一：按重量份数计，取玄武岩集料400份，融雪剂20份，高弹改性剂3份，乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性沥青20份；
步骤二：在180-190℃下将400份玄武岩集料和3份高弹改性剂加入到拌合锅中，拌合均匀，并使高弹改性剂融化；
步骤三：在150-160℃下将20份乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性沥青加入到拌合锅中，搅拌1.5min，保证高弹改性剂与沥青充分反应，制得高弹改性沥青；
步骤四：在180-190℃下将20份融雪剂加入到拌合锅中，搅拌0.5min，保证玄武岩集料、融雪剂全部被高弹改性沥青裹附，并无花料、白料现象；
步骤五：将拌合后的混合料在170℃下成型，即得到高弹型蓄盐类融冰化雪沥青混合料。
根据实施例1，在170℃的拌合温度下成型高弹型蓄盐类融冰化雪沥青混合料车辙板试件，并进行浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、高温车辙与低温弯曲小梁试验，结果如表7所示。
表7融雪型沥青混合料路用性能试验结果
试验结果表明，高弹型蓄盐类融冰化雪沥青混合料的水稳定性能与相应的普通沥青混合料相当，并满足规范的技术要求。
实施例2：
步骤一：按重量份数计，取玄武岩集料300份，融雪剂15份，高弹改性剂2份，乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性沥青15份；
步骤二：在180-190℃下将300份玄武岩集料和2份高弹改性剂加入到拌合锅中，拌合均匀，并使高弹改性剂融化；
步骤三：在150-160℃下将15份乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性沥青加入到拌合锅中，搅拌1.5min，保证高弹改性剂与沥青充分反应，制得高弹改性沥青；
步骤四：在180-190℃下将15份融雪剂加入到拌合锅中，搅拌0.5min，保证玄武岩集料、融雪剂全部被高弹改性沥青裹附，并无花料、白料现象；
步骤五：将拌合后的混合料在170℃下成型，即得到高弹型蓄盐类融冰化雪沥青混合料。
根据实施例2，在170℃的拌合温度下成型高弹型蓄盐类融冰化雪沥青混合料车辙板试件，并进行浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、高温车辙与低温弯曲小梁试验，结果如表8所示。
表8融雪型沥青混合料路用性能试验结果
试验结果表明，高弹型蓄盐类融冰化雪沥青混合料的水稳定性能与相应的普通沥青混合料相当，并满足规范的技术要求。
实施例3：
步骤一：按重量份数计，取玄武岩集料200份，融雪剂10份，高弹改性剂1份，乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性沥青10份；
步骤二：在180-190℃下将200份玄武岩集料和1份高弹改性剂加入到拌合锅中，拌合均匀，并使高弹改性剂融化；
步骤三：在150-160℃下将10份乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性沥青加入到拌合锅中，搅拌1.5min，保证高弹改性剂与沥青充分反应，制得高弹改性沥青；
步骤四：在180-190℃下将10份融雪剂加入到拌合锅中，搅拌0.5min，保证玄武岩集料、融雪剂全部被高弹改性沥青裹附，并无花料、白料现象；
步骤五：将拌合后的混合料在170℃下成型，即得到高弹型蓄盐类融冰化雪沥青混合料。
根据实施例3，在170℃的拌合温度下成型高弹型蓄盐类融冰化雪沥青混合料车辙板试件，并进行浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、高温车辙与低温弯曲小梁试验，结果如表9所示。
表9融雪型沥青混合料路用性能试验结果
试验结果表明，高弹型蓄盐类融冰化雪沥青混合料的水稳定性能与相应的普通沥青混合料相当，并满足规范的技术要求。
3.融雪性能评价
采用轮碾法，成型普通沥青混合料车辙板，与上述三种实施例成型的车辙板在0℃，标准大气压下进行融雪性能对比试验。在规格和重量相同各块车辙板表面各覆盖一层厚度为3cm，密度为0.239g/cm3，总重量为30cm×30cm×3cm×0.239g/cm3，即总重为645.3g的雪，融雪量与时间的关系如表10所示。
表10融雪性能试验结果
试验结果表明，高弹型蓄盐类融冰化雪沥青混合料的融雪性能要明显优于普通沥青混合料，融雪效果越显著。
4.破冰性能评价
采用轮碾法，成型普通沥青混合料车辙板，与上述三种实施例成型的车辙板在-5℃，标准大气压下进行破冰性能对比试验，冰层厚度为1.5cm。试验在路面破冰模拟试验机上进行，该设备由原有车辙试验机进行改进，能够模拟冰雪结冰天气下路面行驶条件，并通过路面表面的开裂和破碎程度加以评价。
上述式中：
Rc—破冰率，％；
CA—龟裂及块裂的总面积，cm2；
L—单根裂纹总长度，cm；
λ—将单根裂纹长度换算成面积的影响系数，一般取0.3；
A—试验总面积，cm2。
各车辙板的破冰率如表11所示。
表11破冰性能试验结果
试验结果表明，高弹型蓄盐类融冰化雪沥青混合料的破冰性能要明显优于普通沥青混合料，且随着高弹改性剂掺量的增加，破冰效果越显著。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种高弹型蓄盐类融冰化雪沥青混合料，其特征在于，该沥青混合料包括高弹改性沥青和集料，所述高弹改性沥青与所述集料的重量比为(4-6)：100；
其中，所述高弹改性沥青的重量组份为：10-20重量份的乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性沥青和1-3重量份的高弹改性剂；所述集料包括200-400重量份的玄武岩集料和10-20重量份的融雪剂；所述玄武岩集料的粒度为0.075mm-16mm。
2.根据权利要求1所述的高弹型蓄盐类融冰化雪沥青混合料，其特征在于，所述乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性沥青,其中聚合物中的聚苯乙烯链段和聚丁二烯链段两相分离机构通过物理交联、固定链段、硫化增强的方式与沥青基质形成空间立体网络结构。
3.根据权利要求1所述的高弹型蓄盐类融冰化雪沥青混合料，其特征在于，所述融雪剂为Mafilon融雪剂，该融雪剂为粉末状盐化物。
4.根据权利要求3所述的高弹型蓄盐类融冰化雪沥青混合料，其特征在于，所述粉末状盐化物采用多孔结构的火成岩来包裹盐分，并具有与石灰岩磨制而成矿粉相似的粒径大小。
5.一种如权利要求1至4中任一项所述高弹型蓄盐类融冰化雪沥青混合料的制备方法，其特征在于，该方法具体包括：
步骤1，在180-190℃的条件下，将200-400重量份的所述份玄武岩集料和1-3重量份的所述高弹改性剂拌合均匀，并使所述高弹改性剂融化，以得到第一混合料；
步骤2，在150-160℃的条件下，将10-20重量份的所述乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性沥青加入到所述第一混合料中并搅拌，以得到第二混合料；
步骤3，在180-190℃的条件下，将10-20重量份的所述融雪剂加入到所述第二混合料中并搅拌，以得到第三混合料；
步骤4，将所述第三混合料成型，从而得到所述高弹型蓄盐类融冰化雪沥青混合料。
6.根据权利要求5所述的高弹型蓄盐类融冰化雪沥青混合料的制备方法，其特征在于，所述步骤4的成型温度为170-175℃。
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