CN104774592A - 一种用于沥青路面的缓释型抗冻材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于沥青路面的缓释型抗冻材料及其制备方法，以氯化物、阻锈剂按一定比例充分混匀后进行造粒，再用缓释剂包膜、最后通过筛分和干燥而制成沥青路面用缓释型抗冻材料。该缓释型抗冻材料和沥青混拌料混合铺装成沥青路面后，可以在冬季降低路面的冰点从而有效的阻止路面黑冰形成，使得沥青路面在-10～0℃时具有主动抑制路面结冰的功能。本发明可以降低冰雪对冬季道路的危害，降低传统的融雪剂撒播量从而降低道路融雪除冰的成本，以及减少其对道路、桥梁钢筋的腐蚀和对道路两侧农田作物、绿化植物的危害。

Description

一种用于沥青路面的缓释型抗冻材料及其制备方法

技术领域

本发明属于道路路面防冻除冰技术领域，特别涉及一种用于道路路面的防冻除冰材料及其制备方法。

背景技术

交通运输是国民经济的动脉，对整个国民经济发展起着不可估量的作用。随着我国经济的快速发展，公路交通已成为现代化城市的生命线。然而冬季冰雪致使车辆轮胎的附着系数大大降低，导致车祸频发和道路封锁，降低了道路的运输效率，同时造成了生命和财产损失。清除冬季道路冰雪，国内外均以被动技术为主包括使用机械和撒布融雪剂等，但是每年的人力和物力消耗巨大，难以大范围推广。

传统除冰雪的方法，主要是撒布融雪剂，或者采用机械为主、人工为辅的作业方法清除道路表面积雪，达到融雪抑冰的目的。但是这些措施在环保、机动、成本等方面都存在很大的局限性。为了方便、快捷、高效地除雪，主动除冰雪技术即在沥青混拌料中添加防冻除冰材料，该技术通过氯化物在沥青路面中起到降低路面冰点的作用，具有一次铺装，长期有效，维护成本低的特点，在欧洲和日本等发达地区已经得到广泛推广。

然而存在一定的问题：即在高温季节时，沥青材料中的氯化物容易快速释放，导致自融雪沥青路面的抗冻功能的效果减弱，且作用时间变短。

发明内容

为了解决自融雪沥青路面中传统抗冻材料在高温季节时释放过快的问题，增加抗冻路面使用年限，本发明采用的技术方案是：提供了一种沥青路面用的缓释性抗冻型复合材料，在保证冬季冰雪天气道路的安全和降低交通事故的发生率的前提下，尽量减少冬季路面养护成本。

缓释性抗冻复合材料以氯化物和阻锈剂为芯材，以缓释剂材料为包覆膜将芯材包覆在其中形成的颗粒状双层复合材料，

该复合材料的各组分按重量份数计算为，氯化物75-95份，缓释剂5-25份，六偏磷酸钠0.01-0.5份、葡萄糖酸钠0.01-0.5份、磷酸二氢锌0.01-0.5份、尿素0.01-0.5份；六偏磷酸钠、葡萄糖酸钠、磷酸二氢锌、尿素组成阻锈剂，

其中，氯化物为氯化钠、氯化钙、氯化镁中一种或两种以上的混合物，

其中，缓释剂按重量百分比计算为，20—30％的羟丙基甲基纤维素，15—20％的凹凸棒土，余量为甘油三月桂酸酯。

上述选用的六偏磷酸钠为白色粉末，0.1mm方孔筛的通过率为大于85％以上，

选用的葡萄糖酸钠为白色粉末，0.1mm方孔筛的通过率为大于90％以上，

选用的磷酸二氢锌为白色粉末，0.1mm方孔筛的通过率为大于85％以上，

选用的尿素为白色粉末，0.1mm方孔筛的通过率为大于85％以上，

本发明中，沥青路面用的缓释型抗冻复合材料颗粒的粒径大小为0.5—6mm。

本发明还提供了一种上述沥青路面用的缓释型抗冻复合材料的制备方法，步骤为：

(1)先将氯化物进行粉碎和预混，与阻锈剂进一步均匀混合，再进行造粒得到的芯材颗粒；

(2)将缓释剂各组分配成混悬液，再将步骤(1)中得到的芯材颗粒投入到所述混悬液中，使混悬液均匀地涂覆在芯材颗粒表面，形成一层均匀而致密的包覆层，通过60～100℃加热干固成膜，冷却后即可得到粒径大小为0.5～6mm的沥青路面用的缓释型抗冻复合材料颗粒。

将上述得到的复合材料颗粒筛分、干燥，通过皮带输送至料仓，包装车间全自动包装，封装。

将本发明中的缓释型抗冻复合材料颗粒，渗入到沥青路面的过程大致为：在制备铺路用的沥青混泥土的过程中，将本发明的缓释型抗冻复合材料颗粒加入其中：在沥青混泥土拌合生产拌缸中，在搅拌状态下，按大小料、细料、直料、矿粉、沥青、防冻除冰材料的先后顺序添加(防冻除冰材料占沥青混泥土的比重为5-8％)，防冻除冰材料在拌缸的搅拌时间控制在40秒出料，在拌合好的成品料中看不到除冰防冻材料的白色颗粒，说明防冻除冰材料已被沥青均匀裹腹。

路面施工工艺与常规沥青混凝土施工工艺类似，同时保证施工路面摊铺工艺孔隙率为3-5％。

本发明的缓释型抗冻复合材料的工作原理：

在沥青路面面层中添加缓释型抗冻复合材料，受到来往行驶车辆的碾压和摩擦，利用了路面孔隙渗透压力和毛细管现象，使得抗冻复合材料从路面的不同深度渗透至路面附近，同时还具有低温缓慢释放氯化物效应。释放出的氯化物与路面冰雪接触，迅速溶于雪水中，随着雪水中氯化物离子浓度增加，水的液相蒸气压下降，而冰的固态蒸气压不变，为了达到冰水混合物固液蒸气压平衡的状态，冰便开始融化。从而可以防止和延缓冬季沥青路面结冰的现象。

本发明中添加有阻锈剂的缓释型抗冻复合材料，通过GB/T18175《水处理剂缓蚀性能的测定旋转挂片法》的要求进行测定，由于高效阻锈剂的添加，其阻锈剂组分具有与金属离子生成络合物的化学性质，在与金属接触时，在金属表面形成络合反应平衡，形成一层保护膜阻止金属被腐蚀，有效地抑制金属被氯化物锈蚀。另外这些阻锈剂的组分又具有无毒、无害、高溶解性的特性，对环境友好且无污染。

本发明的有益效果在于：

(1)作为主动型抗冻材料，按一定比例加入沥青混合料中，铺筑在路面面层，适合各种类型沥青路面，不影响沥青混合料的各项指标，具有一次铺装，长期有效抗冻，大幅降低了冬季路面管理养护成本，同时保证冰雪天气道路行驶车辆的畅通，降低交通意外事故的发生率。

(2)具有缓慢释放功能，可防止路面在冰点以下时的结冰形成，适应温度面较广，可以根据不同地区的需要调节氯化物的组成，-10℃以下地区芯材中氯化钙组成高，-10℃以上地区芯材中氯化钠组成高。

(3)减少撒盐融雪和使用人工、机械铲雪的冬季养护措施，更简便、更安全，同时对环境影响损害减少，腐蚀性也大大降低(对桥梁尤其重要)，是一种道路环保技术。

附图说明

图1：本发明的沥青路面用缓释型抗冻复合材料的制备工艺流程图。

具体实施方式

实施例1

称取氯化钠70g、氯化钙10g、(阻锈剂：六偏磷酸钠0.3g，葡萄糖酸钠0.2g、磷酸二氢锌0.2g和尿素0.3g)，

缓释剂19g，按重量百分比计算为，25％的羟丙基甲基纤维素，18％的凹凸棒土，余量为甘油三月桂酸酯；

(1)先将氯化钙和氯化钠进行粉碎和预混，然后将阻锈剂溶解配制为溶质质量分数为30％的水溶液，通过计量泵将阻锈剂的水溶液均匀喷撒在氯化物混合物中，一并通过造粒设备进行造粒，得到芯材颗粒；

(2)将缓释剂各组分配成混悬液，再将步骤(1)中得到的芯材颗粒投入到所得混悬液中，使混悬液均匀地涂覆在芯材颗粒表面，形成一层0.2mm的均匀而致密的包覆层，通过80℃加热干固成膜，冷却后即可得到粒径大小为5.5～6mm的沥青路面用的缓释型抗冻复合材料颗粒。

实施例2

氯化钠75g、氯化钙5g、氯化镁5g、(阻锈剂：六偏磷酸钠0.2g，葡萄糖酸钠0.3g、磷酸二氢锌0.3g和尿素0.2g)，

缓释剂14g，按重量百分比计算为，20％的羟丙基甲基纤维素，15％的凹凸棒土，余量为甘油三月桂酸酯。

制备方法如实施例1所示。

实施例3

氯化钠60g、氯化钙15g、氯化镁5g、(阻锈剂：六偏磷酸钠0.3g，葡萄糖酸钠0.2g、磷酸二氢锌0.3g和尿素0.2g)，

缓释剂19g，按重量百分比计算为，24％的羟丙基甲基纤维素，16％的凹凸棒土，余量为甘油三月桂酸酯。

制备方法如实施例1所示。

对比实施例1

氯化钠60g、氯化钙15g、氯化镁5g，

缓释剂19g，按重量百分比计算为，24％的羟丙基甲基纤维素，16％的凹凸棒土，余量为甘油三月桂酸酯，不添加阻锈剂组分。

制备方法为：

(1)先将氯化物混合物粉碎和预混，然后通过计量泵将去离子水均匀喷撒在氯化物混合物中，一并通过造粒设备进行造粒，得到芯材颗粒；

(2)将缓释剂各组分配成混悬液，再将步骤(1)中得到的芯材颗粒投入到所得混悬液中，使混悬液均匀地涂覆在芯材颗粒表面，形成一层0.2mm的均匀而致密的包覆层，通过80℃加热干固成膜，冷却后即可得到粒径大小为5.5～6mm的沥青路面用的缓释型抗冻复合材料颗粒。

实验1 本发明的缓释型防冻除冰复合材料对碳钢的腐蚀率：

按照GB/T 18175—2000《水处理剂缓蚀性能的测定》的测试方法和条件，分别将上述实施例1、2、3和对比实施例1制备的温敏型抗冻材料、纯水、纯组分的氯化钠、氯化钙、氯化镁，进行碳钢腐蚀对比测试试验，比较结果如表1：

比较结果如表1：

表1：碳钢腐蚀率测定结果

名称	碳钢腐蚀率mm/a
		纯水	0.0585
氯化钠溶液	0.6610
		氯化镁溶液	0.5983
氯化钙溶液	0.4788
		实施例1的溶液	0.0325
实施例2的溶液	0.0302
		实施例3的溶液	0.0314
对比实施例1的溶液	0.3854

由此得出高效阻锈剂的加入使得抗冻材料对碳钢腐蚀率大大降低，指标值明显优于纯水、氯化钠、氯化钠、氯化钙溶液和不添加阻锈剂的抗冻材料溶液，有利于在桥梁和钢结构的区域铺设。

实验2 本发明防冻除冰材料硬度测试

实验仪器：颗粒强度测定仪(日本藤原制作所制造)

测试步骤：

将颗粒强度测定仪调零，使指示杆在零点位置，随机抽取本发明中的缓释型防冻除冰复合材料颗粒，将颗粒径向放于承受基座上，然后顺时针转动加力杆，此时在压力显示盘中压力指针会带着指示杆一同转动，当压力逐渐增大直至将颗粒压碎时，压力指示针回零，而压力指示杆停留的位置即为颗粒的强度，从实施例2、4、6中的颗粒样本中，随机取出10个颗粒(粒径大小在2.5—3mm)，按上述方法进行测定。舍弃一个最小值和一个最大值，其余硬度值的平均值即为该防冻除冰材料的强度。测试结果如表2：

表2：防冻除冰剂硬度测试

上表中制备“对比实施例2”的抗冻材料中，氯化物和阻锈剂成分和组成均与实施案例3相同，差异在于：实施案例3需要包膜工艺；对比实施例2不进行包膜(即直接采用芯材颗粒作为产品)，从表2中的数据来看：包膜工艺对能够大幅提高颗粒的硬度。缓释型抗冻材料颗粒硬度强，可有效防止沥青拌缸搅拌过程中引起破损，以及路面摊铺工艺中重力机械设备碾压所引起的破碎。

实验3 本发明的缓释型防冻除冰复合材料的路面除冰效果实验

将本发明实施例1中的防冻除冰复合材料，按质量百分数5—8％掺入到沥青混拌料中，分散均匀，计为沥青混拌料1；

将没有掺入防冻除冰复合材料的沥青混拌料计为：沥青混拌料2，

将沥青混拌料1、沥青混拌料2，分别制备成马歇尔试件1、2，分别在车辙试件表面撒水，然后把试件放在-10℃的低温恒温箱内冷冻8h，试验结果表明添加了防冻除冰材料的沥青混拌料面层表面没有结冰，未添加防冻除冰材料的沥青混拌料面层有明显冰层；

依次调整低温恒温箱内温度为-8℃、-5℃、-2℃、0℃，来检测表面撒水的马歇尔试件1、2，在相关温度环境下，是否会结冰，实验步骤同上。结果表明添加了防冻除冰材料的沥青混拌料面层表面均没有结冰，未添加防冻除冰材料的沥青混拌料面层均有明显冰层。

实验说明本发明制备的防冻除冰材料在-10-0℃时，具有主动防止沥青路面结冰效果。

实验4 本发明的防冻除冰复合材料在缓释方面的效应

取实施例3中制备的包膜后和未包膜的抗冻材料(未包膜的抗冻材料即芯材颗粒)，参照HG/T3931-2007缓控释肥料的行业标准，在30℃、20℃、10℃、0℃、—10℃时进行时间跨度为3天的氯化物释放率的测试，实验测试结果如下：

表3

其中3天内氯化物质量释放率为抗冻材料在3天内累计释放的氯化物质量与初始值之比。

分析以上实验数据可知，本发明的缓释型抗冻材料具有明显的缓释性能，在10～30℃时，可以减少抗冻沥青路面中氯化物在高温季节时的大量无效释放；而在-10～0℃条件下，同样可以保证有氯化物的正常释放，使其抗冻功效。总体来说缓释型抗冻材料的使用可以减少氯化物的无效释放，延长防冻沥青路面的使用年限。

Claims (4)

1.一种沥青路面用的缓释型抗冻复合材料，其特征在于：所述的复合材料为，以氯化物和阻锈剂为芯材，以缓释剂材料为包覆膜将芯材包覆在其中形成的颗粒状双层复合材料，

其中，所述复合材料的各组分按重量份数计算为，氯化物75-95份，缓释剂5-25份，六偏磷酸钠0.01-0.5份、葡萄糖酸钠0.01-0.5份、磷酸二氢锌0.01-0.5份、尿素0.01-0.5份；六偏磷酸钠、葡萄糖酸钠、磷酸二氢锌、尿素组成阻锈剂，

所述的缓释剂按重量百分比计算为，20—30％的羟丙基甲基纤维素，15—20％的凹凸棒土，余量为甘油三月桂酸酯。

2.如权利要求1所述的沥青路面用的缓释型抗冻复合材料，其特征在于：所述的颗粒状双层复合材料的粒径大小为0.5—6mm。

3.如权利要求1所述的沥青路面用的缓释型抗冻复合材料，其特征在于：所述的氯化物为氯化钠、氯化钙、氯化镁中一种或两种以上的混合物。

4.如权利要求1至3任一项所述的沥青路面用的缓释型抗冻复合材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法的步骤为，

(1)先将氯化物进行粉碎和预混，与阻锈剂进一步均匀混合，再进行造粒得到的芯材颗粒；

(2)将缓释剂各组分配成混悬液，再将步骤(1)中得到的芯材颗粒投入到所述混悬液中，使混悬液均匀地涂覆在芯材颗粒表面，形成一层均匀而致密的包覆层，通过加热干固成膜，冷却后即可得到沥青路面用的缓释型抗冻复合材料颗粒。