CN110983909A - 一种针对路表薄冰的缓释融盐材料、抑冰雾封层材料及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种针对路表薄冰的缓释融盐材料及一种抑冰雾封层材料，将融冰盐以最大浓度溶入高温水中配制该融冰盐的饱和溶液后，加入硅藻土粉末进行融冰盐离子的吸附储存得到吸附盐，将吸附盐烘干粉碎后即为缓释融盐材料，将缓释融盐材料与慢裂型乳化沥青混合即得到抑冰雾封层材料。抑冰雾封层内的硅藻土储盐材料润湿会吸水并伴随盐分逸出，破乳固化时间会比纯乳化沥青雾封层短，有利于交通快速开放；同时硅藻土也会吸附沥青微滴，在其周围形成较多的，强度较大的结构沥青，改善了纯乳化沥青雾封层的耐久性。

Description

一种针对路表薄冰的缓释融盐材料、抑冰雾封层材料及应用

技术领域

本发明属于环境技术领域，具体涉及一种抑冰雾封层材料的制作方法及应用。

背景技术

我国中南部山岭地区冬季气候特点晴冷多雨，道路路面在凌晨容易结冰。针对该种气候特点的研究表明，抑冰雾封层的适用范围非常广，适用于中南部很多地区冬季道路小冰雪气候条件。这类地区因处于山区等湿度较大的区域，加之冬季夜间气温较低，降雨时很容易在路表面形成一层冰膜。普通的化学除冰法不仅污染环境，还过于浪费融雪剂。路面薄冰是我国很多地区初冬或冬末春初时节常见的现象，包括城市内部湿度较高的空气在夜间遇到低温时也会冷凝冻结，形成薄冰；或者路表除冰雪不彻底，残留水渍在夜间冻结成不到一毫米的薄冰；或者由于近地气温低于零度，雨滴落在路表上会立即冻结成冰。路面薄冰出现时间短，通常出现在凌晨和清晨4：00-9：00，其持续时间会随当日气温有所增减，但由于路面薄冰的出现时间刚好与交通早高峰“撞车”，所以对交通安全造成了巨大影响。路面薄冰大幅降低路面的抗滑能力，一方面使得车辆易跑偏打滑且制动距离明显变长。这些不利因素若刚好遇到长下坡、陡坡、急转弯等不利的道路线形则更易引发交通事故，威胁生命财产安全。

目前交通管理部门除使用融雪剂外，一般还会采取降低行驶速度和进行交通管制等措施来限制交通，不仅给生产和生活带来不便，还给国民经济造成损失。现有除冰技术在对抗0.5cm以上厚度较大的路表松软冰雪时有较好的适用性，在遇到厚度小(0-2mm)，硬度大(摩氏硬度2-3)的路表薄冰时往往力度不足，无从发挥。由于冰层极薄且存在时间短，养护单位使用现有的融雪剂洒布车或者人工进行融雪剂撒布时，很难把握融雪剂的撒布量，往往撒布量大，不仅造成了融冰盐的浪费，过量的融雪剂还对路面材料造成腐蚀；同时，喷洒融冰盐也带来养护单位运营成本的增加。被动融冰技术因其撒布时间的滞后性和操作性价比低而注定是一种低效的去除路表薄冰的技术，因此，寻找一种新的主动去除路面薄冰的方法很有必要。

在同类型抑冰雾封层中，依照抑冰机理来划分，有使用疏水剂作为主要材料加入乳化沥青中的，作用机理为在雾封层成膜表面形成一种特殊抗水结构(改变接触角)使表面具有极强的疏水、憎水、防水的效果，其缺点是疏水剂耐磨耗性差，抑冰持久性差；有将乙二醇、非离子表面活性剂、有机大分子等组合成防冻液加入乳化沥青的，缺点是融冰物质含量小，融冰次数少；有将融冰盐直接加入高温沥青中的，其缺点是显著降低沥青的低温性能且施工难度大。

在类似抑冰雾封层中，按照外加细料的作用来划分，有将细砂作为原料加入的，但细砂的主要作用是增大雾封层的粘结力和摩擦力，对抑冰作用的延长无益；有将纳米二氧化钛进行低表面能处理制得超疏水颗粒，与湿固化型聚氨酯复合制备成新型抑冰涂层的，缺点是造价较高，适用于高等级路面、机场等；有将含盐陶粒制得改性集料，并替代细集料加入水泥混凝土路面抑制路面冰冻的，有将mafion盐化物置换沥青混凝土部分集料用于路面铺筑的，他们的缺点是一次铺筑成型后不可替换，释盐量在后期得不到保证。现有的道路抑冰材料，主要缺点为成分复杂，大都包含酯类、胺类、烷类等有机大分子以及改性剂等，或者前期含盐颗粒造粒工艺复杂。

发明内容

针对现有技术的缺陷和不足，本发明提供了一种针对路表薄冰的缓释融盐材料，还同时提供一种抑冰雾封层材料及制作方法，克服现有技术对抗路表薄冰时的上述缺陷。

为达到上述目的，本发明采取如下的技术方案：

本发明提供一种针对路表薄冰的缓释融盐材料，将融冰盐以最大浓度溶入高温水中配制该融冰盐的饱和溶液后，加入硅藻土粉末进行融冰盐离子的吸附储存得到吸附盐，将吸附盐烘干粉碎后即为缓释融盐材料。

尤其要说明的是，本发明所述缓释融盐材料特别适用于路表薄冰的融冰，所述路表薄冰具有如下特点：厚度为0-2mm，摩氏硬度介于2-3之间。

本发明同时还提供一种抑冰雾封层材料，将所述缓释融盐材料与慢裂型乳化沥青混合即得到抑冰雾封层材料。

优选的，抑冰雾封层材料中，缓释融盐材料的质量占比为2-4份，慢裂型乳化沥青的质量占比为6-8份。

本发明与现有技术相比，有益的效果是：

(Ⅰ)本发明提供的针对路表薄冰的缓释融盐材料，不同于已经公开的其他类型的融冰盐，成分简单，仅使用硅藻土和融冰盐即可，不仅吸附量大，而且硅藻土本身具有优异的结构强度，满足抑冰雾封层抗滑耐磨的要求，还可以围绕其表面形成大量的结构沥青，增强雾封层材料整体的耐久性。

(2)本发明提供的针对路表薄冰的缓释融盐材料，硅藻土颗粒内部的微小孔道，不仅可以储存较多的融冰盐，而且延长了融冰盐的释放路径，增加了抑冰雾封层盐分的缓释持久性。

(3)本发明的抑冰雾封层材料，可以在路面结冰时缓释融冰盐抑制结冰，将抑冰功能与雾封层基础养护功能相结合，在低温来临之前预先撒布到沥青路面上，储盐材料中的融冰盐会逐渐释放到路表，降低路表水的冰点，减弱冰-路粘结力，增大了轮-路摩擦系数，薄冰路面摩擦系数为0.15，刷涂了抑冰雾封层的沥青路面摩擦系数为0.6，摩擦系数提高了四倍之多，从而达到抑制冻结的效果。

(4)盐离子接触乳化沥青会造成破乳，本发明使用硅藻土对融冰盐离子进行吸附和储存，可以避免融冰盐与乳化沥青的直接接触；同时能延长融冰盐的释放时间。

(5)与纯乳化沥青雾封层相比，因为抑冰雾封层内的硅藻土储盐材料润湿会吸水并伴随盐分逸出，破乳固化时间会比纯乳化沥青雾封层短，尤其有利于路表薄冰的去除，解决现有技术去除路表薄冰存在的技术难点，有利于交通快速开放，具有重大的实际意义。

(6)本发明的抑冰雾封层材料，硅藻土会吸附沥青微滴，在其周围形成较多的，强度较大的结构沥青，改善了纯乳化沥青雾封层的耐久性。

(7)本发明的抑冰雾封层材料，对路表面的沥青具有再生功能；修补表面集料沥青剥落，密封路面出现的早期微裂缝；及时固结路面的轻微松散，延长路面使用寿命。

具体实施方式

本发明所述的融冰盐指的是具有融冰效果的盐类物质，本发明以下实施例中选用氯化钠。本发明的缓释融盐材料包括硅藻土和融冰盐两种成分，构成简单，目前公开的效果比较好的融冰盐成分比较复杂，通常含有烷类、酯类等。

乳化沥青按破乳速度，分为快裂，慢裂和中裂，快裂就是破乳速度最快，慢裂就是破乳速度最慢，本发明以下实施例中选用span-20型慢裂型乳化沥青。

本发明所述的路面养护，是指抑冰雾封层材料，对路表面的沥青具有再生功能；修补表面集料沥青剥落，密封路面出现的早期微裂缝；及时固结路面的轻微松散，延长路面使用寿命。

另外，需要强调的是，本发明的抑冰雾封层材料，尤其适用于路表薄冰的去除。

本发明通过预先在液体环境中，使用硅藻土对融冰盐进行吸附和储存，然后干燥制得储盐材料，再与span-20型慢裂型乳化沥青按一定配比混合后涂于沥青路面，该发明可以在路面结冰时缓释融冰盐。通过对雾封层试样的浸水含盐量实验进行分析可知，雾封层中的融冰物质释放顺序大致为游离在雾封层表面或沥青孔隙中的融冰盐-硅藻土表面融冰盐-硅藻土孔道吸附融冰盐，其释放路径增长，难度逐渐加大。抑冰雾封层可以降低冰雪与路面的粘结力，减弱路表结冰现象，增大路表摩擦系数；对路表面的沥青具有再生功能；修补表面集料沥青剥落，密封路面出现的早期微裂缝；及时固结路面的轻微松散，延长路面使用寿命。

具体的，硅藻土吸附储盐过程的表述为，将融冰盐以最大浓度溶入高温水中配制饱和溶液，加入一定量的硅藻土粉末搅拌均匀，持续搅拌加速硅藻土对融冰盐离子的吸附储存。再用抽滤设备去掉未被吸附的水分及盐分，保留硅藻土及吸附盐，烘干粉碎后制成储盐材料。

本发明研究发现：从施工可操作性角度而言，水基的乳化沥青可以常温使用，比沥青更优，但是在水溶液中，融冰盐离子的加入会破坏乳化沥青的电平衡，从而造成破乳现象，乳化沥青絮凝分层无法使用。为解决这一难题，本发明的乳化沥青选用慢裂式，使用硅藻土预先对融冰盐进行包裹，同时规定储盐材料质量占比2-4份，乳化沥青质量占比为6-8份，满足上述条件上，可以克服融冰盐与乳化沥青不能混合的矛盾，同时雾封层体系具有良好的流动性，同时可以满足运输过程中的4h稳定时间要求。

实施例1：

本实施例提供一种针对路表薄冰的缓释融盐材料，制备方法具体包括以下步骤：

(1)将锥形瓶置于80℃的水浴搅拌锅中，配置30-50份的饱和氯化钠溶液。

(2)在溶液样品中加入10-20份硅藻土，磁力搅拌一定时长。

(3)将硅藻土与氯化钠溶液混合物进行抽滤，抽滤完成后缓慢加入30-50份去离子水洗涤，边洗涤边抽滤，在低温烘箱内放置一定时长，碾碎再烘干至恒重。

实施例2：

本实施例提供一种抑冰雾封层材料，制备方法具体包括以下步骤：

步骤一，按照实施例1实施硅藻土吸附储盐过程。

步骤二，储盐材料与乳化沥青配比过程为：

(1)称量储盐材料质量2-4份，乳化沥青质量6-8份，水1份，将储盐材料分步倒入乳化沥青中，最后倒入水，并使用搅拌机以200r/min转速搅拌均匀。

(2)将雾封层材料维持在温度10℃进行保存。

雾封层抑冰实验步骤中，利用AC-13级配的马歇尔试件模拟沥青道路表面，在马歇尔试件上刷涂上抑冰雾封层，以低温下雾封层刷涂件表面的薄水层相态为表征，结果表明：不同于基础雾封层，融冰雾封层因为亲水硅藻土的存在，会在冻结初期对薄水层起到引流的作用，将水层聚集在沥青路表的细观坑槽处，从而裸露出干燥的沥青路表面，增大了轮-路摩擦系数，薄冰路面摩擦系数为0.15，刷涂了抑冰雾封层的沥青路面摩擦系数为0.6，摩擦系数提高了四倍之多；冻结中期，由于储盐材料中融冰盐的释放，降低了薄水层的冰点，故使其一直处于液态，融冰盐溶液的冰点最低可达-12.6℃，雾封层释放出的盐溶液冰点随盐溶液浓度变化而变化，抑冻温度范围为0至-6℃，可以抑制小冰雪气候下的路表低温冻结；在极低温度情况下，细观坑槽处的水团也会冻结，但是不影响轮胎与路表的接触面状态，故可以得出结论：自融冰雾封层具有一定的抑制路面结冰、增大薄冰路面摩擦系数的功能。

对比例1：

本对比例给出3种融冰盐吸附材料，该吸附材料为纳米二氧化硅、纳米碳酸钙和活性炭，这三种材料具有粒径小、比表面积大、表面吸附力强，表面能大的特点，能够对融冰盐进行吸附储藏，以这三种材料为基础制备的储盐材料的制备方法同步骤一，以吸附材料吸附量为表征，发现纳米二氧化硅吸附量为硅藻土吸附量的79％、纳米碳酸钙吸附量为硅藻土吸附量的30％、活性炭吸附量为硅藻土吸附量的15％。硅藻土拥有足够大的储盐量为后续融冰提供支撑。

对比例2：

本对比例给出一种有机融冰盐作为储盐材料的吸附盐，该有机融冰盐为醋酸钙，储盐材料的制备方法同步骤一，实验发现，醋酸钙因溶解度较小，且分子当量直径较大，与无机盐相比，较难被硅藻土吸附，吸附量为无机盐的85％。

对比例3：

本对比例给出一种快裂型乳化沥青，该快裂型乳化沥青所用乳化剂为阿克苏诺贝尔快裂快凝乳化剂，按照步骤二加入硅藻土储盐材料后发现，快裂型雾封层有轻微破乳迹象，整体储存稳定性不足，容易造成破乳分层，原因是因为快裂型乳化剂包裹在沥青微滴表面的膜强度不足，容易遭受外界影响而破裂。

对比例4：

本对比例给出了一种硅藻土添加配比，该配比为在步骤一中加入20-30份硅藻土，其余步骤同步骤一，通过称重及分析可知，增加硅藻土配比量，可以增加硅藻土对融冰盐的吸附量，但是却减少了单位质量硅藻土的吸附量；辅助实验则减少了硅藻土的使用量，加入量为5-10份，其余步骤同步骤一，通过称重及分析可知，降低硅藻土配比，可以增大其单位质量硅藻土的吸附量，但是硅藻土储盐材料整体掺量下降，故硅藻土配比量为10-20份时是最优的。

对比例5：

该对比例给出一种有机融冰盐雾封层的冰点降低表现，该有机融冰盐为醋酸钙，储盐材料的制备方法同步骤一。通过低温抑冻实验可知，硅藻土-乙酸钙雾封层抑冻温度范围为0至-3.5℃；本申请的抑冻温度范围为0至-6℃。

对比例6：

该对比例给出了抑冰雾封层的抗滑能力表现。分别将未掺加储盐材料的乳化沥青和抑冰雾封层刷涂至试件表面，设置未刷涂乳化沥青的原状试件作为空白对照，温度设置为-4℃，喷撒少量水。以摆式摩擦仪所测数值作为评价指标，实验结果为：未掺加储盐材料的乳化沥青雾封层摩擦系数为0.18；抑冰雾封层摩擦系数为0.60；空白对照摩擦系数为0.15。

相同实验情况下，更改所设温度为室温(10℃)进行实验，实验结果为：未掺加储盐材料的乳化沥青雾封层摩擦系数为0.50；抑冰雾封层摩擦系数为0.62；空白对照摩擦系数为0.53。

相同实验情况下，更改所设温度为室温(10℃)、干燥进行实验，实验结果为：未掺加储盐材料的乳化沥青雾封层摩擦系数为0.60；抑冰雾封层摩擦系数为0.65；空白对照摩擦系数为0.61。

Claims (6)

1.一种针对路表薄冰的缓释融盐材料，其特征在于，将融冰盐以最大浓度溶入高温水中配制该融冰盐的饱和溶液后，加入硅藻土粉末进行融冰盐离子的吸附储存得到吸附盐，将吸附盐烘干粉碎后即为缓释融盐材料。

2.权利要求1所述缓释融盐材料应用于路表薄冰的融冰，所述路表薄冰的厚度为0-2mm，摩氏硬度介于2-3之间。

3.如权利要求1或2所述缓释融盐材料，其特征在于，所述融冰盐包括氯化钠。

4.一种抑冰雾封层材料，将权利要求1所述缓释融盐材料与慢裂型乳化沥青混合即得到抑冰雾封层材料。

5.如权利要求4所述抑冰雾封层材料，其特征在于，所述抑冰雾封层材料中，缓释融盐材料的质量占比为2-4份，慢裂型乳化沥青的质量占比为6-8份。

6.权利要求4所述抑冰雾封层材料，同时用于路表薄冰的融冰以及路面养护，所述路表薄冰的厚度为0-2mm，摩氏硬度介于2-3之间。