CN111675506B - 一种抗凝冰剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于公路沥青改性技术领域，涉及一种抗凝冰剂及其制备方法。本发明的抗凝冰剂，制备原料包括以下重量份数的组份：盐类40‑60份、缓蚀剂1‑3份、保水树脂1‑2份、抗腐蚀剂1‑3份、磷化促进剂0.5‑1.5份、磷酸5‑10份、火山灰质骨料材料25‑30份、支撑骨料5‑10份。本发明主要针对微表层铺装技术，该抗凝冰剂作用更加长效，增强沥青混凝土抗压强度，使路面更加耐腐蚀、耐磨，而且这种抗凝冰剂主要针对微表层，抗凝冰剂均能发挥其效用，避免了材料的浪费。

Description

一种抗凝冰剂及其制备方法

技术领域

本发明属于公路沥青改性技术领域，涉及一种抗凝冰剂及其制备方法。

背景技术

在潮湿地区，特别是高纬度地区，冬季由于降雪或者降雨，在负温度作用下极易形成薄冰，路面抗滑性能急剧下降。冰雪导致车辆轮胎附着系数大大降低。因此，在冰雪路面上汽车容易打滑、跑偏，制动距离显著延长，严重影响了车辆的操作稳定性和安全性，交通事故发生率较高。为了解决冬季道路路面积雪结冰的问题，目前主要探索出了两大类清除道路路面积雪结冰的方法，分为被动和主动两大类。

被动除冰指机械清除法、热力融冰法等比较传统的除雪除冰方法，适用于机场等小范围除雪。路面主动抑制凝冰的方法，目前比较广泛运用的方法是抗凝冰沥青混凝土铺装技术，抗凝冰沥青混凝土铺装技术主要是利用抗凝冰剂填料替代部分矿粉用于制备抗凝冰沥青混合料，并以此混合料铺筑“抗凝冰沥青面层”。在该技术实际应用中，为保证有足够的抗凝冰剂分散于路表，需要在混合料中掺加大量的抗凝冰剂(通常大于混合料质量的5％)。一方面导致成本过高，使抗凝冰技术难以获得大面积推广应用；另一方面造成了材料浪费，仅有表面浅层范围内的抗凝冰剂起作用，而更大量的抗凝冰剂被裹覆在深层部位接触不到水而无法发挥其功能。

现有的抗凝冰添加剂由于无机盐过量使用对环境造成较大损害，尤其对桥梁钢筋的腐蚀影响较大，早期多用氯化钠，后来使用氯化钙、氯化镁、氯化钾等，主要对基础设施、路桥、地下管线、汽车轮胎等具有腐蚀性危害，并已成为世界性问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有生产工艺存在的上述缺陷，提出了一种抗凝冰剂，主要针对微表层铺装技术，这种抗凝冰剂作用更加长效，增强沥青混凝土抗压强度，使路面更加耐腐蚀、耐磨，而且这种抗凝冰剂主要针对微表层，抗凝冰剂均能发挥其效用，避免了材料的浪费。

本发明是采用以下的技术方案实现的：

本发明提供了一种抗凝冰剂，制备原料包括以下重量份数的组份：盐类40-60份、缓蚀剂1-3份、保水树脂1-2份、抗腐蚀剂1-3份、磷化促进剂0.5-1.5份、磷酸5-10份、火山灰质骨料材料25-30份、支撑骨料5-10份。

具体的，所述盐类包括甲酸盐、磷酸盐和氯化盐。

其中，所述氯化盐包括氯化钠、氯化钙、氯化镁中的一种或两种以上，甲酸盐包括甲酸钠、甲酸钾中的一种或两种，磷酸盐包括磷酸二氢钾。

优选地，所述缓蚀剂为聚乙二醇、聚丙二醇、聚乙烯蜡、羟甲基纤维素、硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸镁、硬脂酸铝、软脂酸钙、软脂酸镁、软脂酸锌、软脂酸铝中的一种或两种以上。

优选地，所述保水树脂为聚乙烯醇醋酸酯、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚交联物、丙烯酰胺-丙烯酸钾共聚交联物、丙烯酰胺-丙烯酸铵共聚交联物、淀粉接枝丙烯酸盐共聚交联物中的一种或两种以上。所述保水树脂保持离子均匀释放，发挥长效抗凝冰效果。

优选地，所述抗腐蚀剂为磷酸二氢锌、磷酸二氢锰中的一种或两种以上。

优选地，所述磷化促进剂为钼酸铵、钼酸钠、钼酸钾、钼酸铵锰、钼酸锌中的一种或两种以上。

优选地，所述火山灰质骨料材料为火山灰、火山渣、粉煤灰、高炉渣、钢渣、硅藻土、煤矸石灰渣粉、沸石粉、玄武岩粉、凝灰岩粉、安山岩粉中的一种或两种以上；支撑骨料为氧化铝粉、石英砂粉、粉末二氧化硅中的一种或两种以上。

本发明还提供了一种制备上述抗凝冰剂的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

(1)将80-90％(w/v)磷酸与火山灰质骨料材料加入到高速混合机中，在转速150～250rpm下充分混合搅拌均匀成浆状；

(2)然后向所得浆料依次加入盐类、保水树脂，然后将转速调至260～350rpm充分混合0.5～3h，然后放入烘箱烘干，粉碎；

(3)然后将所得粉末加入到高速混合机，然后依次按照比例加入抗腐蚀剂、磷化促进剂、支撑骨料、缓蚀剂在转速260～350rpm混合20～60min后经粉碎，过筛得所述抗凝冰剂。

本发明还提供一种上述抗凝冰剂的应用，所述抗凝冰剂用于部分或全部代替细集料与沥青或改性沥青混拌，制备含砂雾封层。

本发明中，操作温度的控制可通过本发明设备及其相关连接管配置的导热油或电加热自动控制系统实现。

本发明的有益效果是：

1.本发明用甲酸盐和磷酸盐部分替代氯化盐。在抗凝冰剂与含砂雾封层(含砂雾封层即铺装于表层的沥青混合料)其他材料的混合过程中，降低Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^-等离子浓度，降低其对含砂雾封层材料中的乳化沥青稳定性影响，避免体系快速增稠，甚至破乳、离析。加入保水树脂和缓蚀剂，保持离子均匀释放，发挥长效抗凝冰效果。抗腐蚀剂/磷化促进剂，与雨水稀释后，体系酸性变弱，在磷化促进剂作用下，形成磷酸锌，磷酸锰镀层附着于钢铁表面，对钢铁，地下管道等起保护作用。磷酸，溶解火山灰质骨料。火山灰质骨料具有比表面积大，强度高，耐磨特点，可以提高路面耐磨，防滑和降低噪音作用。内部钙镁氧化物与磷酸反应形成磷酸二氢盐，盐类，保水树脂吸附于骨料表面和内部孔洞。保水树脂吸水除起缓释作用，可以保持足够支撑力，防止骨料随盐溶走崩塌。

2.本发明这种抗凝冰剂主要针对微表层，抗凝冰剂均能发挥其效用，避免了材料的浪费。

具体实施方式

为了使本发明目的、技术方案更加清楚明白，对本发明作进一步详细说明。下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

为避免重复，现将本具体实施方式所涉及的测试方法统一描述如下，具体实施例中不再赘述：

(一)抗凝冰剂性质测试方法：JT/T 1239-2019沥青路面抗凝冰涂层材料技术条件、JTG E30 T502公路工程水泥及水泥混凝土试验规程、GB/T 23851融雪剂；

(二)抗凝冰剂混合沥青混合料性能测试方法：JT/T 1239-2019沥青路面抗凝冰涂层材料技术条件。

实施例1

本实施例中，抗凝冰剂主要由以下重量份数的组份制备而成：盐类甲酸钠30、氯化钠20份、缓蚀剂聚乙二醇1份、保水树脂聚丙烯酰胺2份、抗腐蚀剂磷酸二氢锌3份、磷化促进剂钼酸铵1份、磷酸8份、火山灰27份、支撑骨料氧化铝粉8份。

该抗凝冰剂的制备方法如下：

(1)将8份80-90％(w/v)磷酸与27份火山灰加入到高速混合机中，在转速200rpm下充分混合搅拌均匀成浆状。

(2)然后向所得浆料依次加入盐类甲酸钠30份、氯化钠20份、保水树脂聚丙烯酰胺2份，然后将转速调至300rpm充分混合1h，然后放入烘箱烘干，研磨成粉状。

(3)然后将所得粉末加入到高速混合机，然后依次按照比例加入3份抗腐蚀剂磷酸二氢锌，1份磷化促进剂钼酸铵，8份支撑骨料氧化铝粉，1份缓蚀剂聚乙二醇在转速300rpm下搅拌30min后经粉碎，过筛得抗凝冰剂。

抗凝冰剂部分或全部代替细集料(集料总质量的3-7％)与沥青或改性沥青按常规混拌方式进行混拌即可，制得含砂雾封层。集料，沥青或改性沥青或乳化沥青(根据需要可加入其他助剂如温拌剂，抗剥离剂等)根据施工设计方案进行混拌制备沥青混凝土并进行含砂雾封层铺装。

实施例2

本实施例中，与实施例1不同的是，由以下重量份数的组份制备而成：盐类甲酸钾20份、磷酸二氢钾22份、缓蚀剂聚丙二醇3份、保水树脂丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚交联物1.5份、抗腐蚀剂磷酸二氢锰2份、磷化促进剂钼酸钾1.5份、磷酸10份、玄武岩粉30份、支撑骨料石英砂粉10份。磷酸质量浓度为80-90％(w/v)。

实施例3

本实施例中，与实施例1不同的是，由以下重量份数的组份制备而成：盐类甲酸钾50份、氯化钙10份、缓蚀剂聚乙二醇1份、硬脂酸锌1份、保水树脂淀粉接枝丙烯酸盐共聚交联物1份、抗腐蚀剂磷酸二氢锌1份、磷化促进剂钼酸铵1份、磷酸5份、火山灰25份、支撑骨料氧化铝粉2份，石英砂粉3份。磷酸质量浓度为80-90％(w/v)。

对比例1

与实施例1不同的是，由以下重量份数的组份制备而成：盐类甲酸钠30份、氯化钠20份、缓蚀剂聚乙二醇1份、氯化钙2份、抗腐蚀剂磷酸二氢锌3份、磷化促进剂钼酸铵1份、磷酸8份、火山灰27份、支撑骨料氧化铝粉8份。磷酸质量浓度为80-90％(w/v)。

对比例2

与实施例1不同的是，由以下重量份数的组份制备而成：盐类氯化镁30份、氯化钠20份、缓蚀剂聚乙二醇1份、氯化钙2份、抗腐蚀剂磷酸二氢锌3份、磷化促进剂钼酸铵1份、磷酸8份、火山灰27份、支撑骨料氧化铝粉8份。磷酸质量浓度为80-90％(w/v)。

对比例3

与实施例1不同的是，由以下重量份数的组份制备而成：盐类甲酸钠30份、氯化钠20份、缓蚀剂聚乙二醇1份、保水树脂聚丙烯酰胺2份、抗腐蚀剂磷酸二氢锌3份、磷酸8份、火山灰27份、支撑骨料氧化铝粉8份。磷酸质量浓度为80-90％(w/v)。

对比例4

本实施例中，对比例为常州市售抗凝冰剂，主要成分为氯化钠、碳酸钙、三氧化二铁等，PH为8.0-8.5，水分<0.5％。

将实施例1～3、对比例1和对比例2所得抗凝冰剂进行性能对比，抗凝冰剂测试方法及结果如表1所示：

表1.抗凝冰剂性质测试结果表

将上述抗凝冰剂部分或全部代替细集料，集料与沥青采用一定的油石比进行混拌，击实，制件。测试抗凝冰剂对含砂雾封层的作用。

(1)沥青混合料的制备：

按照JTG E20中T0702沥青混合料试件制作方法(击实法)制作尺寸Φ101.6mm×63.5mm马歇尔试件，试件级配为AC-13。

按照JTG E20中T0702沥青混合料试件制作方法(轮碾法)制作尺寸为300mm×300mm×50mm车辙试件，试件级配为AC-13。

(2)抗凝冰涂层(含砂雾封层)室内试验性能测试结果如表2所示：

表2.抗凝冰涂层室内试验性能测试表

当然，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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)

1.一种抗凝冰剂，其特征在于，制备原料包括以下重量份数的组份：盐类40-60份、缓蚀剂1-3份、保水树脂1-2份、抗腐蚀剂1-3份、磷化促进剂0.5-1.5份、磷酸5-10份、火山灰质骨料材料25-30份、支撑骨料5-10份；

缓蚀剂为聚乙二醇、聚丙二醇、聚乙烯蜡、羟甲基纤维素、硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸镁、硬脂酸铝、软脂酸钙、软脂酸镁、软脂酸锌、软脂酸铝中的一种或两种以上；

保水树脂为聚乙烯醇醋酸酯、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚交联物、丙烯酰胺-丙烯酸钾共聚交联物、丙烯酰胺-丙烯酸铵共聚交联物、淀粉接枝丙烯酸盐共聚交联物中的一种或两种以上；

所述磷化促进剂为钼酸铵、钼酸钠、钼酸钾、钼酸铵锰、钼酸锌中的一种或两种以上；

所述抗凝冰剂的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)将80-90％(w/v)磷酸与火山灰质骨料材料加入到高速混合机中，在转速150～250rpm下充分混合搅拌均匀成浆状；

(2)然后向所得浆料依次加入盐类、保水树脂，然后将转速调至260～350rpm充分混合0.5～3h，然后放入烘箱烘干，粉碎；

(3)然后将所得粉末加入到高速混合机，然后依次按照比例加入抗腐蚀剂、磷化促进剂、支撑骨料、缓蚀剂在转速260～350rpm混合20～60min后经粉碎，过筛得所述抗凝冰剂。

2.根据权利要求1所述的一种抗凝冰剂，其特征在于，所述盐类包括甲酸盐、磷酸盐和氯化盐。

3.根据权利要求2所述的一种抗凝冰剂，其特征在于，所述氯化盐包括氯化钠、氯化钙、氯化镁中的一种或两种以上，甲酸盐包括甲酸钠、甲酸钾中的一种或两种，磷酸盐包括磷酸二氢钾。

4.根据权利要求1所述的一种抗凝冰剂，其特征在于，所述抗腐蚀剂为磷酸二氢锌、磷酸二氢锰中的一种或两种以上。

5.根据权利要求1所述的一种抗凝冰剂，其特征在于，所述火山灰质骨料材料为火山灰、火山渣、粉煤灰、高炉渣、钢渣、硅藻土、煤矸石灰渣粉、沸石粉、玄武岩粉、凝灰岩粉、安山岩粉中的一种或两种以上；支撑骨料为氧化铝粉、石英砂粉、粉末二氧化硅中的一种或两种以上。

6.一种权利要求1-5任一项所述的抗凝冰剂的应用，其特征在于，所述抗凝冰剂用于部分或全部代替细集料与沥青或改性沥青混拌，制备含砂雾封层。