CN112624668A - 一种抗滑抗结冰-夜间可视沥青路面材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗滑抗结冰‑夜间可视沥青路面材料及其制备方法。按质量份数计，该沥青路面材料包括以下组分：钢渣粗集料50～65份、钢渣细集料20～30份、废玻璃细集料10～15份、含相变材料的填料3～5份和改性沥青3.8～5.1份。其制备为：将粗细集料混合后，与含相变材料的填料和改性沥青分别进行加热；然后将加热好的混合集料放进提前预热的拌锅中拌合，再依次分别加入加热好的改性沥青和含相变材料的填料进行拌合即可。该沥青路面材料具有很好的抗滑耐磨性能，改善了路面的热学性能，提高了路面的抗结冰能力；同时增强了沥青路面的夜间可视性，且制备工艺简单、成本低、来源广，实现了钢渣与废玻璃的高附加值利用。

Description

一种抗滑抗结冰-夜间可视沥青路面材料及其制备方法

技术领域

本发明属于道路工程材料技术领域，具体涉及一种抗滑抗结冰-夜间可视沥青路面材料及其制备方法。

背景技术

道路交通安全一直是人们广泛关注的焦点问题，特别是冬季道路交通安全更具有其特殊性和重要性。如昼夜温差大的地区冬季路面结冰十分严重，会降低车轮与路面的摩擦作用，容易打滑，易造成交通事故。同时，夜间行车可视条件差，特别是远离市区的郊区道路、乡村公路与高速公路，路边照明差，也增加了交通安全隐患。沥青路面行车舒适、养护简便、通行效率高，是国内外主流路面。然而，沥青路面作为一种黑色路面，其在夜间的视线轮廓更为模糊、可视性更差，夜间行车安全问题也更为突出。因此，如何提高沥青路面的抗结冰能力与夜间行车安全，对于保障道路交通安全至关重要。

针对上述问题，国内外学者也开展了相关的研究。为了应对大量的路面积雪结冰，常用的解决方式是人工或者机械除雪法，同时向路面施加融雪剂等措施。然而，该措施是在雪后第二天才开始清理，这难以保证当晚车辆的行驶安全。同时，使用融雪剂不仅会影响路面材料的寿命，还会对自然环境产生一定的危害。为了解决夜间行车路面可视度的问题，现有的研究多是在路面材料中添加自发光材料如荧光粉等，这增加了路面的建设成本。

中国专利CN110746934 A“一种路面防滑自融雪化冰材料及其制备方法”，采用秸秆灰、粉煤灰、油页岩灰、水玻璃等材料制备而成，铺设在已有的路面之上。该材料中粉煤灰、秸秆灰和油页岩灰中含有一定量的可溶性盐分，溶出时可降低水的凝固点，从而起到自融雪化冰的效果。中国专利CN110627414 A“一种自发光沥青路面材料及其制备方法”提出采用环氧树脂、胺基聚酯、自发光材料、金刚砂、胺类固化剂、多元异氰酸酯等制成混合聚酯组分，然后添加于降温到80°以下的沥青混合料中而成，利用自发光材料来提高沥青路面的夜间可视性。然而，该材料的材料体系与制备工艺复杂，且所采用的自发光材料成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗滑抗结冰-夜间可视沥青路面材料及其制备方法。该沥青路面材料具有很好的抗滑耐磨性能，改善了路面的热学性能，提高了路面的抗结冰能力；同时增强了沥青路面的夜间可视性，解决了黑色沥青路面夜间轮廓模糊、行车安全系数低、对路边照明要求高的难题，且制备工艺简单、成本低、来源广，实现了钢渣与废玻璃的高附加值利用，具有良好的经济效益和环境效益。

为了解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：

提供一种抗滑抗结冰-夜间可视沥青路面材料，按质量份数计，包括以下组分：钢渣粗集料50～65份、钢渣细集料20～30份、废玻璃细集料10～15份、含相变材料的填料3～5份和改性沥青3.8～5.1份。

按上述方案，所述钢渣粗集料粒径为4.75～16mm，其中粒径4.75～9.5mm和粒径9.5～16mm的质量比为1：1.5～3。

按上述方案，所述钢渣细集料粒径为0～2.36mm；所述废玻璃细集料粒径为2.36～4.75mm。

按上述方案，所述钢渣为经稳定化处理合格并用于道路工程的转炉钢渣或电炉钢渣，其中钢渣粗集料和钢渣细集料均应符合《道路用钢渣》标准中对钢渣的技术要求。

按上述方案，所述废玻璃细集料为废弃的无色玻璃瓶，用小型破碎机破碎到试验粒径，然后再用摇筛机筛分得到所需废玻璃细集料。

按上述方案，所述含相变材料的填料中，所述相变材料和填料质量比为1:4～6。

按上述方案，所述含相变材料的填料中，填料为去除水分的石灰石矿粉，且符合《公路沥青路面施工技术规范》中对填料的技术要求。

按上述方案，所述相变材料为聚乙二醇和膨胀石墨复合而成，膨胀石墨与聚乙二醇的质量比为1:6～7。优选地，聚乙二醇分子量为1500～2000，所述膨胀石墨平均粒径为120～130μm。

按上述方案，所述沥青为SBS改性沥青，且符合《公路沥青路面施工技术规范》中对沥青的技术要求。

上述抗滑抗结冰-夜间可视沥青路面材料的制备方法，包括如下步骤：

1)将钢渣粗集料、钢渣细集料和废玻璃细集料混合后得混合集料，与含相变材料的填料和改性沥青分别进行加热，温度为170～180℃，保温2～4h；

2)将步骤1)加热好的混合集料放进提前已达温度为165～170℃的拌锅中进行拌合，待混合集料拌合均匀后加入步骤1)加热好的改性沥青进行拌合，最后加入步骤1)加热好的含相变材料的填料进行拌合，即得抗滑抗结冰-夜间可视沥青路面材料。

本发明基于不同材料的协同作用原理，采用钢渣作为粗集料，钢渣和废玻璃协同配合作为细集料，同时加入相变材料作为部分填料制备沥青路面材料。其中钢渣和废玻璃的棱角性丰富、抗滑耐磨，可以协同提高沥青路面的抗滑耐磨性能，此外钢渣与废玻璃协同配合作为细集料，还可改善废玻璃和沥青之间黏附力不足的问题，有效提高了沥青和集料的粘结作用，增强了路面的耐久性。钢渣、相变材料比热容比天然集料和矿料的大，能有效提高路面的储热能力，减少路面温度受环境温度影响，且钢渣中的可溶性盐分也可以降低水的凝固点，而废玻璃的加入使得结冰路面在太阳下照射时，由于玻璃良好的透光和反射特性，进一步将部分太阳光反射给沥青路面，形成二次照射，充分利用太阳光产生的热量，从而综合提高了沥青路面的抗结冰能力。本发明采用废玻璃作为集料，由于玻璃具有良好的反射特性，夜间车辆的灯光照射到含玻璃的沥青路面上，会反射微弱的光，有效地提高了沥青路面的夜间可视性，从而提高了行车安全。

本发明具有以下有益效果：

1.本发明提供一种沥青路面材料，以钢渣作为粗集料，钢渣和废玻璃协同配合作为细集料，配合含有相变材料的填料和改性沥青得到，该体系的组分简单，具有良好的抗滑耐磨性能，同时具有较高的比热容和较低的热扩散系数，改善了路面的热学性能，减少了路面温度受气温的影响，提高了路面的抗结冰能力，解决了冬季夜晚路面易结冰而影响行车安全的难题；此外还改善了沥青路面的夜间可视性，解决了黑色沥青路面夜间轮廓模糊、行车安全系数低、对路边照明要求高的难题，所制备的沥青路面材料特别适用于高速公路、乡村公路等路边照明不足的道路。

2.本发明通过将原料预热后再加热拌和即可制备得到抗滑抗结冰-夜间可视沥青路面材料，制备工艺简单，易实施；以钢渣和废玻璃为原料，原料来源广，且显著降低了制备成本，并实现了钢渣与废玻璃的高附加值利用，具有广泛的应用前景。

具体实施方式

为了更好地理解本发明,下面结合实施例进一步阐述本发明的内容,但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

以下实施例中，原料指标如下：

所述钢渣集料为经稳定化处理合格并用于道路工程的转炉钢渣或电炉钢渣，钢渣粗集料粒径为4.75～16mm；钢渣细集料粒径为0～2.36mm；满足表1所示的技术要求。

表1：钢渣集料技术要求

所述填料为去除水分的石灰石矿粉，满足表2所示的技术要求。

表2：填料技术要求

所述SBS(I-C)改性沥青满足表3所示的技术指标。

表3：SBS(I-C)改性沥青基本性能指标

测试项目	技术要求	试验规程
			针入度(25℃、100g、5s)/0.1mm	≥60	T0604-2011
软化点(环球法)/℃	≥55	T0606-2011
			延度(5cm/min、5℃)/cm	≥30	T0605-2011
布氏黏度(135℃)/Pa.s	实测	T0625-2011
			密度(15℃)/(g/cm<sup>3</sup>)	实测	T0603-2011

所述相变材料为分子量为1500的聚乙二醇PEG₁₅₀₀和粒度为125μm的膨胀石墨EG₁₂₅以质量比1：7复合而成，其相变温度为42.67℃，相变熔融潜热为123.16J/g。

所述含相变材料的填料中，相变材料和填料的质量比为1：4。

所述废玻璃细集料为废弃的无色玻璃瓶，用小型破碎机破碎到试验粒径，然后再用摇筛机筛分得到所需废玻璃细集料，粒径为2.36～4.75mm。

根据《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2006)的要求，选用AC-13连续密级配沥青混合料，进行沥青路面材料的制备。

实施例1

提供一种抗滑抗结冰-夜间可视沥青路面材料，按质量份数计，包括以下组分：

钢渣粗集料55份，废玻璃细集料15份，钢渣细集料30份，含相变材料的填料5份，改性沥青4.1份；其中：

钢渣粗集料中，级配为粒径9.5～16mm 36份、粒径4.75～9.5mm 19份；

上述抗滑抗结冰-夜间可视沥青路面材料的制备包括以下步骤：

1)将钢渣粗集料，废玻璃细集料和钢渣细集料混合后得混合集料，与含相变材料的填料和改性沥青分别进行加热，温度为170℃，保温4h；

2)将步骤1)加热好的混合集料放进提前已达温度为170℃的拌锅中进行拌合，拌合时间为90s，待粗细集料拌合均匀加入步骤1)加热好的改性沥青再进行拌合，拌合时间为90s，最后加入步骤1)加热好的含相变材料的填料，同样进行90s的拌合，最终制得抗滑抗结冰-夜间可视沥青路面材料。

实施例2

提供一种抗滑抗结冰-夜间可视沥青路面材料，按质量份数计，包括以下组分：

钢渣粗集料55份，废玻璃细集料10份，钢渣细集料26份，含相变材料的填料5份，改性沥青4.7份；其中：

钢渣粗集料中，级配为粒径9.5～16mm 36份、粒径4.75～9.5mm 19份；

上述抗滑抗结冰-夜间可视沥青路面材料的制备包括以下步骤：

1)将钢渣粗集料，废玻璃细集料和钢渣细集料混合后得混合集料，与含相变材料的填料和改性沥青分别进行加热，温度为170℃，保温4h；

2)将步骤1)加热好的混合集料放进提前已达温度为170℃的拌锅中进行拌合，拌合时间为90s，待粗细集料拌合均匀加入步骤1)加热好的改性沥青再进行拌合，拌合时间为90s，最后加入步骤1)加热好的含相变材料的填料，同样进行90s的拌合，最终制得抗滑抗结冰-夜间可视沥青路面材料。

对比例

提供一种普通的玄武岩沥青路面材料，按质量份数计，包括以下组分：

玄武岩粗集料55份，玄武岩细集料41份，填料5份，改性沥青4.7份；其中：

玄武岩粗集料中，粒径9.5～16mm36份，粒径4.75～9.5mm 19份；

所述玄武岩细集料粒径为0～4.75mm；

所述玄武岩粗细集料的密度约为2.95-3.0g/cm³，吸水率小于0.5％。

上述玄武岩沥青路面材料的制备包括以下步骤：

1)将玄武岩粗细集料混合后得混合集料，与填料和改性沥青分别进行加热，温度为170℃，保温4h；

2)将步骤1)加热好的混合集料放进提前已达温度为170℃的拌锅中进行拌合，拌合时间为90s，待粗细集料拌合均匀加入步骤1)加热好的改性沥青再进行拌合，拌合时间为90s，最后加入步骤1)加热好的填料，同样进行90s的拌合，最终制得玄武岩沥青路面材料。

对本发明实施例1-2和对比例制备得到的沥青路面材料的性能进行检测，具体的结果见表4。

表4：实施例1-2和对比例制备得到的沥青路面材料性能指标

从表4可以看出：实施例1-2用钢渣和废玻璃做集料制备而成的马歇尔试件，虽然在残留稳定度、冻融劈裂强度比和动稳定度等方面较对比例中用玄武岩制备而成的马歇尔试件有所降低，但各项均满足规范要求，满足了基本的路用性能。实施例相较于对比例拥有更高的BPN值，拥有更高的抗滑性能；实施例相较于对比例拥有更低的热扩散系数和更高的比热容，因此该沥青路面材料拥有更好的储热能力，在冬季夜间不易结冰；实施例相较于对比例有更高的反光系数，提高了夜间路面的可视性。

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种抗滑抗结冰-夜间可视沥青路面材料，其特征在于，按质量份数计，包括以下组分：钢渣粗集料50～65份、钢渣细集料20～30份、废玻璃细集料10～15份、含相变材料的填料3～5份和改性沥青3.8～5.1份。

2.根据权利要求1所述的沥青路面材料，其特征在于，所述钢渣粗集料粒径为4.75～16mm，其中粒径4.75～9.5mm和粒径9.5～16mm的质量比为1：1.5～3。

3.根据权利要求1所述的沥青路面材料，其特征在于，所述钢渣细集料粒径为0～2.36mm；所述废玻璃细集料粒径为2.36～4.75mm。

4.根据权利要求1所述的沥青路面材料，其特征在于，所述钢渣为经稳定化处理合格并用于道路工程的转炉钢渣或电炉钢渣，其中钢渣粗集料和钢渣细集料均应符合《道路用钢渣》标准中对钢渣的技术要求。

5.根据权利要求1所述的沥青路面材料，其特征在于，所述废玻璃细集料为废弃的无色玻璃瓶，用小型破碎机破碎到试验粒径，然后再用摇筛机筛分得到所需废玻璃细集料。

6.根据权利要求1所述的沥青路面材料，其特征在于，所述含相变材料的填料中，所述相变材料和填料质量比为1:4～6。

7.根据权利要求1所述的沥青路面材料，其特征在于，所述相变材料为聚乙二醇和膨胀石墨复合而成，膨胀石墨与聚乙二醇的质量比为1:6～7。

8.根据权利要求7所述的沥青路面材料，其特征在于，所述聚乙二醇分子量为1500～2000，所述膨胀石墨平均粒径为120～130μm。

9.根据权利要求1所述的沥青路面材料，其特征在于，所述含相变材料的填料中，填料为去除水分的石灰石矿粉，且符合《公路沥青路面施工技术规范》中对填料的技术要求；所述沥青为SBS改性沥青，且符合《公路沥青路面施工技术规范》中对沥青的技术要求。

10.一种抗滑抗结冰-夜间可视沥青路面材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将钢渣粗集料、钢渣细集料和废玻璃细集料混合后得混合集料，与含相变材料的填料和改性沥青分别进行加热，温度为170～180℃，保温2～4h；

2)将步骤1)加热好的混合集料放进提前已达温度为165～170℃的拌锅中进行拌合，待混合集料拌合均匀后加入步骤1)加热好的改性沥青进行拌合，最后加入步骤1)加热好的含相变材料的填料进行拌合，即得抗滑抗结冰-夜间可视沥青路面材料。