CN113429884A - 路用抗凝冰涂层材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种路用抗凝冰涂层材料及其制备方法，属于道路工程试验领域。所述涂层材料由特定配比的主溶剂一、沥青胶结料、缓释型抗凝冰剂、功能填料、改性母料、稳定剂制备而成，20℃时的涂层材料测试的布氏粘度为2000‑4000cPs，喷涂后的路面冰点≤‑3℃，融冰率≥20,％，盐分释出量≤0.4％，吸湿率≤0.7％。和现有技术相比，本发明采用了缓释型抗凝冰剂与疏水性涂层材料协同作用，分布稳定、加工便利、实施工艺简单，既提高了路面的防水功能，又兼备了低冰点、抗凝冰功能，有效提高了雪天的道路行车安全性和耐久性，具有很好的推广应用价值。

Description

路用抗凝冰涂层材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及道路工程领域，具体提供一种路用抗凝冰涂层材料及其制备方法。

背景技术

冬季雨雪过后，道路表面的积水积雪容易在低温环境下结冰，致使道路抗滑性能急剧下降。在冰雪道路上行车极易打滑，且紧急制动距离大大增长，对行人及车辆的生命财产安全构成严重威胁，易造成严重交通拥堵并诱发一系列交通事故。因此，许多国家对道路防冰雪技术的研究与应用极为重视。欧美、日本等国在道路除冰雪技术研究及应用方面起步较早，且已经做了大量研究，但我国在这方面的研究起步较晚，且技术较为薄弱。

为了能够解决冬季雨雪天气道路结冰问题，全球很多国家的有关部门都投入大量人力物力研究除冰雪技术，经过多年的研究与实践，已形成了一系列较为有效的除冰雪技术手段，其主要的除冰雪技术手段可分为清除法和融化法。清除法又可以分为人工清除法、机械清除法和抑制冻结铺装法。融化法主要分为融雪剂融化法和热融化两种。融雪剂融化法主要有氯化物融化法和其它融雪剂两种。热融化法有地面加热法、电热丝法、流体加热法、导电混凝土法等。另外近些年新研究出的还有蓄能融雪、自应力路面等多种方法。现有主要除冰雪方法如表1所示。

表1.现有除雪融冰技术分类及不足

抗凝冰技术是目前市场上开始普及应用的沥青路面主动除冰雪技术，通过在路面材料中掺加可以减低路面冰点的成分，虽然能够起到抑制路面结冰或者降低路面和冰之间粘结力的作用，实现“小雪不结冰、大雪易除冰”的功能，但耐久性不足。并且，现有技术中的乳化沥青体系的抗凝冰含砂雾封层材料中，抗凝冰剂遇水释放Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^-等离子，会导致含砂雾封层乳化沥青快速破乳，导致体系增稠、离析的问题。

发明内容

本发明是针对上述现有技术的不足，提供一种路用抗凝冰涂层材料，缓释型抗凝冰剂与疏水性涂层材料协同作用，分布稳定、加工便利、实施工艺简单，既提高了路面的防水功能，又兼备了低冰点、抗凝冰功能，有效提高了雪天的道路行车安全性和耐久性。

本发明的技术任务是按以下方式实现的：一种路用抗凝冰涂层材料，主要由以下重量配比的原料制成：

所述主溶剂一为有机溶剂；

所述沥青胶结料为低标号、高软化点沥青；

涂层材料20℃时的布氏粘度为2000-4000cPs。

各原料的重量配比优选为：

作为优选，所述改性母料由主溶剂二、改性剂、抗渗剂、偶联剂制得，

主溶剂二、改性剂、抗渗剂、偶联剂的重量比为(30-55):(8-17):(7-19):(4-11)，

所述主溶剂二为轻柴油、120#溶剂油、140#溶剂油、200#溶剂油、汽油和橡胶油中的一种或多种物质的混合物；

所述改性剂优选为苯乙烯-丁二烯共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物和和氯丁胶乳中的一种或几种的混合物；

所述抗渗剂为不饱和脂肪酸类物质，熔点≤20℃，数均分子量≤400，用于改善界面粘结，优选为油酸、棕榈油酸和大豆油酸中的一种或多种物质的混合物；

所述偶联剂为乙烯基硅烷类偶联剂。

进一步的，改性母料的制备方法优选为：

在密闭容器内充氮保护条件下，主溶剂二、抗渗剂在30-60℃下搅拌至完全溶解，然后依次加入偶联剂、改性剂，继续搅拌一定时间后，自然降至室温，然后超声处理一定时间，得到活化的改性母料。

作为优选，超声处理的处理时间优选为10-30min，特别优选15-25min；振动频率优选为30-40KHz，特别优选23-27KHz。

作为优选，主溶剂一为轻柴油、120#溶剂油、140#溶剂油、200#溶剂油、汽油和橡胶油中的一种或多种物质的混合物。

为了保证涂层材料在高温条件下的稳定性，作为优选，所述沥青胶结料25℃时针入度≤50(0.1mm)，软化点≥65℃，特别是优选为岩沥青、特立尼达湖沥青、50#沥青、40#沥青、30#沥青、20#沥青和10#沥青中的一种或多种物质的混合物。

作为优选，所述缓释型抗凝冰剂为饱和浸润环保型融雪剂后的多孔硅铝酸盐填料。将多孔硅铝酸盐填料在98％以上环保型融雪剂水雾化的RH＞90％环境中浸润5小时以上，之后在50-60℃环境中烘干至恒重，即可得到缓释型抗凝冰剂。

作为优选，所述功能填料为空隙率≥2.5％的安山岩磨制粉料、石灰岩磨制粉料和钢渣粉的混合物，粉料的细度不低于200目，安山岩粉料：石灰岩粉料：钢渣粉料重量比例：30:(30-50):(20-40)。

作为优选，所述稳定剂为木质纤维素，其纤维长度100-500微米。

作为优选，本发明涂层材料制备过程在氮气保护下进行。

为了提升涂层材料的其它施工特性，本发明涂层材料中还可以添加调味剂，以乙酸乙酯为优选；添加着色剂，优选为丙烯酸树脂类、环氧树脂类有机着色剂，或者炭黑、氧化铁、二氧化锰、氧化铬、酞青蓝、群青蓝等无机着色剂。

本发明进一步的技术任务是提供一种路用抗凝冰涂层材料的制备方法。

路用抗凝冰涂层材料的制备方法，其特点是涂层材料的制备过程在密闭容器内氮气保护下进行，包括以下步骤：

S1.主溶剂二、抗渗剂在30-60℃下搅拌至完全溶解，然后依次加入偶联剂、改性剂，继续搅拌一定时间后，自然降至室温，然后超声处理一定时间，得到活化的改性母料；

S2.将沥青胶结料加热至120-150℃，然后冷却至维持流动可输送状态，得到组分A；

S3.将主溶剂一与改性母料在30-60℃温度下混合、搅拌均匀，得到组分B；

S4.将组分A缓慢加入组分B中混合，然后依次加入稳定剂、缓释型抗凝冰剂、功能填料，搅拌均匀制得涂层材料。

本发明路面修护涂层材料20℃时的布氏粘度为2000-4000cPs，可利用常规的高压沥青涂层喷洒设备进行喷洒施工，可直接喷洒在下层路面结构层，也可在喷洒前对下层路面结构进行抛丸等预处理。

喷洒量以表面喷洒均匀、无漏洒为宜，优选为0.6-1.3Kg/m²为宜。

不同路面类型和病害情况下的最佳喷洒量见表2。

表2不同类型路面和病害所需的最佳喷洒量

路面类型	主要病害描述	洒布量范围(Kg/m<sup>2</sup>)
			AC沥青混凝土路面	磨光、松散、沥青膜缺失	0.6～0.85
SMA沥青混凝土路面	松散、沥青膜缺失	0.9～1.3
			沥青碎石路面	松散	1.0～1.3
AK沥青混凝土路面	松散、沥青膜缺失	1.0～1.3

实施过程中，沥青路面的抗滑能力和构造纹理可分为“粗糙”、“适中”、“光滑”三种状态，一般情况下，偏“光滑”状态宜采用洒布量推荐范围的低限。

所述高压喷洒车，泵的喷洒压力优选为18-22Kg，混合料的流量控制优选为320-350Kg/min，行车速度宜控制在7-9Km/h，喷洒时，喷洒设备应保持速度和喷洒量的稳定，在整个洒布宽度范围内，应喷洒均匀。喷洒车的喷洒管，离地高度优选为350-450mm并能予以固定，相邻喷油嘴间距优选为200-400mm，喷油嘴的喷雾宽度应相互重叠，同一地点接受两个或三个喷油嘴喷洒的材料，并不得出现花白条。

和现有技术相比，本发明的路用抗凝冰涂层材料及其制备方法具有以下突出的有益效果：

(一)采用的沥青胶结料具有低标号、高软化点等特性，与主溶剂一、主溶剂二相容性较好，施工期间具有良好的和易性，施工后能够缩短干燥时间，使用期间能保障良好的高温稳定性；

(二)采用环保型有机溶剂，具有较高的溶解性和工后挥发性，较市场上传统的乳化类“水性”沥青基涂料，疏水性和水稳定性均得到提高，且很好的解决了抗凝冰剂遇水释放Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^-等离子，导致含砂雾封层乳化沥青快速破乳，导致体系增稠、离析的技术问题；

(三)以特定方法得到的活化改性母料具有较高粘合强度，并有优良的耐气候、防渗和耐久等特性；

(四)以功能填料为涂层材料的主要成分，在活化的改性母料作用下，可以很好地与沥青胶结料相互结合，具体机理如下：改性母料中不饱和脂肪酸中的双键在超声活化过程中发生交联聚合形成低聚的两亲性表面活性物质，其中长链部分可以很好的与沥青质胶团相互融合，形成溶凝胶型结构，而亲水性部分可以与功能填料的无机盐相同融合，因此，不饱和脂肪酸的存在增强了功能填料与沥青粘结料之间的紧密结合度，从而提高了涂层材料的耐磨性、抗滑性和其他辅助功能；

(五)采用木质纤维素作为稳定剂，由于其优良的柔韧性及分散性，与沥青胶结料混合后可形成三维网状结构，进一步增加了沥青粘结料和功能填料之间的粘附性，避免了分层离析，提高了涂层材料的稳定性和耐久型；

(六)当涂层材料作用于破损的沥青路面时，各种组分会均匀的分散于裸露的集料表面起到有效的保护作用：其中涂层材料中的功能填料和沥青粘结料在裸露的集料表面会形成高劲度沥青玛蹄脂，提高了路面的耐磨性；涂层材料中硅烷偶联剂的烷氧基会与功能填料表面的碳酸基团发生羰基反应，硅醇键之间相互缔合形成表面膜附着于裸露的集料表面，进一步增强了涂层材料与裸露集料之间的紧密融合；

(七)涂层材料中各物料相互作用，不仅使得涂层材料具备稳定存储、均匀喷涂、喷涂后溶剂挥发快、良好的粘附性(粘附等级5级)、优良的耐磨性(寿命6-10年)，还能够保证涂层材料具体适当的流动性，可以实现喷洒作业，降低施工难度，提高工作效率。

(八)实现了疏水防覆冰、缓释主动除冰和融冰剂复吸收保存三重功效的叠加，主动防冰和耐久性保持性能得到显著提升，实现冰点≤-3℃，融冰率≥20％，盐分释出量≤0.4％，吸湿率≤0.7％，首先该涂层材料采用环保型有机溶剂，具有较大的接触角和较小的湿润滞后角，可以有效地使物体表面液滴滚动滑落，使其难以结冰，功能填料中的高吸水率集料磨制成的粉料，微观结构内气体可起到阻热作用，是滴落到涂层上面的液滴结冰时间延缓，实现降低冰、改变洁净类型等功能；其次，本涂层材料中加入了具有缓释融冰作用的环保除冰盐，既依托涂层的表面作用克服了传统蓄盐类热拌沥青混合料成本高、见效慢、深层处除冰材料浪费的弊端，又通过功能填料中的高吸水率集料磨制成的粉料实现了释出融冰后的盐分二次吸收，提高效用发挥时间。

具体实施方式

为了使本发明的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定，即所述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：改性母料的制备

表3改性母料物料配比及参数控制

材料说明：

油酸：分子量282.46，熔点13-14℃；

棕榈油酸：分子量254.41，熔点0.5℃；

大豆油酸：280≤分子量≤284，熔点15℃。

【制备方法】

将配方量的主溶剂二、抗渗剂加入到小型反应釜中，在50℃下搅拌20min使之溶解完全，然后依次加入硅烷偶联剂、改性剂，维持温度继续搅拌40min，自然降至室温后，超声处理一定时间，得到活化的改性母料，分别记为母料1、母料2、母料3、母料4、母料5、母料6、母料7、母料8。试验全过程在密闭反应容器中进行，试验前进行充氮除氧。

实施例二：路用抗凝冰涂层材料的制备。

表4涂层材料物料配比

材料说明：

青川岩沥青：25℃时针入度3(0.1mm)，软化点220℃；

50#沥青：25℃时针入度45(0.1mm)，软化点67℃；

40#沥青：25℃时针入度38(0.1mm)，软化点70℃；

30#沥青：25℃时针入度28(0.1mm)，软化点72℃。

缓释型抗凝冰剂：由多孔硅铝酸盐填料在98％以上环保型融雪剂水雾化的RH≥95％环境中浸润5小时，之后在50-60℃环境中烘干至恒重得到；

功能填料：空隙率≥2.5％的安山岩磨制粉料、石灰岩磨制粉料和钢渣粉的混合物，粉料的细度200目，安山岩粉料：石灰岩粉料：钢渣粉料重量比例：30:40:30。

【制备方法】

A1、将沥青胶结料加热至135℃，然后冷却至维持流动可输送状态，得到组分A；

A2.将主溶剂一与改性母料在50℃温度下混合、搅拌均匀，得到组分B；

A3.将组分A、组分B泵送至主搅拌器，依次加入稳定剂、缓释型抗凝冰剂、功能填料，搅拌均匀制得最终的沥青路面长效疏水涂层材料。

步骤A1-A3均在氮气保护下进行。

【性能测定】

将上述各制备方法得到的涂层材料灌入喷洒设备容器罐内，搅拌均匀后进行路面洒布试验,喷洒量1Kg/m²。

控制参数为：

作业车辆：Halik-CH-32000I专业高压喷洒车；

喷洒流量：347Kg/min；

喷洒压力：20Kg；

作业时速：8Km/h；

洒布管的离地高度：400mm；

相邻喷油嘴间距：300mm。

【检测结果】

表5涂层应用性能检测结果

注：融冰率、盐分析出量、吸湿率指标为涂层材料按规定用量涂刷至试件表面后依据《公路沥青混合料用融冰雪材料第2部分：盐化物材料》(JT/T 1210.2-2018)相关方法测试。

由表5检测数据可以看出，上述所有实施例中材料的各种性能均符合施工质量要求。其中，涂层材料布氏粘度数据(3000-3500cPs)，表明材料具有适当的流动性，有利于连续机械式喷洒作业；涂层表面结冰点、涂层表面冰层黏附力在试件浸泡后无显著衰减，试件融冰率、盐分释出量和吸湿率均满足规范要求，说明缓释型抗凝冰剂有良好的融雪除冰效果；功能填料中多孔粉料的添加，保障了环保抗凝冰剂析出融冰-复吸附-再次析出融冰功能的长效保持；此外，涂层材料自身具备的疏水性亦有助于降低路面结冰点，实现少结冰、易除冰的增强效果；同时，采用了硬质的钢渣粉料，构造深度、摩擦系数、粘结强度和耐磨性数据均远优于标准质量要求；活化改性母料的加入使路面耐磨抗滑性能得到提升；渗水系数测试结果表明路面的密水性能得到提高。干燥时间数据表明，30℃时可实现1小时通车，对道路交通影响较少。

综上所述，采用该方法制备的路用抗凝冰涂层材料可以极大地降低路面结冰现象、增加路面抗滑、疏水、耐磨等特性，提升路面的整体综合性能。

Claims (10)

1.路用抗凝冰涂层材料，其特征在于主要由以下重量配比的原料制成：

所述主溶剂一为有机溶剂；

所述沥青胶结料为低标号、高软化点沥青；

涂层材料20℃时的布氏粘度为2000-4000cPs。

喷涂后的路面冰点≤-3℃，融冰率≥20,％，盐分释出量≤0.4％，吸湿率≤0.7％。

2.根据权利要求1所述的路用抗凝冰涂层材料，其特征在于：所述改性母料由主溶剂二、改性剂、抗渗剂、偶联剂制得，

主溶剂二、改性剂、抗渗剂、偶联剂的重量比为(30-55):(8-17):(7-19):(4-11)，

所述主溶剂二为轻柴油、90#溶剂油、120#溶剂油、140#溶剂油、汽油和橡胶油中的一种或多种物质的混合物；

所述改性剂为苯乙烯-丁二烯共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物和氯丁胶乳中的一种或几种的混合物；

所述抗渗剂为不饱和脂肪酸类物质，熔点≤20℃，数均分子量≤400，为油酸、棕榈油酸和大豆油酸中的一种或多种物质的混合物；

所述偶联剂为乙烯基硅烷类偶联剂。

3.根据权利要求2所述的路用抗凝冰涂层材料，其特征在于改性母料的制备方法为：

在密闭容器内充氮保护条件下，主溶剂二、抗渗剂在30-60℃下搅拌至完全溶解，然后依次加入偶联剂、改性剂，继续搅拌一定时间后，自然降至室温，然后超声处理一定时间，得到活化的改性母料。

4.根据权利要求3所述的路用抗凝冰涂层材料，其特征在于：超声处理的处理时间为10-30min，振动频率为30-40KHz。

5.根据权利要求1所述的路用抗凝冰涂层材料，其特征在于：所述主溶剂一为轻柴油、90#溶剂油、120#溶剂油、140#溶剂油、汽油和橡胶油中的一种或多种物质的混合物。

6.根据权利要求1所述的路用抗凝冰涂层材料，其特征在于：所述沥青胶结料25℃时针入度≤50(0.1mm)，软化点≥65℃，为岩沥青、特立尼达湖沥青、50#沥青、40#沥青、30#沥青、20#沥青和10#沥青中的一种或多种物质的混合物。

7.根据权利要求1所述的路用抗凝冰涂层材料其特征在于：所述缓释型抗凝冰剂为饱和浸润环保型融雪剂后的多孔硅铝酸盐填料，多孔硅铝酸盐填料在98％以上环保型融雪剂水雾化的RH＞90％环境中浸润5小时以上，之后在50-60℃环境中烘干至恒重，得到缓释型抗凝冰剂。

8.根据权利要求7所述的路用抗凝冰涂层材料其特征在于：所述功能填料为空隙率≥2.5％的安山岩磨制粉料、石灰岩磨制粉料和钢渣粉的混合物，粉料的细度不低于200目，安山岩粉料：石灰岩粉料：钢渣粉料重量比例：30:(30-50):(20-40)。

9.根据权利要求1所述的路用抗凝冰涂层材料其特征在于：所述稳定剂为木质纤维素。

10.路用抗凝冰涂层材料的制备方法，其特征在于：涂层材料的制备过程在密闭容器内氮气保护下进行，包括以下步骤：

S1.主溶剂二、抗渗剂在30-60℃下搅拌至完全溶解，然后依次加入偶联剂、改性剂，继续搅拌一定时间后，自然降至室温，然后超声处理一定时间，得到活化的改性母料；

S2.将沥青胶结料加热至120-150℃，然后冷却至维持流动可输送状态，得到组分A；

S3.将主溶剂一与改性母料在30-60℃温度下混合、搅拌均匀，得到组分B；

S4.将组分A缓慢加入组分B中混合，然后依次加入稳定剂、缓释型抗凝冰剂、功能填料，搅拌均匀制得涂层材料，

各原料重量配比为：

所述主溶剂一为有机溶剂；

所述沥青胶结料为低标号、高软化点沥青；

涂层材料20℃时的布氏粘度为2000-4000cPs；

喷涂后的路面冰点≤-3℃，融冰率≥20％，盐分释出量≤0.4％，吸湿率≤0.7％。