CN113480940A - 隧道路面用反光型涂层材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隧道路面用反光型涂层材料及其制备方法，属于道路工程领域。所述涂层材料由特定配比的主溶剂一、沥青胶结料、功能填料、改性母料、稳定剂、催干剂制备而成，喷洒于隧道路面表面，可使路面逆反射系数提升至10mcd·(1x·m²)^‑1以上，和常规路面相比，本发明涂层材料能够大幅度的增加路面的亮度和均匀度，提高了隧道内的照度，不仅节约了照明能耗，而且增加了隧道行车安全性，实施工艺简便、性能稳定，具有很好的推广应用价值。

Description

隧道路面用反光型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，具体提供一种隧道路面用反光型涂层材料及其制备方法。

背景技术

为保护自然环境，隧道工程在高等级公路中的应用比例非常高。随着我国隧道里程的逐年增加，为保障交通安全，隧道内产生的照明能耗也不断增加，这与国家积极倡导的绿色照明、节约能源政策是背道而驰的，通过多种技术手段提升公路隧道内照明度，解决照明带来的能源消耗问题，已经成为一个刻不容缓的行业问题。

对隧道路面高反光特性的要求是从照明方面提出的。国际照明委员会(CIE)提出了R1～R5共5级基于照明的路面分类。国外有一种称为“glassphalt”的路面，是将废玻璃破碎后掺入混合料铺在城市道路中，其路用性能与普通沥青路面相比并未降低，而且在夜晚还表现出良好的景观效果，被认为是一种会闪闪发光(glitteRing)的路面。相关研究认为，废玻璃颗粒用于沥青路面的最大粒径为4.75mm、掺入比例为10％～15％时能获得最佳的路用性能。相关试验表明，在OGFC-13混合料中掺入高折射率的玻璃珠以提高隧道沥青路面的反光特性，不仅能达到节约电能、降低隧道运营成本的目的，而且也兼顾了隧道内工作环境对路面结构的抗滑、降噪和阻燃等性能，被认为是一种很有发展前景的隧道路面结构形式。然而，现有技术还未公开过从预防性养护技术角度出发，能够兼顾反光功能和防水功能的路面照度提升技术和材料。

发明内容

本发明是针对上述现有技术的不足，提供一种能够大幅度的提高路面性能，实施工艺简便、性能稳定的隧道路面用反光型涂层材料。

本发明的技术任务是按以下方式实现的：一种隧道路面用反光型涂层材料，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；

所述功能填料由提亮填料和耐磨填料组成，提亮填料包括细度为200～500目的玻璃珠和陶瓷微粉，耐磨填料为细度不低于200目的磨细粉料，包括磨碎的石灰岩、玄武岩、金刚砂和/或钢渣粉；

涂层材料20℃时的布氏粘度为2000-4000cPs，

喷洒涂料后的隧道路面逆反射系数提升至10mcd·(1x·m²)^-1以上。

作为优选，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)，特别优选为(45-55):(12-17):(15-19):(8-11)；

所述主溶剂二为120#溶剂油、140#溶剂油、200#溶剂油、轻柴油、汽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。

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，所述主溶剂一为120#溶剂油、140#溶剂油、200#溶剂油、轻柴油、汽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，功能填料中提亮填料和耐磨填料的重量比优选为(30-50):(50-70)，特别优选为(35-45):(55-65)。

提亮填料中玻璃珠、陶瓷微粉混合使用时，可根据路面反光强度(逆反射系数)测定值，确定玻璃微珠质量比例。作为优选，玻璃珠质量占提亮填料总质量的10～60％。

作为优选，所述稳定剂为木质纤维素，纤维长度为100-500微米(优选为200-300微米)。

作为优选，所述催干剂优选为环烷酸皂和亚硫酸盐(如亚硫酸钠、亚硫酸镁等)中的一种或两种的混合物。

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隧道路面用反光型涂层材料的制备方法。

隧道路面用反光型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、催干剂、功能填料，搅拌均匀制得沥青路面反光型封水涂层材料，

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；

所述功能填料由提亮填料和耐磨填料组成，提亮填料包括细度为200～500目的玻璃珠和陶瓷微粉，耐磨填料为细度不低于200目的磨细粉料，包括磨碎的石灰岩、玄武岩、金刚砂和/或钢渣粉；

涂层材料20℃时的布氏粘度为2000-4000cPs，

喷洒涂料后的隧道路面逆反射系数提升至10mcd·(1x·m²)^-1以上。

为了使涂层材料满足各指标要求，在制备过程中可以采用以下方法进行调控：

(1)在温度20℃时，用Bookefield(主轴6号)测试制得的沥青路面反光型封水涂层材料的粘度，如果粘度高于所需材料的控制指标，则按照制得的沥青路面反光型封水涂层材料总量的1％的比例递增，加入主溶剂一，搅拌均匀，通过反复粘度试验，直到达到所需的粘度；如果材料的粘度低于控制指标，则按照制得的沥青路面反光型封水涂层材料总量的1％的比例递增，加入功能填料，搅拌均匀，通过反复粘度试验，直到达到所需的粘度。

(2)将涂层材料进行预铺设试验，若干燥时间不满足要求，则铺设使用前按照涂层材料总量的1％比例加入催干剂，直至满足表1使用要求。

表1干燥时间与环境温度要求

40℃	30℃	20℃	15℃
				30～45min	约60min	约90min	超过180min

(3)将涂层材料进行预铺设试验，如路面逆反射系数＜10mcd·(1x·m²)^-1，可通过调整功能填料中提亮填料的比例，或调整提亮填料中玻璃珠比例提高路面反射系数，直至路面逆反射系数提升至10mcd·(1x·m²)^-1以上。

本发明路面反光型封水涂层材料可利用常规的高压喷洒车进行喷洒施工，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。

喷洒量优选为0.6-1.3Kg/m²。

不同路面类型和病害情况下的最佳喷洒量见表2。

表2不同路面类型和病害的最佳喷洒量推荐值

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，本发明的隧道路面用反光型涂层材料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，较传统的芳香烃有机溶剂，环保性得到了提升；

(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(提亮填料和耐磨填料)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；同时，功能填料中的提亮填料还可以显著提升公路隧道路面的逆反射系数，从而大幅度提高公路隧道内的照明度，优化路面性能和其他辅助功能；

(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)催干剂的添加，是在涂层材料作用于破损的沥青路面时起到提高沥青混合涂层材料膜化速度、加速固化的作用；

(七)当涂层材料作用于破损的沥青路面时，各种组分会均匀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；

(八)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、均匀喷洒、喷洒后溶剂挥发快、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。

(九)从预防性养护技术角度出发，提出了一种新型的路面照度提升技术和材料，兼顾反光功能和防水功能，通过喷洒的方式，将其喷洒在隧道路面上，有效提高路面反光强度的同时也提高了路面的防水性能，对保障路面的耐久性有利，在保证交通安全和满足隧道行车视觉舒适性的条件下，尽可能的降低了隧道照明设备的电力能耗，节约能耗，成为隧道降本增效、节能减排研究的新方向。

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：隧道路面用反光型涂层材料的制备。

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℃。

【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缓慢加入组分B的主搅拌器中混合，依次加入稳定剂、催干剂、功能填料，搅拌均匀制得最终的沥青路面反光型封水涂层材料。

步骤A1-A3均在密闭容器内氮气保护下进行。

【成品调控】

(1)在温度20℃时，用Bookefield(主轴6号)测试制得的封水涂层材料的粘度，如果粘度高于所需材料的控制指标，则按照制得的封水涂层材料总量的1％的比例递增，加入主溶剂一或主溶剂二，搅拌均匀，通过反复粘度试验，直到达到所需的粘度；如果材料的粘度低于控制指标，则按照制得的封水涂层材料总量的1％的比例递增，加入功能填料，搅拌均匀，通过反复粘度试验，直到达到所需的粘度。

(2)将涂层材料进行预铺设试验，若干燥时间不满足要求，则铺设使用前按照涂层材料总量的1％比例加入催干剂，直至满足使用要求。

(3)将涂层材料进行预铺设试验，如路面逆反射系数＜10mcd·(1x·m²)^-1，可通过调整功能填料中提亮填料的比例，或调整提亮填料中玻璃珠比例提高路面反射系数，直至路面逆反射系数提升至10mcd·(1x·m²)^-1以上。

【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涂层应用检测结果

由表5检测数据可以看出，上述所有实施例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，可实现连续喷洒作业，降低施工难度；隧道洞外亮度L₂₀(S)在标准范围内达到较高的亮度值，提亮填料的加入可极大地提高隧道路面照度；同时，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，表明路面耐磨抗滑性能得到提升；疏水系数测试结果表明路面的疏水性能得到提高。

综上所述，采用该方法制备的隧道路面用反光型涂层材料不仅可以提升隧道公路路面亮度，还可以极大地提高路面疏水耐磨抗滑性，延长路面使用寿命，从预防性养护角度解决了反光功能和防水功能兼备的路面安全性和耐久性提升的技术和材料问题。

Claims (10)

1.隧道路面用反光型涂层材料，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；

所述功能填料由提亮填料和耐磨填料组成，提亮填料包括细度为200～500目的玻璃珠和陶瓷微粉，耐磨填料为细度不低于200目的磨细粉料，包括磨碎的石灰岩、玄武岩、金刚砂和/或钢渣粉；

涂层材料20℃时的布氏粘度为2000-4000cPs；

喷洒涂料后的隧道路面逆反射系数提升至10mcd·(1x·m²)^-1以上。

2.根据权利要求1所述的隧道路面用反光型涂层材料，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120#溶剂油、140#溶剂油、200#溶剂油、轻柴油、汽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所述的隧道路面用反光型涂层材料，其特征在于改性母料的制备方法为：

在密闭容器内全过程氮气保护下，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所述的隧道路面用反光型涂层材料，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所述的隧道路面用反光型涂层材料，其特征在于：所述主溶剂一为120#溶剂油、140#溶剂油、200#溶剂油、轻柴油、汽油中的一种或多种物质的混合物。

6.根据权利要求1所述的隧道路面用反光型涂层材料，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所述的隧道路面用反光型涂层材料其特征在于：功能填料中提亮填料和耐磨填料的重量比为(30-50):(50-70)。

8.根据权利要求7所述的隧道路面用反光型涂层材料，其特征在于：提亮填料中玻璃珠、陶瓷微粉混合使用时，玻璃珠质量占提亮填料总质量的10～60％。

9.根据权利要求1所述的隧道路面用反光型涂层材料，其特征在于：所述稳定剂为木质纤维素；所述催干剂为环烷酸皂和亚硫酸盐中的一种或两种的混合物。

10.隧道路面用反光型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、催干剂、功能填料，搅拌均匀制得沥青路面修复涂层材料，

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；

所述功能填料由提亮填料和耐磨填料组成，提亮填料包括细度为200～500目的玻璃珠和陶瓷微粉，耐磨填料为细度不低于200目的磨细粉料，包括磨碎的石灰岩、玄武岩、金刚砂和/或钢渣粉；

涂层材料20℃时的布氏粘度为2000-4000cPs；

喷洒涂料后的隧道路面逆反射系数提升至10mcd·(1x·m²)^-1以上。