CN113754375A - 一种具有融冰化雪功能的沥青及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有融冰化雪功能的沥青及其制备方法，涉及医用道路建筑材料技术领域。本发明先将线性三嵌段共聚物SEBS与石蜡混合，并加入添加剂和有机溶剂，制得纺丝液，然后将纺丝液通过静电纺丝制得改性纤维，将乳化沥青与集料、矿粉和改性纤维混合，并加入水泥，搅拌混合，制得沥青混合料，将沥青混合料浇注成型，养护，得具有融冰化雪功能的沥青。本发明制备的具有融冰化雪功能的沥青具有优异的融冰化雪能力，且力学性能良好。
Description
技术领域
本发明涉及医用道路建筑材料技术领域，具体为一种具有融冰化雪功能的沥青及其制备方法。
背景技术
我国大部分地区属于冰雪寒冷地区，冬季经常出现路面积雪结冰的现象，致使路面的抗滑性能急剧下降，影响了车辆操作的稳定性和安全性，诱发交通事故，造成了巨大损失。因此如何有效地解决路面积雪结冰问题，对于提高道路的通行能力和交通安全具有重大意义。
目前除冰雪的方法可以分为被动抑制路面结冰和主动抑制路面结冰两大类，其中被动抑制路面结冰技术包括为人工清除、撒布融雪剂等，经过多年的发展，这种技术取得了不错的效果，但也存在环境污染、成本过高、使用条件限制等问题。主动抑制路面结冰技术包括添加蓄盐除冰等，添加蓄盐类融雪剂的路面，因其能释放类似抗冰盐物质至路面，可降低路面冰点到-20℃，从而有效阻止和延缓路面结冰。
乳化沥青是沥青和乳化剂在一定工艺作用下，生成水包油或油包水(具体谁包谁要看乳化剂的种类)的液态沥青。乳化沥青是将通常高温使用的道路沥青，经过机械搅拌和化学稳定的方法(乳化)，扩散到水中而液化成常温下粘度很低、流动性很好的一种道路建筑材料。可以常温使用，且可以和冷的和潮湿的石料一起使用。乳化沥青主要由沥青、乳化剂、稳定剂和水等组分所组成。
目前对于掺入融雪剂的蓄盐类沥青混合料有较多的研究，但实际融冰雪效果并不理想。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有融冰化雪功能的沥青及其制备方法，以解决现有技术中沥青融冰化雪效果不佳的问题。
一种具有融冰化雪功能的沥青，其特征在于，主要包括以下重量份数的原料组分：50～75份乳化沥青，5～12份集料，4～10份矿粉，4～8份水泥和8～20份改性纤维；
所述改性纤维是由线性三嵌段共聚物SEBS、石蜡和添加剂制备而成。
作为优化，所述集料是由玄武岩经粉碎过100目筛后制得；所述矿粉为石灰岩矿粉，其中氧化钙质量分数为35.05％，二氧化硅质量分数为1.59％。
作为优化，所述水泥为普通42.5级硅酸盐水泥或普通42.5R级硅酸盐水泥中任意一种。
作为优化，所述添加剂由氧化钙和氯化铵混合而成。
作为优化，所述具有融冰化雪功能的沥青主要包括以下重量份数的原料组分：70份乳化沥青，10份集料，8份矿粉，4份水泥和8份改性纤维。
作为优化，一种具有融冰化雪功能的沥青的制备方法，主要包括以下制备步骤：
(1)将线性三嵌段共聚物SEBS与石蜡混合，并加入添加剂，搅拌混合后，再加入有机溶剂，搅拌混合后，得纺丝液；
(2)将步骤(1)所得纺丝液进行静电纺丝后，静置，得改性纤维；
(3)按重量份数计，依次称取50～75份乳化沥青，5～12份集料，4～10份矿粉，4～8份水泥和8～20份步骤(2)所得改性纤维，将乳化沥青与集料混合，并加入矿粉和步骤(2)所得改性纤维，搅拌混合后，再加入水泥，继续搅拌混合，得沥青混合料；
(4)将步骤(3)所得沥青混合料浇注成型，养护，得具有融冰化雪功能的沥青。
作为优化，所述具有融冰化雪功能的沥青的制备方法主要包括以下制备步骤：
(1)将线性三嵌段共聚物SEBS与石蜡按质量比1:1混合于烧瓶中，并向烧瓶中加入线性三嵌段共聚物SEBS质量0.05～0.08倍的添加剂，搅拌混合后，再向烧瓶中加入线性三嵌段共聚物SEBS质量1～5倍的四氢呋喃，于温度为25℃，转速为300～400r/min的条件下密封搅拌混合12～14h后，得纺丝液；
(2)将步骤(1)所得纺丝液吸入容量为1～2mL的注射器中，在注射器一端装上平口金属针头后，将带有平口金属针头的注射器装于注射器泵上后进行静电纺丝，纺丝后静置8h后，取下纤维，得改性纤维；
(3)按重量份数计，依次称取570份乳化沥青，10份集料，8份矿粉，4份普通42.5级硅酸盐水泥和8份步骤(2)所得改性纤维，将乳化沥青与集料混合于搅拌器中，并向搅拌器中加入矿粉和步骤(2)所得改性纤维，于温度为30～50℃，转速为300～500r/min的条件下搅拌混合30～80min后，再向搅拌器中加入普通42.5级硅酸盐水泥，继续于温度为80～100℃的条件下搅拌混合60～180min后，得沥青混合料；
(4)将步骤(3)所得沥青混合料浇注成型，先于室温条件下养护1天后，再于温度为15～25℃，湿度为90～96％的条件下养护7～15天后，得具有融冰化雪功能的沥青。
作为优化，步骤(1)所述添加剂为将氧化钙和氯化铵按质量比3:1～5:1混合，得添加剂。
作为优化，步骤(2)所述平口金属针头中平口金属针头内径为0.62mm，外径为0.90mm；所述静电纺丝的工艺条件为纺丝电压25kV，注射器泵推进速率5mL/min，接收距离为25cm，温度30℃。湿度60％，接收器选择铝箔。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明在具有融冰化雪功能的沥青时加入水泥，并且还加入改性纤维。
首先，改性纤维由线性三嵌段共聚物SEBS、石蜡和添加剂为原料制备而成，由于石蜡的加入，使得改性纤维具有良好的储能效果，可在冰雪天气延缓产品表面结冰的时间；其次，改性纤维中三嵌段共聚物SEBS包覆于石蜡和添加剂表面，从而使得改性纤维具备优良的力学性能，在加入产品中后可在沥青中形成空间网状结构，起到加强筋的作用，从而保证产品的抗水损害能力和低温抗裂能力不会降低，再者，改性纤维将添加剂包覆于纤维中，降低的添加剂对产品的影响，并且改性纤维中的添加剂在与水接触后，添加剂中的氧化钙可先与水发生放热反应，形成氢氧化钙，从而可提高产品的融冰化雪能力，同时，随着氢氧化钙的形成，添加剂中的氯化铵可与氢氧化钙发生反应，形成氯化钙、氨气和水，氯化钙的形成可进一步提高产品的融冰化学能力，并且在低温条件下，部分氨气溶于水中形成氨水，可在产品表面形成一层氨水膜，进而进一步提高产品的融冰化雪能力；
本申请在产品中加入水泥，由于水泥的加入可使得产品在受到挤压时弹性形变降低，从而使得改性纤维容易被水泥的膨胀和收缩所切断，进而释放改性纤维中的添加剂，提高产品的融冰化雪能力。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了更清楚的说明本发明提供的方法通过以下实施例进行详细说明，在以下实施例中制作的具有融冰化雪功能的沥青的各指标测试方法如下：
融冰性能：将各实施例所得具有融冰化雪功能的沥青与对比例产品于10kg/cm2的条件下压制1h后，在各实施例所得具有融冰化雪功能的沥青与对比例产品表面铺设厚度为5mm的冰块，测量冰块完全融化时间。
低温抗劈裂强度：将各实施例所得具有融冰化雪功能的沥青与对比例产品于温度为-10℃，加载速率为1mm/min的条件下测量低温抗劈裂强度。
实施例1
一种具有融冰化雪功能的沥青，按重量份数计，主要包括：70份乳化沥青，10份集料，8份矿粉，4份普通42.5级硅酸盐水泥和8份改性纤维。
一种具有融冰化雪功能的沥青的制备方法，所述具有融冰化雪功能的沥青的制备方法主要包括以下制备步骤：
(1)将线性三嵌段共聚物SEBS与石蜡按质量比1:1混合于烧瓶中，并向烧瓶中加入线性三嵌段共聚物SEBS质量0.06倍的添加剂，搅拌混合后，再向烧瓶中加入线性三嵌段共聚物SEBS质量2倍的四氢呋喃，于温度为25℃，转速为350r/min的条件下密封搅拌混合12h后，得纺丝液；
(2)将步骤(1)所得纺丝液吸入容量为1mL的注射器中，在注射器一端装上平口金属针头后，将带有平口金属针头的注射器装于注射器泵上后进行静电纺丝，纺丝后静置8h后，取下纤维，得改性纤维；
(3)按重量份数计，依次称取570份乳化沥青，10份集料，8份矿粉，4份普通42.5级硅酸盐水泥和8份步骤(2)所得改性纤维，将乳化沥青与集料混合于搅拌器中，并向搅拌器中加入矿粉和步骤(2)所得改性纤维，于温度为40℃，转速为300r/min的条件下搅拌混合30min后，再向搅拌器中加入普通42.5级硅酸盐水泥，继续于温度为80℃的条件下搅拌混合70min后，得沥青混合料；
(4)将步骤(3)所得沥青混合料浇注成型，先于室温条件下养护1天后，再于温度为20℃，湿度为92％的条件下养护7天后，得具有融冰化雪功能的沥青。
作为优化，步骤(1)所述添加剂为将氧化钙和氯化铵与氯化铵按质量比3:1混合，得添加剂。
作为优化，步骤(2)所述平口金属针头中平口金属针头内径为0.62mm，外径为0.90mm；所述静电纺丝的工艺条件为纺丝电压25kV，注射器泵推进速率5mL/min，接收距离为25cm，温度30℃。湿度60％，接收器选择铝箔。
实施例2
一种具有融冰化雪功能的沥青，按重量份数计，主要包括：70份乳化沥青，10份集料，8份矿粉和8份改性纤维。
一种具有融冰化雪功能的沥青的制备方法，所述具有融冰化雪功能的沥青的制备方法主要包括以下制备步骤：
(1)将线性三嵌段共聚物SEBS与石蜡按质量比1:1混合于烧瓶中，并向烧瓶中加入线性三嵌段共聚物SEBS质量0.06倍的添加剂，搅拌混合后，再向烧瓶中加入线性三嵌段共聚物SEBS质量2倍的四氢呋喃，于温度为25℃，转速为350r/min的条件下密封搅拌混合12h后，得纺丝液；
(2)将步骤(1)所得纺丝液吸入容量为1mL的注射器中，在注射器一端装上平口金属针头后，将带有平口金属针头的注射器装于注射器泵上后进行静电纺丝，纺丝后静置8h后，取下纤维，得改性纤维；
(3)按重量份数计，依次称取570份乳化沥青，10份集料，8份矿粉和8份步骤(2)所得改性纤维，将乳化沥青与集料混合于搅拌器中，并向搅拌器中加入矿粉和步骤(2)所得改性纤维，于温度为40℃，转速为300r/min的条件下搅拌混合30min后，得沥青混合料；
(4)将步骤(3)所得沥青混合料浇注成型，先于室温条件下养护1天后，再于温度为20℃，湿度为92％的条件下养护7天后，得具有融冰化雪功能的沥青。
作为优化，步骤(1)所述添加剂为将氧化钙和氯化铵与氯化铵按质量比3:1混合，得添加剂。
作为优化，步骤(2)所述平口金属针头中平口金属针头内径为0.62mm，外径为0.90mm；所述静电纺丝的工艺条件为纺丝电压25kV，注射器泵推进速率5mL/min，接收距离为25cm，温度30℃。湿度60％，接收器选择铝箔。
实施例3
一种具有融冰化雪功能的沥青，按重量份数计，主要包括：70份乳化沥青，10份集料，8份矿粉，4份普通42.5级硅酸盐水泥和8份改性纤维。
一种具有融冰化雪功能的沥青的制备方法，所述具有融冰化雪功能的沥青的制备方法主要包括以下制备步骤：
(1)将线性三嵌段共聚物SEBS与石蜡按质量比1:1混合于烧瓶中，搅拌混合后，向烧瓶中加入线性三嵌段共聚物SEBS质量2倍的四氢呋喃，于温度为25℃，转速为350r/min的条件下密封搅拌混合12h后，得纺丝液；
(2)将步骤(1)所得纺丝液吸入容量为1mL的注射器中，在注射器一端装上平口金属针头后，将带有平口金属针头的注射器装于注射器泵上后进行静电纺丝，纺丝后静置8h后，取下纤维，得改性纤维；
(3)按重量份数计，依次称取570份乳化沥青，10份集料，8份矿粉，4份普通42.5级硅酸盐水泥和8份步骤(2)所得改性纤维，将乳化沥青与集料混合于搅拌器中，并向搅拌器中加入矿粉和步骤(2)所得改性纤维，于温度为40℃，转速为300r/min的条件下搅拌混合30min后，再向搅拌器中加入普通42.5级硅酸盐水泥，继续于温度为80℃的条件下搅拌混合70min后，得沥青混合料；
(4)将步骤(3)所得沥青混合料浇注成型，先于室温条件下养护1天后，再于温度为20℃，湿度为92％的条件下养护7天后，得具有融冰化雪功能的沥青。
作为优化，步骤(2)所述平口金属针头中平口金属针头内径为0.62mm，外径为0.90mm；所述静电纺丝的工艺条件为纺丝电压25kV，注射器泵推进速率5mL/min，接收距离为25cm，温度30℃。湿度60％，接收器选择铝箔。
对比例
一种具有融冰化雪功能的沥青，按重量份数计，主要包括：70份乳化沥青，10份集料，8份矿粉和8份改性纤维。
一种具有融冰化雪功能的沥青的制备方法，所述具有融冰化雪功能的沥青的制备方法主要包括以下制备步骤：
(1)将线性三嵌段共聚物SEBS与石蜡按质量比1:1混合于烧瓶中，搅拌混合后，向烧瓶中加入线性三嵌段共聚物SEBS质量2倍的四氢呋喃，于温度为25℃，转速为350r/min的条件下密封搅拌混合12h后，得纺丝液；
(2)将步骤(1)所得纺丝液吸入容量为1mL的注射器中，在注射器一端装上平口金属针头后，将带有平口金属针头的注射器装于注射器泵上后进行静电纺丝，纺丝后静置8h后，取下纤维，得改性纤维；
(3)按重量份数计，依次称取570份乳化沥青，10份集料，8份矿粉和8份步骤(2)所得改性纤维，将乳化沥青与集料混合于搅拌器中，并向搅拌器中加入矿粉和步骤(2)所得改性纤维，于温度为40℃，转速为300r/min的条件下搅拌混合30min后，得沥青混合料；
(4)将步骤(3)所得沥青混合料浇注成型，先于室温条件下养护1天后，再于温度为20℃，湿度为92％的条件下养护7天后，得具有融冰化雪功能的沥青。
作为优化，步骤(2)所述平口金属针头中平口金属针头内径为0.62mm，外径为0.90mm；所述静电纺丝的工艺条件为纺丝电压25kV，注射器泵推进速率5mL/min，接收距离为25cm，温度30℃。湿度60％，接收器选择铝箔。
效果例
下表1给出了采用本发明实施例1至3与对比例的具有融冰化雪功能的沥青的性能分析结果。
表1
从表1中实施例1与对比例的实验数据比较可发现，在制备具有融冰化雪功能的沥青加入水泥和改性纤维可有效提高产品的融冰化雪能力，并且使产品具备良好的低温抗劈裂性能；从实施例1与实施例2的实验数据比较可发现，当在制备具有融冰化雪功能的沥青时不加入水泥，产品中加入的改性纤维不容易发生断裂，因此，无法释放足够的添加剂，进而有效产品的性能；从实施例1与实施例3的实验数据比较可发现，当在具有融冰化雪功能的沥青加入的改性纤维中不加入添加剂时，产品无法快速融冰。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (9)
1.一种具有融冰化雪功能的沥青，其特征在于，主要包括以下重量份数的原料组分：50～75份乳化沥青，5～12份集料，4～10份矿粉，4～8份水泥和8～20份改性纤维；
所述改性纤维是由线性三嵌段共聚物SEBS、石蜡和添加剂制备而成。
2.根据权利要求1所述的一种具有融冰化雪功能的沥青，其特征在于，所述集料是由玄武岩经粉碎过100目筛后制得；所述矿粉为石灰岩矿粉，其中氧化钙质量分数为35.05％，二氧化硅质量分数为1.59％。
3.根据权利要求2所述的一种具有融冰化雪功能的沥青，其特征在于，所述水泥为普通42.5级硅酸盐水泥或普通42.5R级硅酸盐水泥中任意一种。
4.根据权利要求3所述的一种具有融冰化雪功能的沥青，其特征在于，所述添加剂由氧化钙和氯化铵混合而成。
5.根据权利要求4所述的一种具有融冰化雪功能的沥青，其特征在于，所述具有融冰化雪功能的沥青主要包括以下重量份数的原料组分：70份乳化沥青，10份集料，8份矿粉，4份水泥和8份改性纤维。
6.一种具有融冰化雪功能的沥青的制备方法，其特征在于，主要包括以下制备步骤：
(1)将线性三嵌段共聚物SEBS与石蜡混合，并加入添加剂，搅拌混合后，再加入有机溶剂，搅拌混合后，得纺丝液；
(2)将步骤(1)所得纺丝液进行静电纺丝后，静置，得改性纤维；
(3)按重量份数计，依次称取50～75份乳化沥青，5～12份集料，4～10份矿粉，4～8份水泥和8～20份步骤(2)所得改性纤维，将乳化沥青与集料混合，并加入矿粉和步骤(2)所得改性纤维，搅拌混合后，再加入水泥，继续搅拌混合，得沥青混合料；
(4)将步骤(3)所得沥青混合料浇注成型，养护，得具有融冰化雪功能的沥青。
7.根据权利要求6所述的一种具有融冰化雪功能的沥青的制备方法，其特征在于，所述具有融冰化雪功能的沥青的制备方法主要包括以下制备步骤：
(1)将线性三嵌段共聚物SEBS与石蜡按质量比1:1混合于烧瓶中，并向烧瓶中加入线性三嵌段共聚物SEBS质量0.05～0.08倍的添加剂，搅拌混合后，再向烧瓶中加入线性三嵌段共聚物SEBS质量1～5倍的四氢呋喃，于温度为25℃，转速为300～400r/min的条件下密封搅拌混合12～14h后，得纺丝液；
(2)将步骤(1)所得纺丝液吸入容量为1～2mL的注射器中，在注射器一端装上平口金属针头后，将带有平口金属针头的注射器装于注射器泵上后进行静电纺丝，纺丝后静置8h后，取下纤维，得改性纤维；
(3)按重量份数计，依次称取570份乳化沥青，10份集料，8份矿粉，4份普通42.5级硅酸盐水泥和8份步骤(2)所得改性纤维，将乳化沥青与集料混合于搅拌器中，并向搅拌器中加入矿粉和步骤(2)所得改性纤维，于温度为30～50℃，转速为300～500r/min的条件下搅拌混合30～80min后，再向搅拌器中加入普通42.5级硅酸盐水泥，继续于温度为80～100℃的条件下搅拌混合60～180min后，得沥青混合料；
(4)将步骤(3)所得沥青混合料浇注成型，先于室温条件下养护1天后，再于温度为15～25℃，湿度为90～96％的条件下养护7～15天后，得具有融冰化雪功能的沥青。
8.根据权利要求7所述的一种具有融冰化雪功能的沥青的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述添加剂为将氧化钙和氯化铵按质量比3:1～5:1混合，得添加剂。
9.根据权利要求7所述的一种具有融冰化雪功能的沥青的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述平口金属针头中平口金属针头内径为0.62mm，外径为0.90mm；所述静电纺丝的工艺条件为纺丝电压25kV，注射器泵推进速率5mL/min，接收距离为25cm，温度30℃。湿度60％，接收器选择铝箔。
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