CN104877307A - 一种用于沥青路面超薄磨耗层的盐化物颗粒及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及沥青路面材料制备领域，公开了一种用于沥青路面超薄磨耗层的盐化物颗粒及其制备方法。该盐化物颗粒，包括以下原料组分：盐化物粉体、双酚A型环氧树脂、多元胺类固化剂、芳烃油、聚烯烃和层状硅酸盐；其制备方法是：先将上述盐化物颗粒的各原料组分投入拌料筒内，混合、加热、搅拌，形成均匀的团状塑性体，再将团状塑性体依次进行养护、挤压、造粒、切割，最后养生，即得。该盐化物颗粒既可用于沥青路面养护工程，又能实现沥青路面自融雪功能，具有重要的现实意义和工程应用价值。

Description

一种用于沥青路面超薄磨耗层的盐化物颗粒及其制备方法

技术领域

本发明涉及沥青路面材料制备领域，特别涉及一种用于沥青路面超薄磨耗层的盐化物颗粒及其制备方法。

背景技术

在我国北方大部分地区、西南高原、中部山区，冬季常出现降雪结冰天气，随着公路路面积雪结冰，汽车轮胎与路面附着系数及摩擦系数大幅降低，导致轮胎打滑，制动距离延长，严重时引起侧滑、方向失控、侧翻，甚至造成惨重的交通事故。

目前，为了保障行车安全和道路畅通，国内外清除道路积雪结冰技术主要有主动除雪技术和被动除雪技术，其中被动除雪技术主要包括人工清除技术、机械清除技术、撒布砂石材料、撒布融雪盐等方法；主动除雪技术主要有热力融冰雪技术、抑制冻结铺装技术。

纵观各类融雪除冰技术，根据融雪技术可操作性、工程造价和持久性，化学类抑制冻结铺装技术已逐渐成为主流融雪抑冰技术，其技术核心是自融雪材料研发，国内外进行了一些探索性研究。

在国外，自融雪抑冰材料起源于20世纪60年代的欧洲，瑞士的Dubois R用麻籽油包裹在CaCl₂和NaOH的表面，与Ca(OH)₂混合均匀后，经过造粒成型、烘干等工艺，制备出直径在2～7cm的颗粒材料；1976年，Siegmund Werner等人将融雪材料添加到一种多孔的熔岩集料中，并造成一定粒径的颗粒，将这种材料以集料的形式加入到沥青混合料中，在车辆的碾压、磨损作用下，有效融雪成分逐渐析出，达到自融雪的目的；20世纪80年代，美国DOT公司研制出对环境影响较小的无氯、环保型融雪剂-醋酸钙镁；瑞士成功研制出以氯化钙为主复合型自融雪材料Verglimit，又称V-260，是一种经过浓缩的化学材料，拌和生产时作为填料添加到沥青混合料中，可以有效阻止或减缓路面结冰；20世纪70年代末，日本开始引进欧美的融雪抑冰技术，并在此基础上研制了Mafilon，又称MFL，与V-260特点类似；1985年，MasuyamaYoshinari将融雪抑冰技术运用到透水性路面中，并研发了一种透水性融雪水泥路面；1988年，美国人Terence.E.Peel利用造纸废液制造了LMWBL融雪材料并申请专利，可在高寒地区使用，但因为造价昂贵，一直没有大规模生产；1992德国赫彻斯特股份公司研发出基于乙酸盐的融雪抑冰材料，其有效成是15％-70％的醋酸钠或醋酸钾或是二者的混合物。

在国内，自融雪抑冰材料研究起步较晚，自2008年开始，引进国外自融雪抑冰材料瑞士V-260和日本的MFL产品。随后，工程技术人员相继开发具有自主知识产权的自融雪材料，长安大学成功研制出一种抑制道路铺面层冰雪冻结的盐化物颗粒材料，并应用于国内多条高速公路、国省道冬季养护工程；中交第一公路勘察设计研究院有限公司研制出融雪涂层技术；由中国科学院海洋所、青岛市市政养护管理处共同利用部分海洋和植物提取液研发的一种新型融雪剂；河北工业大学和河北省宣大高速公路管理处共同研制了复合型融雪剂。

从以上国内外自融雪抑冰材料可以看出，通常使用的融雪抑冰材料主要有三类：第一类是醋酸盐类抑冰材料；第二类是氯盐类抑冰材料；还有一类为生物提取液。

在自融雪盐化物沥青路面中自融雪抑冰材料主要有两种使用方式：第一种是自融雪抑冰材料与高分子反应类涂层材料相结合，掺加适量抗磨耗型细集料，喷涂于路表并固结形成融雪涂层；在冰雪季节，融雪涂层中盐化物有效成分析出，实现自融雪功能。第二种是在沥青混合料热拌过程中掺入盐化物颗粒，其粒径为0.075mm，通过率一般在75％以上，掺入量一般在3％～8％；对于新建路面，铺装4cm厚自融雪沥青混凝土层；对于旧路面，铣刨后，重新铺装3～4cm厚自融雪沥青混凝土层，盐化物被沥青裹附，水从沥青路面空隙中渗入到自融雪材料层，有效成分在渗透压、毛细管力及车轮“泵吸”等作用下逐渐析出路表面，起到融雪抑冰的作用。

第一种使用方式中，其融雪涂层需要有专用的喷涂设备，涂装后路面抗滑性能普遍下降，大交通量下涂层使用寿命仅2～3月，残留物影响路面美观，并且每年需反复喷涂，对交通干扰较大，工程造价较高；第二种使用方式中，其盐化物颗粒热拌于沥青混合料中，铺装层较厚，表层盐化物有效成分析出后，随着表层磨光与密实，铺装层底层盐化物析出缓慢或很难析出，后期融雪效果并不明显，而盐化物颗粒易溶于水，掺入稀浆封层、微表处等冷拌混合料中将迅速流失，无法保存。

因此，对于自融雪盐化物沥青路面，要求解决三个关键问题：其一为自融雪盐化物材料组成设计与优化；其二为自融雪盐化物材料有效成分析出路径与缓释；其三为自融雪盐化物材料需环保、经济、施工方便。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种用于沥青路面超薄磨耗层的盐化物颗粒及其制备方法，实现沥青路面自融雪功能。本发明基于颗粒学多级包络模型，其采用有机胶结料形成颗粒骨架，缓释材料控制盐化物有效成分析出速率，形成环保型盐化物颗粒材料；盐化物颗粒材料与沥青路面磨耗层相结合，既可用于沥青路面养护工程，又能实现沥青路面自融雪功能，具有重要的现实意义和工程应用价值。

为了达到以上目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

(一)一种用于沥青路面超薄磨耗层的盐化物颗粒，其特征在于，包括以下原料组分：盐化物粉体、双酚A型环氧树脂、多元胺类固化剂、芳烃油、聚烯烃和层状硅酸盐；所述盐化物粉体由氯盐、醋酸盐和溴盐组成。

优选地，所述原料组分质量百分比为：盐化物粉体65％～70％、双酚A型环氧树脂8.45％～11.05％、多元胺类固化剂4.9％～5.95％、芳烃油5.6％～7.7％、聚烯烃2.4％～3.3％和层状硅酸盐7％～9％。

优选地，所述氯盐、醋酸盐、溴盐质量比为7：2：1。所述盐化物粉体中氯盐包括：氯化镁(MgCl₂)、氯化钙(CaCl₂)和氯化钠(NaCl)。优选地，所述氯化镁(MgCl₂)、氯化钙(CaCl₂)和氯化钙(NaCl)质量比为1:1:3。所述盐化物粉体中醋酸盐包括：醋酸钙镁(CMA)和醋酸钙(Ca(AC)₂)。优选地，所述醋酸钙镁(CMA)和醋酸钙(Ca(AC)₂)质量比为1:1。所述盐化物粉体中溴盐包括：溴化钠(NaBr)和溴化钙(CaBr₂)。优选地，所述溴化钠(NaBr)和溴化钙(CaBr₂)质量比为1:1。

优选地，所述多元胺类固化剂为二乙烯三胺、三乙烯四胺或二乙烯基丙胺。

优选地，所述双酚A型环氧树脂与多元胺类固化剂的质量比为65：35。

优选地，所述芳烃油与聚烯烃质量比为7：3。

优选地，所述层状硅酸盐为蒙脱石、膨润土或云母。

优选地，所述聚烯烃由低密度聚乙烯和聚丙烯组成。

优选地，所述低密度聚乙烯和聚丙烯质量比为1：1。

(二)上述用于沥青路面超薄磨耗层的盐化物颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在90℃～120℃温度下，将芳烃油与聚烯烃搅拌混匀，冷却至常温后，形成乳白色稀稠油脂状的混合物A，备用。

(2)将双酚A型环氧树脂与多元胺类固化剂搅拌混匀，得到混合物B，将得到的混合物B，温度保持在48℃～52℃条件下，备用。

(3)首先将氯盐、醋酸盐、溴盐组成的盐化物粉体投入拌料筒内混合，搅拌3～5min，再依次加入混合物A，混合物B和层状硅酸盐，搅拌20～30min，直至形成均匀的团状塑性体，将团状塑性体置于60℃的养护箱中，养护3～4h。

(4)将养护后的团状塑性体置于螺旋造粒机中，对团状塑性体进行挤压、切割，再置于50℃的养护箱中，养生4～6h，即得。

本发明具有以下优点与有益效果：

(1)本发明中，盐化物颗粒的直径为2～3mm、长为2～3mm的固体，颜色为淡黄色，密度在1.87-2.13g/cm³之间，熔点≥180℃。

(2)本发明中，双酚A型环氧树脂与多元胺类固化剂构建了盐化物颗粒的主体骨架，确保盐化物颗粒抗压强度与表面硬度。

(3)本发明中，芳烃油与聚烯烃为缓释与低温脆裂组分，具有憎水特性，其混合物在高温及常温下为油脂状，外渗颗粒表层或填充颗粒内部空隙，起到良好的包络、缓释作用，0℃以下逐渐缩裂，形成毛细空隙，有利于盐化物有效成分析出，实现融雪效果。

(4)本发明中，层状硅酸盐具有良好的塑性与粘性，层状硅酸盐晶胞之间连结微弱，在层间可滑移，在稀溶液界面状态时，层间与层外存在离子交换，表现亲水性，有引发盐化物有效成分析出的功能；在浓溶液界面状态时，层间与层外离子交换处于平衡状态，如有水分浸入颗粒，致使表面处于饱和状态，结合缓释与低温相变组分的憎水作用及表面张力，可延缓盐化物有效成分流失。

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明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于所述实施例。

(一)本发明制备用于沥青路面超薄磨耗层的盐化物颗粒的方法，其步骤如下：

步骤一，在500ml玻璃杯中，依次加入15g低密度聚乙烯、15g聚丙烯、70g芳烃油，搅拌混匀，得到混合物A；将得到的混合物A置于可调温电炉上，温度控制在90～120℃之间，标为原样A，备用。

步骤二，在500ml玻璃杯中，依次加入65g双酚A型环氧树脂、35g多元胺类固化剂，搅拌混匀，得到混合物B；将得到的混合物B置于可调温电炉上，温度控制在48℃～52℃之间，标为原样B，备用。

步骤三，称取总质量为500g盐化物粉体，其具体包括以下质量组分，210g氯化钠(NaCl)、70g氯化钙(CaCl₂)、70g氯化镁(MgCl₂)、50g醋酸钙镁(CMA)、50g醋酸钙(Ca(AC)₂)、25g溴化钠(NaBr)、25g溴化钙(CaBr₂)，混合均匀，得到混合物C，标为原样C。

步骤四，称取层状硅酸盐100g，标为原样D。

步骤五，根据表1中不同的实施例配比，设定总质量为100g，依次从原样A、从原样B、从原样C、从原样D中，分别称取所需量。

首先将原样C(盐化物粉体)投入拌料筒内混合，并搅拌3～5min，再依次加入原样A(芳烃油与聚烯烃)、原样B(双酚A型环氧树脂与多元胺类固化剂)和原样D(层状硅酸盐)，混合搅拌20～30min，直至形成均匀的团状塑性体，得到4种不同质量配比的团状塑性体。

表1不同实施例原料组分质量配比

步骤六，将上述4种不同质量配比的团状塑性体，分别置于60℃的养护箱中进行养护，如表2所示，不同实施例下的养护时间。

表2不同实施例的养护时间

实施例	1	2	3	4
					养护时间(h)	3	3.5	3.5	4

步骤七，将养护后的4种团状塑性体，置于螺旋造粒机中，对4种团状塑性体进行挤压、切割后，再置于50℃的养护箱中，进行养生，即得到4种不同配比的用于沥青路面超薄磨耗层的盐化物颗粒，分别为：用于沥青路面超薄磨耗层的实施例1盐化物颗粒，用于沥青路面超薄磨耗层的实施例2盐化物颗粒，用于沥青路面超薄磨耗层的实施例3盐化物颗粒，用于沥青路面超薄磨耗层的实施例4盐化物颗粒，不同实施例的养生时间如表3所示。

表3不同实施例的养生时间

实施例	1	2	3	4
					养生时间(h)	4	4.5	5.5	6

(二)首先制备普通超薄磨耗层沥青混合料马歇尔试件；再利用用于沥青路面超薄磨耗层的实施例1盐化物颗粒，用于沥青路面超薄磨耗层的实施例2盐化物颗粒，用于沥青路面超薄磨耗层的实施例3盐化物颗粒，用于沥青路面超薄磨耗层的实施例4盐化物颗粒，分别制备相应的实施例1超薄磨耗层沥青混合料马歇尔试件，实施例2超薄磨耗层沥青混合料马歇尔试件，实施例3超薄磨耗层沥青混合料马歇尔试件，实施例4超薄磨耗层沥青混合料马歇尔试件，其中上述4种超薄磨耗层沥青混合料中的盐化物颗粒掺量相同。

具体步骤如下：

步骤一，参阅《公路沥青路面施工技术规范JTGF40-2004》中有关超薄磨耗层(Porous Friction Course)沥青混合料，准备沥青混合料原材料。

1)普通超薄磨耗层沥青混合料质量配比为：粗集料(5～10mm)：细集料(3～5mm)：细集料(0～3mm)：矿粉：改性沥青＝64：8.5：18：4.5：5.0。

2)实施例1盐化物颗粒超薄磨耗层沥青混合料的质量比为：粗集料(5～10mm)：细集料(3～5mm)：实施例1盐化物颗粒：细集料(0～3mm)：矿粉：改性沥青＝64：6：5：15.5：4.5：5.0。实施例2盐化物颗粒超薄磨耗层沥青混合料的质量比为：粗集料(5～10mm)：细集料(3～5mm)：实施例2盐化物颗粒：细集料(0～3mm)：矿粉：改性沥青＝64：6：5：15.5：4.5：5.0。实施例3盐化物颗粒超薄磨耗层沥青混合料的质量比为：粗集料(5～10mm)：细集料(3～5mm)：实施例3盐化物颗粒：细集料(0～3mm)：矿粉：改性沥青＝64：6：5：15.5：4.5：5.0。实施例4盐化物颗粒超薄磨耗层沥青混合料的质量比为：粗集料(5～10mm)：细集料(3～5mm)：实施例4盐化物颗粒：细集料(0～3mm)：矿粉：改性沥青＝64：6：5：15.5：4.5：5.0。

步骤二，分别制备普通超薄磨耗层沥青混合料和不同实施例超薄磨耗层沥青混合料的马歇尔试件，试件尺寸为φ101.6mm×63.5mm。根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程JTGE20-2011》，测试各试件的路用性能和融雪性能，其中融雪性能测试方法为：采用直径为200mm、高400mm容器，内装1000ml蒸馏水，以电导率仪测试浸泡试件水溶液的电导率，试验结果见表4。

表4不同实施例超薄磨耗层沥青混合料性能测试结果

从表4中数据可以看出，5种超薄磨耗层沥青混合料均能满足规范要求。尽管掺入盐化物颗粒后，超薄磨耗层沥青混合料的马歇尔稳定度、残留稳定度、劈裂强度能够满足《公路沥青路面施工技术规范JTGF40-2004》规范。随着用于沥青路面超薄磨耗层的盐化物颗粒掺量的增加，低温下溶液电导率随之增大，随着双酚A型环氧树脂与多元胺类固化剂，芳烃油与聚烯烃掺量的增加，低温下溶液电导率随之减小，但都能满足《公路沥青路面施工技术规范JTGF40-2004》规范要求，能够很好的实现沥青路面自融雪功能。

尽管以上结合实施例对发明的实施方案进行了描述，但本专利并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下，在不脱离本发明专利权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本专利保护之列。

Claims (10)

1.一种用于沥青路面超薄磨耗层的盐化物颗粒，其特征在于，包括以下原料组分：盐化物粉体、双酚A型环氧树脂、多元胺类固化剂、芳烃油、聚烯烃和层状硅酸盐；所述盐化物粉体由氯盐、醋酸盐和溴盐组成。

2.根据权利要求1所述一种用于沥青路面超薄磨耗层的盐化物颗粒，其特征在于，所述原料组分质量百分比为：盐化物粉体65％～70％、双酚A型环氧树脂8.45％～11.05％、多元胺类固化剂4.55％～5.95％、芳烃油5.6％～7.7％、聚烯烃2.4％～3.3％和层状硅酸盐7％～9％。

3.根据权利要求1所述用于一种沥青路面超薄磨耗层的盐化物颗粒，其特征在于，所述盐化物粉体中氯盐、醋酸盐和溴盐质量比为7：2：1。

4.根据权利要求1所述用于一种沥青路面超薄磨耗层的盐化物颗粒，其特征在于，所述盐化物粉体中氯盐包括：氯化镁(MgCl₂)、氯化钙(CaCl₂)和氯化钠(NaCl)；其中，所述氯化镁(MgCl₂)、氯化钙(CaCl₂)和氯化钙(NaCl)质量比为1:1:3。

5.根据权利要求1所述的用于沥青路面超薄磨耗层的盐化物颗粒，其特征在于，所述盐化物粉体中醋酸盐包括：醋酸钙镁(CMA)和醋酸钙(Ca(AC)₂)；其中，所述醋酸钙镁(CMA)和醋酸钙(Ca(AC)₂)质量比为1:1。

6.根据权利要求1所述的用于沥青路面超薄磨耗层的盐化物颗粒，其特征在于，所述盐化物粉体中溴盐包括：溴化钠(NaBr)和溴化钙(CaBr₂)；其中，所述溴化钠(NaBr)和溴化钙(CaBr₂)质量比为1:1。

7.根据权利要求1所述一种用于沥青路面超薄磨耗层的盐化物颗粒，其特征在于，所述多元胺类固化剂为二乙烯三胺、三乙烯四胺或二乙烯基丙胺。

8.根据权利要求1所述一种用于沥青路面超薄磨耗层的盐化物颗粒，其特征在于，所述双酚A型环氧树脂与多元胺类固化剂的质量比为65：35。

9.根据权利要求1所述一种用于沥青路面超薄磨耗层的盐化物颗粒，其特征在于，所述芳烃油与聚烯烃质量比为7：3。

10.一种用于沥青路面超薄磨耗层的盐化物颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在90℃～120℃温度下，将芳烃油与聚烯烃搅拌混匀，冷却至常温，形成乳白色稀稠油脂状的混合物A，备用；

(2)将双酚A型环氧树脂与多元胺类固化剂搅拌混匀，得到混合物B，将得到的混合物B，温度保持在48℃～52℃条件下，备用；

(3)首先将氯盐、醋酸盐和溴盐组成的盐化物粉体投入拌料筒内混合，搅拌3～5min，再依次加入混合物A，混合物B和层状硅酸盐，搅拌20～30min，直至形成均匀的团状塑性体，将团状塑性体置于60℃的养护箱中，养护3～4h；

(4)将养护后的团状塑性体置于螺旋造粒机中，对团状塑性体进行挤压、切割，再置于50℃的养护箱中，养生4～6h，即得。