本发明属于道路路面技术领域，具体涉及一种具有融雪功能的微表处混合料及其制备方法。
背景技术：
我国现有的沥青混凝土路面和水泥混凝土路面经多年行车后，有相当一部分路面虽然结构整体强度完好，但出现了多种表面功能性病害。对于这部分路面结构的养护维修，从减少对路面标高的影响与节约资源的角度出发，仅需对其表面功能进行恢复，而采用微表处养护技术是较为理想的方案，并且在预防性养护或者新建道路中，微表处也可作为表面磨耗层发挥作用，因此微表处混合料已广泛应用在路面预防性养护。
在冬季，路面因积雪而结冰,就会影响道路畅通和行车安全。由于冰、雪天气，路面附着力很快降低，要求车辆有良好的动力性和安全性。冰雪路面会导致方向失控、刹车失灵，交通事故频繁发生，近年来，冰雪造成的交通事故连续上涨。
从道路自身寻求方法和技术是解决路面融雪的根本途径，路面融冰雪方法技术可以分成两个方面，首先从道路设计的角度出发，将钢制材料、导线、发热电缆等材料、设备引入路面，通过电制热的原理，使得高绝缘性的路面材料具有热和电的感知和转换能力，将电力转化为热能，已达到融雪化冰的目的，此类方法融雪效率高，但成本高，操作难度大；另一方面，从道路材料出发，将盐类物质加入到混合料中，在毛细管压力及车辆碾压作用下，路面内部盐分逐渐析出，从而降低道路表面水的冰点，延迟道路表面积雪结冰，通过改变路面物理性能，达到融雪的目的。这种方法稳定性较差，盐类物质易受雨水的冲刷而大量流失。在城市道路的非干道上目前主要依靠人工来铲雪、破冰，但是随着汽车保有量的增加，随着高速公路、隧道、桥梁的增加，仅靠人工除雪已经难以满足人们的出行要求，融冰雪逐渐趋向于机械化、自动化，体现出安全、快捷、环保等技术特点。
现阶段，相变材料被广泛应用于建筑行业，将微胶囊相变材料与醋酸类融雪剂加入到微表处混合料中，从材料本身解决了冬季路面的积雪问题，当路面因降雪温度骤降时，相变材料会释放热量，再加之醋酸类融雪盐析出，能有效清除路面上的积雪。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种具有融雪功能的微表处混合料。该混合料中通过掺加有微胶囊相变材料、醋酸类融雪剂等添加剂，能够达到融雪化冰的目的，同时也能提高微表处混合料的粘聚力、抗磨耗性能以及抗水损害能力。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种具有融雪功能的微表处混合料，其特征在于，由以下重量份的原料制成：集料73.5～74.5份，SBR改性乳化沥青8～9份，矿粉4～5份，水7～9份，水泥1.2～1.8份，微胶囊相变材料1～4份，醋酸类融雪剂1～4份，所述具有融雪功能的微表处混合料的级配类型为MS-3型。
上述的一种具有融雪功能的微表处混合料，其特征在于，由以下重量份的原料制成：集料74.5份，SBR改性乳化沥青8份，矿粉5份，水7份，水泥1.5份，微胶囊相变材料2份，醋酸类融雪剂2份。
上述的一种具有融雪功能的微表处混合料，其特征在于，由以下重量份的原料制成：集料73.8份，SBR改性乳化沥青8份，矿粉5份，水8份，水泥1.2份，微胶囊相变材料1份，醋酸类融雪剂3份。
上述的一种具有融雪功能的微表处混合料，其特征在于，由以下重量份的原料制成：集料73.5份，SBR改性乳化沥青8份，矿粉5份，水8份，水泥1.5份，微胶囊相变材料3份，醋酸类融雪剂1份。
上述的一种具有融雪功能的微表处混合料，其特征在于，所述微胶囊相变材料采用原位复合法制备而成，具体制备过程为：将石蜡加热至完全熔融，得到石蜡的熔融液，然后将氧化锌、活性白土和高分子吸水树脂加入石蜡的熔融液中搅拌10min进行预混，得到预混料，之后将三聚氰胺-甲醛树脂加入预混料中，搅拌5min后得到微胶囊相变材料；所述石蜡、氧化锌、活性白土、高分子吸水树脂和三聚氰胺-甲醛树脂的质量比为70∶8∶7∶5∶10。
上述的一种具有融雪功能的微表处混合料，其特征在于，所述微胶囊相变材料的粒径为0.1μm～10μm。
上述的一种具有融雪功能的微表处混合料，其特征在于，所述醋酸类融雪剂为钙镁醋酸盐。
上述的一种具有融雪功能的微表处混合料，其特征在于，所述SBR改性乳化沥青由基质沥青、改性剂、乳化剂和水按质量比(60～65)∶(3～6)∶(1～3)∶(20～30)混合均匀而成，所述改性剂为SBR胶乳，所述乳化剂为阳离子型沥青乳化剂。
另外，本发明还提供了一种制备上述具有融雪功能的微表处混合料的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、将微胶囊相变材料和醋酸类融雪剂混合搅拌5min～8min，得到混合融雪剂；
步骤二、将步骤一中所述混合融雪剂加入到SBR改性沥青中，在搅拌速率为50r/min～80r/min的条件下搅拌60s～120s，得到融雪改性乳化沥青；
步骤三、将集料、矿粉和水泥在搅拌速率为50r/min～80r/min的条件下搅拌5s～15s，然后加水继续搅拌8～15s，之后加入步骤二中所述融雪改性乳化沥青继续搅拌8s～15s，得到具有融雪功能的微表处混合料。
本发明具有融雪功能的微表处混合料的级配满足JTG/T F40-02-2005《微表处和稀浆封层技术指南》中MS-3型级配要求。本发明具有融雪功能的微表处混合料适用于：高速公路，一、二级公路的预防性养护罩面和沥青路面的车辙修复；新建或改扩建高速公路、一二级公路路面的表面磨耗层。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明的微表处混合料中掺入了微胶囊相变材料与醋酸类融雪剂，其中，微胶囊相变材料是将微胶囊技术应用于复合相变材料制备而得到的新型复合相变材料。在微胶囊相变材料中发生相变的物质被封闭在球形胶囊中，从而可有效解决相变材料的泄漏、相分离以及腐蚀性等问题，有利于改善相变材料的应用性能，其可将一定形式的能量在高于其相变温度时储存起来，而在低于其相变温度时释放出来加以利用的储能材料，在微表处混合料中可通过高温积蓄能量，路面降雪结冰时释放热量以达到融雪化冰的效果；醋酸类融雪剂是一种常用的路面融冰雪剂，将其加入到微表处混合料中，在毛细管压力及车辆碾压作用下，微表处混合料内部盐分逐渐析出，从而降低道路表面水的冰点，延迟道路表面积雪结冰，通过改变路面物理性能，达到融雪的目的。因此将微胶囊相变材料与醋酸类融雪剂掺入到微表处混合料中，将显著改善微表处混合料的自融冰雪性能。
2、本发明通过在微表处混合料中掺加适量微胶囊相变材料与醋酸类融雪剂，微表处混合料的30min粘聚力和60min粘聚力均有所提升，由此也表明掺入微胶囊相变材料与醋酸类融雪剂也能够提高微表处混合料的粘聚性能。
3、本发明具有融雪功能的微表处混合料的制备工艺简单，不需要特殊设备即可完成，且在室温条件下进行搅拌，即可得到具有融雪功能的微表处混合料。
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
具体实施方式
实施例1
本实施例具有融雪功能的微表处混合料由以下重量份的原料制成：集料74.5份，SBR改性乳化沥青8份，矿粉5份，水7份，水泥1.5份，微胶囊相变材料2份，醋酸类融雪剂2份；所述集料公称最大粒径不大于9.5mm，所述矿粉的粒径小于0.075mm，本实施例具有融雪功能的微表处混合料的级配类型为MS-3型，具体级配组成见表1；
表1微表处混合料的MS-3型级配设计
本实施例中，微胶囊相变材料各组分的重量份为石蜡70份，氧化锌(导热剂)8份，活性白土(防过冷剂)7份、高分子吸水树脂(防相分离剂)5份，三聚氰胺-甲醛树脂10份，微胶囊相变材料的具体制备方法为：采用原位复合法制备，即先取70份石蜡加热至完全融化，再将8份氧化锌、7份活性白土及5份高分子吸水树脂倒入石蜡的熔融液中搅拌10min进行预混，待熔融液均匀后加入10份三聚氰胺-甲醛树脂，继续搅拌5min至混合均匀后，即可得到微胶囊相变材料；SBR改性乳化沥青优选由基质沥青、SBR胶乳改性剂、阳离子型沥青乳化剂和水按质量比60∶5∶3∶32均匀混合而成；其中，基质沥青采用SK-70#沥青，乳化剂选用美德维实伟克型号为MQK-1D的慢裂快凝型；改性剂选用美德维实伟克公司生产的SBR胶乳，水泥采用32.5#普通硅酸盐水泥。
本实施例具有融雪功能的微表处混合料的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将微胶囊相变材料与醋酸类融雪剂一起搅拌5min，混合均匀得到混合融雪剂；
步骤二、将步骤一中所述混合融雪剂加入到SBR改性沥青中，在搅拌速率为50r/min的条件下搅拌90s，制备出融雪改性乳化沥青；
步骤三、将集料、矿粉、水泥在搅拌速率为60r/min的条件下搅拌8s，再加入水搅拌10s，最后加入步骤二中所述融雪改性乳化沥青继续搅拌12s，得到具有融雪功能的微表处混合料。
实施例2
本实施例具有融雪功能的微表处混合料由以下重量份的原料制成：集料73.8份，SBR改性乳化沥青8份，矿粉5份，水8份，水泥1.2份，微胶囊相变材料1份，醋酸类融雪剂3份；所述集料公称最大粒径不大于9.5mm，所述矿粉的粒径小于0.075mm，本实施例具有融雪功能的微表处混合料的级配类型为MS-3型，具体级配组成见表1；
本实施例中，微胶囊相变材料各组分的重量份为石蜡70份，氧化锌(导热剂)8份，活性白土(防过冷剂)7份、高分子吸水树脂(防相分离剂)5份，三聚氰胺-甲醛树脂10份，微胶囊相变材料的制备方法为采用原位复合法制备，即先取70份石蜡加热至完全融化，再将8份氧化锌、7份活性白土及5份高分子吸水树脂倒入石蜡熔融液中搅拌10min进行预混，待熔融液均匀后加入10份三聚氰胺-甲醛树脂，继续搅拌5min至混合均匀后，即可得到微胶囊相变材料；SBR改性乳化沥青优选由基质沥青、SBR胶乳改性剂、阳离子型沥青乳化剂和水按质量比60∶5∶3∶32均匀混合而成；其中，基质沥青采用SK-70#沥青，乳化剂选用美德维实伟克型号为MQK-1D的慢裂快凝型；改性剂选用美德维实伟克公司生产的SBR胶乳,水泥采用32.5#普通硅酸盐水泥。
本实施例具有融雪功能的微表处混合料的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将微胶囊相变材料与醋酸类融雪剂一起搅拌6min，混合均匀得到混合融雪剂；
步骤二、将步骤一中所述混合融雪剂加入到SBR改性沥青中，在搅拌速率为60r/min的条件下搅拌100s，制备出融雪改性乳化沥青；
步骤三、将集料、矿粉、水泥在搅拌速率为65r/min的条件下搅拌8s，再加入水搅拌12s，最后加入步骤二中所述融雪改性乳化沥青继续搅拌10s，得到具有融雪功能的微表处混合料。
实施例3
本实施例具有融雪功能的微表处混合料由以下重量份的原料制成集料73.5份，SBR改性乳化沥青8份，矿粉5份，水8份，水泥1.5份，微胶囊相变材料3份，醋酸类融雪剂1份；所述集料公称最大粒径不大于9.5mm，所述矿粉的粒径小于0.075mm，本实施例具有融雪功能的微表处混合料的级配类型为MS-3型，具体级配组成见表1；
本实施例中，微胶囊相变材料各组分的重量份为石蜡70份，氧化锌(导热剂)8份，活性白土(防过冷剂)7份、高分子吸水树脂(防相分离剂)5份，三聚氰胺-甲醛树脂10份，微胶囊相变材料的制备方法为：采用原位复合法制备，即先取70份石蜡加热至完全融化，再将8份氧化锌、7份活性白土及5份高分子吸水树脂倒入石蜡熔融液中搅拌10min进行预混，待熔融液均匀后加入10份三聚氰胺-甲醛树脂，继续搅拌5min至混合均匀后，即可得到微胶囊相变材料；SBR改性乳化沥青优选由基质沥青、SBR胶乳改性剂、阳离子型沥青乳化剂和水按质量比60∶5∶3∶32均匀混合而成；其中，基质沥青采用SK-70#沥青，乳化剂选用美德维实伟克型号为MQK-1D的慢裂快凝型；改性剂选用美德维实伟克公司生产的SBR胶乳,水泥采用32.5#普通硅酸盐水泥。
本实施例具有融雪功能的微表处混合料的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将微胶囊相变材料与醋酸类融雪剂一起搅拌5min，混合均匀得到混合融雪剂；
步骤二、将步骤一中所述混合融雪剂加入到SBR改性沥青中，在搅拌速率为60r/min的条件下搅拌120s，制备出融雪改性乳化沥青；
步骤三、将集料、矿粉、水泥在搅拌速率为60r/min的条件下搅拌10s，再加入水搅拌8s，最后加入步骤二中所述融雪改性乳化沥青继续搅拌12s，得到具有融雪功能的微表处混合料。
实施例4
本实施例具有融雪功能的微表处混合料由以下重量份的原料制成集料73.6份，SBR改性乳化沥青9份，矿粉4份，水7份，水泥1.4份，微胶囊相变材料4份，醋酸类融雪剂1份；所述集料公称最大粒径不大于9.5mm，所述矿粉的粒径小于0.075mm，本实施例具有融雪功能的微表处混合料的级配类型为MS-3型，具体级配组成见表1；
本实施例中，微胶囊相变材料各组分的重量份为石蜡70份，氧化锌(导热剂)8份，活性白土(防过冷剂)7份、高分子吸水树脂(防相分离剂)5份，三聚氰胺-甲醛树脂10份，微胶囊相变材料的制备方法为：采用原位复合法制备，即先取70份石蜡加热至完全融化，再将8份氧化锌、7份活性白土及5份高分子吸水树脂倒入石蜡熔融液中搅拌10min进行预混，待熔融液均匀后加入10份三聚氰胺-甲醛树脂，继续搅拌5min至混合均匀后，即可得到微胶囊相变材料；SBR改性乳化沥青优选由基质沥青、SBR胶乳改性剂、阳离子型沥青乳化剂和水按质量比60∶5∶3∶32均匀混合而成；其中，基质沥青采用SK-70#沥青，乳化剂选用美德维实伟克型号为MQK-1D的慢裂快凝型；改性剂选用美德维实伟克公司生产的SBR胶乳,水泥采用32.5#普通硅酸盐水泥。
本实施例具有融雪功能的微表处混合料的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将微胶囊相变材料与醋酸类融雪剂一起搅拌5min，混合均匀得到混合融雪剂；
步骤二、将步骤一中所述混合融雪剂加入到SBR改性沥青中，在搅拌速率为60r/min的条件下搅拌120s，制备出融雪改性乳化沥青；
步骤三、将集料、矿粉、水泥在搅拌速率为60r/min的条件下搅拌10s，再加入水搅拌8s，最后加入步骤二中所述融雪改性乳化沥青继续搅拌12s，得到具有融雪功能的微表处混合料。
实施例5
本实施例具有融雪功能的微表处混合料由以下重量份的原料制成集料74.4份，SBR改性乳化沥青8份，矿粉4份，水7份，水泥1.6份，微胶囊相变材料1份，醋酸类融雪剂4份；所述集料公称最大粒径不大于9.5mm，所述矿粉的粒径小于0.075mm，本实施例具有融雪功能的微表处混合料的级配类型为MS-3型，具体级配组成见表1；
本实施例中，微胶囊相变材料各组分的重量份为石蜡70份，氧化锌(导热剂)8份，活性白土(防过冷剂)7份、高分子吸水树脂(防相分离剂)5份，三聚氰胺-甲醛树脂10份，微胶囊相变材料的制备方法为：采用原位复合法制备，即先取70份石蜡加热至完全融化，再将8份氧化锌、7份活性白土及5份高分子吸水树脂倒入石蜡熔融液中搅拌10min进行预混，待熔融液均匀后加入10份三聚氰胺-甲醛树脂，继续搅拌5min至混合均匀后，即可得到微胶囊相变材料；SBR改性乳化沥青优选由基质沥青、SBR胶乳改性剂、阳离子型沥青乳化剂和水按质量比60∶5∶3∶32均匀混合而成；其中，基质沥青采用SK-70#沥青，乳化剂选用美德维实伟克型号为MQK-1D的慢裂快凝型；改性剂选用美德维实伟克公司生产的SBR胶乳,水泥采用32.5#普通硅酸盐水泥。
本实施例具有融雪功能的微表处混合料的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将微胶囊相变材料与醋酸类融雪剂一起搅拌5min，混合均匀得到混合融雪剂；
步骤二、将步骤一中所述混合融雪剂加入到SBR改性沥青中，在搅拌速率为60r/min的条件下搅拌120s，制备出融雪改性乳化沥青；
步骤三、将集料、矿粉、水泥在搅拌速率为60r/min的条件下搅拌10s，再加入水搅拌8s，最后加入步骤二中所述融雪改性乳化沥青继续搅拌12s，得到具有融雪功能的微表处混合料。
对比例1
本对比例具有融雪功能的微表处混合料由以下重量份的原料制成集料74.5份，SBR改性乳化沥青8份，矿粉4份，水8份，水泥1.5份，醋酸类融雪剂4份；所述集料公称最大粒径不大于9.5mm，所述矿粉的粒径小于0.075mm，本实施例具有融雪功能的微表处混合料的级配类型为MS-3型，具体级配组成见表1；本对比例微表处混合料的制备方法与实施例1相同。
对比例2
本对比例具有融雪功能的微表处混合料由以下重量份的原料制成集料73.8份，SBR改性乳化沥青8份，矿粉4份，水8份，水泥1.2份，微胶囊相变材料4份；所述集料公称最大粒径不大于9.5mm，所述矿粉的粒径小于0.075mm，本实施例具有融雪功能的微表处混合料的级配类型为MS-3型，具体级配组成见表1；本对比例微表处混合料的制备方法与实施例1相同。
对比例3
本对比例具有融雪功能的微表处混合料由以下重量份的原料制成集料77.2份，SBR改性乳化沥青9份，矿粉4份，水9份，水泥1.8份；所述集料公称最大粒径不大于9.5mm，所述矿粉的粒径小于0.075mm，本实施例具有融雪功能的微表处混合料的级配类型为MS-3型，具体级配组成见表1；本对比例微表处混合料的制备方法与实施例1相同。
本发明实施例1-3以及对比例1-3微表处混合料的性能测试试验：
根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程JTG E20-2011》，对实施例1-3、对比例1-3中的微表处混合料进行相关性能测试，测试过程如下：
(1)粘聚力测试
采用粘聚力试验仪对实施例1-3、对比例1-3制备的微表处混合料的进行粘聚性能测试，比较不同微表处混合料的粘聚力，测试结果如表2所示。
表2微表处混合料的粘聚力测试结果
由表2可知，实施例1-3制备的微表处混合料的30min粘聚力满足《微表处和稀浆封层技术指南》中规定的不小于1.2N·m的要求，30min粘聚力也满足不小于2.0N·m的要求。从表中也可以看出，相较于对比例1-3，实施例1-3的粘聚力均略有提高，这表明添加微胶囊相变材料和融雪剂后，微表处混合料的粘聚性能有所改善。
(2)抗滑性能测试
采用摆式摩擦仪和人工铺沙法对实施例1-3、对比例1-3制备的微表处混合料的进行抗滑性能测试，比较不同微表处混合料的抗滑性能，测试结果如表3所示。
表3微表处混合料的抗滑性能测试结果
由表3可知，实施例1-3制备的微表处混合料的抗滑摆值满足《微表处和稀浆封层技术指南》中规定的不小于45的要求，构造深度也满足不小于0.60mm的要求。从表中也可以看出，相较于对比例1-3，实施例1-3的摆值与构造深度基本没有变化，这主要是由于相变材料和融雪剂主要作用在于融雪，对抗滑性能影响不大，因此添加微胶囊相变材料和融雪剂后，微表处混合料的抗滑性能没有明显改善。
(3)耐磨性能测试
以湿轮耗磨值(1h/6d)表征实施例1-3、对比例1-3制备的微表处混合料的耐磨性能，湿轮磨耗值(1h/6d)越大，微表处混合料的耐磨性能越差，反之则越好。测试结果如表4所示。
表4微表处混合料的耐磨性能测试结果
由表4可知，实施例1-3制备的微表处混合料的湿轮磨耗值(1h/6d)均较小，满足《微表处和稀浆封层技术指南》中规定的1h湿轮耗磨值小于540g/cm2、6d湿轮耗磨值小于800g/cm2的要求，从表中数据也可以看出，随着微胶囊相变材料掺量的增大，微表处混合料的湿轮磨耗值不同程度有所增加，说明其的添加有利于提高微表处混合料的耐磨性能。
(4)负荷轮粘砂试验测试
采用负荷轮粘沙试验对实施例1-3、对比例1-3制备的微表处混合料的进行粘砂性能测试，比较不同微表处混合料的粘砂量，测试结果如表5所示。
表5微表处混合料的负荷轮粘砂试验结果
由表5可知，实施例1-3制备的微表处混合料的粘附砂量满足《微表处和稀浆封层技术指南》中规定的不小于450g/m3的要求。从表中也可以看出，相较于对比例1-3，实施例1-3的粘附砂量降低了5％左右，这表明添加微胶囊相变材料和融雪剂后在一定程度上降低了微表处混合料的粘砂量。
(5)融冰雪性能测试
按照规范JTG F40-2004热拌沥青混合料配合比设计方法，成型4cmAC-13的车辙板，再在其表面撒铺1cm厚的实施例1-3以及对比例1-3所述的具有融雪功能的微表处混合料，得到6种测试融冰雪性能的混合料试件。
所述的AC-13型沥青混凝土采用石灰岩，沥青采用SBS改性沥青，油石比为5.1％，其中AC-13合成级配如表6所示。
表6AC-13合成级配
融冰雪性能测试方法：将制成6种混合料板放在室温下48h，分别拆下模具并将其放入-10℃的冰箱中，在混合料试件的上部放一块质量为ma的冰块，隔20min，40min，60min称量剩余冰块的质量mb，即可得到不同微表处混合料的融冰量，试验结果如表7所示。
所述冰块的制作方法：首先在尺寸为25cm×25cm×1cm的塑料盒中盛装2/3体积的纯净水，放在-18℃的冰箱中冷冻，待水完全结冰后取出即可。
表7微表处混合料的融冰量
由表7可知，实施例1至3制备的微表处混合料的融冰量较不添加任何改性剂的对比例3分别提高了二十几倍，1h后近乎一半的冰块被融掉，而普通微表处混合料(对比例3)试件表面的冰块基本没有变化。并且由对比例1和对比例2的融冰效果可知，掺加微胶囊相变材料的微表处混合料的融冰量比掺加醋酸类融雪剂的微表处混合料的融冰量提高了37.9％，所以微胶囊相变材料对微表处混合料的融冰效果改善更显著，而相较于只掺加微胶囊相变材料的微表处混合料，将微胶囊相变材料与醋酸类融雪剂混合后加入微表处混合料中后其融冰量稍有降低，但是下降也不明显，其融冰性能也较为突出。因此，本发明通过掺加微胶囊相变材料和醋酸类融雪剂能够显著改善微表处混合料的融冰情况，且效率较高。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。