一种融雪除冰乳液涂层及其施工方法与流程

本发明涉及融雪除冰的技术领域，特别是涉及一种融雪除冰乳液涂层及其施工方法。

背景技术：

据资料显示，冬季路面凝冰己成为路面交通安全的重大隐患。路面凝冰是由于“冻雨”凝聚在低温路面产生的冰层。凝冰导致的灾害与通常的路面积雪灾害不同，积雪灾害多发生于北方寒冷地区，由于气温和空气湿度较低，积雪不会再路面上留下融冰。积雪经过汽车行驶压实后，其摩擦力也远高于表面湿润状态的凝冰，即使在上坡路段，车辆轮胎加装防滑链后仍可以在雪面上安全行驶。凝冰灾害则多发生于南方寒冷、潮湿的冬季，道路凝化通常多发生于空气温度略低于0℃的温度范围内，道路凝冰表面处于湿涧状态，凝冰上的水膜使得路面的摩擦力显著降低，严重威胁机动车辆的可操控性与行驶安全。

冰雪使路面附着系数大大降低，将导致汽车打滑、制动距离加长，甚至刹车失灵、方向失控，造成严重的交通安全隐患。因此，为保障人们生命财产安全，提供安全交通行驶环境，对冬季路面除冰雪技术的研究是十分必要的。如今，经过国内外道路工作者的长期努力，成绩斐然。但是目前国内外传统的路面除冰雪方法都存在劳动强度大、除冰雪效率低、环境污染严重等不同程度的缺陷。因此，针对传统除冰雪方法的弊病，高效环保的主动除冰雪技术已成为国内外研究的重点。

融冰雪涂层依靠内部含有的融冰雪物质，可以有效降低水的冰点。这种物质可使冰雪在较低的温度下融化以便于清除，当融雪物质与雪水形成的溶液冰点低于气温时，雪水即可自行流走，路面残余液体也不易于结冰，非常容易清除。

水的凝固点下降可以用稀溶液的依数性解释。稀溶液中溶剂的蒸气压下降、凝固点降低、沸点升高和渗透压的数值，只与溶液中溶质的量有关，与溶质的本性无关，这些性质称为稀溶液的依数性。稀溶液与纯溶剂相比某些物理性质会有所变化，如蒸气压下降(纯溶剂的蒸汽压是随着温度的上升而增加的，稀溶液也是如此，但其蒸汽压总是低于纯溶剂的)、凝固点降低、沸点升高等。

凝固点是物质的液相和固相建立平衡的温度。达到凝固点时，液、固两相的蒸气压必定相等，否则两相不能共存。纯水的凝固点为273.16k(0.0099℃)，这时水和冰的蒸气压均为610.6pa(4.58mmhg)。溶液凝固点是指从溶液中开始析出溶剂晶体时的温度。这时体系是由溶液(液相)溶剂固相和溶剂气相所组成。对于水溶液，溶剂固相即纯冰。由于溶液蒸气压下降，当273.16k时，冰的蒸气压仍为610.6pa，而溶液蒸气压必然低于610.6pa，这样，溶液和冰就不能共存，只有在273.15k以下的某个温度时，溶液蒸气压才能和冰的蒸气压相等，这时的温度才是溶液的凝固点，所以溶液的凝固点总是比纯溶剂的低，这种现象称为凝固点下降。溶液浓度越大，蒸气压下降越多，凝固点下降也越多。在同一溶液中，随着溶剂不断结晶析出，溶液浓度将不断增大，凝固点也将不断下降。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种融雪除冰乳液涂层及其施工方法。

本发明采用如下技术方案：一种融雪除冰乳液涂层，包括水基胶粘剂、氟树脂乳液、ph调节剂、表面活性剂、增效剂，所述氟树脂乳液组分占80％～90％，水基胶粘剂组分占5％～10％，ph调节剂组分占1％～3％，表面活性剂组分占2％～4％，增效剂组分占2％～3％，所述乳液涂层的厚度不小于10mm。

进一步的，包括水基胶粘剂、氟树脂乳液、ph调节剂、表面活性剂、增效剂，所述氟树脂乳液组分占85％，水基胶粘剂组分占7％，ph调节剂组分占2％，表面活性剂组分占34％，增效剂组分占2％。

进一步的，所述乳液涂层的厚度为15mm。

进一步的，所述水基胶粘剂采用水性丙烯酸聚合物，所述增效剂采用葡萄糖酸钠、碳酸钠中的一种。

一种融雪除冰乳液涂层施工方法，首先用水对乳液涂层进行稀释，再采用机械喷洒的形式，其喷洒量为0.75～1.25kg/m²，具体为：

1)应在路面形成一定强度后，再对其表面进行机械喷洒；

2)在树脂封层乳液固结前，对喷洒过量的区域可用毛刷进行摊匀，在树脂封层乳液固结后，检查表面乳液覆盖程度，对未喷洒到的地方及时进行修补；

3)待一直结冰封层树脂乳液完全固化呈透明状后，即可开放交通。

与现有技术相比，本发明具有的优点：1)在-15℃的条件下，融冰雪涂层能够有效持续融化冰层，防止冰层附着；能够实现解决冬季道路结冰、二次结冰、冻雨等现象；涂层施工后粘附力强、耐水耐磨，对路面抗滑性能影响小；2)环保型沥青路面融冰雪涂层以其简单的施工工艺、较高的利用率和对环境保护做出的贡献，经济效益和社会效益显著。

附图说明

图1是本发明的除冰性能示意图(左:涂层处理试件；右:未处理试件)。

图2是本发明的融冰性能试验结果示意图。

图3是本发明的粘附性试验结果(a：试验前；b：试验后)示意图。

图4是本发明的涂层的耐久性试验结果(不同掺量下)示意图。

具体实施方式

下面对本发明进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

一种融雪除冰乳液涂层，包括水基胶粘剂、氟树脂乳液、ph调节剂、表面活性剂、增效剂，所述氟树脂乳液组分占80％～90％，水基胶粘剂组分占5％～10％，ph调节剂组分占1％～3％，表面活性剂组分占2％～4％，增效剂组分占2％～3％。

进一步的，包括水基胶粘剂、氟树脂乳液、ph调节剂、表面活性剂、增效剂，所述氟树脂乳液组分占85％，水基胶粘剂组分占7％，ph调节剂组分占2％，表面活性剂组分占34％，增效剂组分占2％。

进一步的，所述乳液涂层的厚度为15mm。

进一步的，所述水基胶粘剂采用水性丙烯酸聚合物，所述增效剂采用葡萄糖酸钠、碳酸钠中的一种。

一种融雪除冰乳液涂层施工方法，首先用水对乳液涂层进行稀释，再采用机械喷洒的形式，其喷洒量为0.75～1.25kg/m²，具体为：

1)应在路面形成一定强度后，再对其表面进行机械喷洒；

2)在树脂封层乳液固结前，对喷洒过量的区域可用毛刷进行摊匀，在树脂封层乳液固结后，检查表面乳液覆盖程度，对未喷洒到的地方及时进行修补；

3)待一直结冰封层树脂乳液完全固化呈透明状后，即可开放交通。

封层材料的稳定性

检测水基粘结材料稳定性的方法主要是静置法和离心分离法，静置法是指将水基粘结材料静置一段时间，观察其是否存在分层、沉淀等不稳定现象；离心分离法是将水基粘结材料置于旋转的离心机中，以一定的转速旋转，观察材料的稳定性，综合两种试验方法可以看出，采选抑制结冰封层乳液稳定性良好。

封层材料的抗滑性

涂层的抗滑性是涂层耐久性的重要因素，表面的抗滑性能是路面固有的表面特性，包括表面微观构造以及宏观构造，微观构造是指集料表面的粗糙程度，宏观构造是指整体路面的构造深度。根据《公路路基面现场测试规程》，通过摆式仪测定路面摩擦系数分析路面表面抗滑性能的区别；

在进行摆式仪测定前，应注意的是滑动长度的校准，即当摆件处于自然下垂状态时，摆件与试件左右两侧接触点之间的距离应符合126mm的规定。分别对试件左侧和右侧进行抗滑性能试验，每次测量时取5次测定的平均值作为单点的路面抗滑值(即摆值bpnt)，取整数。并根据下述公式，对抗滑值进行温度的修正，即

bpn20＝bpnt+δbpn(4.1)式中，bpn20为换算成标准温度20℃时的摆值；bpnt为路面温度t时测得的摆值；δbpn为温度修正值按表4.1采用。

表4.1温度修正值

表4.2试件抗滑值

涂层在经过试验后试件基本没有裸露，根据抗滑试验结果表明涂层的抗滑性能优良。

4.3抑制结冰封层材料的路用性能

4.3.1除冰雪性能

冬季道路结冰对交通运输的影响是显而易见的。路面结冰填充了路面的构造深度，使路面的摩擦系数急剧下降，对路面的抗滑性能造成严重影响。据统计，有10～15％的道路交通事故与道路结冰有关，而且道路上结冰也经常造成行人打滑或摔倒，不利于人身的安全。为了验证涂层对路面结冰的清除效果，我们设计了以下试验方法：

(1)按照抗滑性试验成型试件的方法成型试件备用。

(2)将涂层涂刷在切片试件表面。其中，涂层的涂刷量以易于均匀完全覆盖切片试件表面为原则，同时兼顾实际施工时的喷洒量。经过多次试验调整，最终确定试件表面涂层的涂刷量为0.6kg/m²(以下试验均为此涂刷量)。

(3)待涂层干燥后将切片试件置入定量的水中，以空白试件为参照对象。然后将试件和水一起置于-15℃的低温恒温箱中，以模拟冬天的气候环境。其中水的量为265ml(以下试验均为此用水量)，相当于一个地区大约一次降雨量15mm(中雨)降雨的雨量。

(4)3h后取出切片试件，使用500g的砝码在距离试件50cm高度的地方自由落体，模拟汽车轮胎对路面的冲击效果，然后观察冰层的开裂情况以及冰块与涂层的粘结情况。

此外，由于涂层的除冰原理与目前常见的人工除冰、机械除冰、融雪剂除冰不一样，它主要是通过阻隔冰层与路面之间的粘结，使冰层与路面分离，然后利用行车荷载的作用将冰层破碎，从而达到除冰效果。因此，在砝码敲击冰层后，以冰层是否容易开裂破碎，以及从试件上脱落程度作为涂层除冰性能的评价标准。

由图1可知，具有涂层的切片试件表面冰层在经过砝码敲击后，能完全吸收冲击力而松散破碎，与试件表面基本脱离。而空白试件表面冰层透明，与试件粘结紧密，冰层密实，无法清除。试验结果表明在-15℃的条件下，涂层能够有效的阻隔冰层与试件之间的粘结，使冰层与试件分离，使冰层能完全吸收冲击力破碎。说明涂层具有良好的除冰性能。

4.3.2融冰性能

融冰雪涂层之所以能够除冰以及阻碍冰层附着的根本原因，是涂层融化了冰层的下表面，使冰层与试件表面脱开。为了研究涂层对冰层的融化效果，我们设计了一下试验方法定量描述融冰雪涂层的融冰能力：

(1)首先称取一定质量的水倒入一次性纸杯中，将纸杯置于-25℃低温恒温箱中，使杯中的水全部冻成冰。

(2)将涂层涂刷在马歇尔切片试件表面，待涂层干燥后将试件置于-20℃的条件下冷冻3h，使整个试件的温度达到-20℃。

(3)将冰块取出置于试件表面的涂层上，将冰块和试件一起置于低温恒温箱中。每隔一小时升高2℃，升温前测量冰块的质量。以空白试件为参照对象。

此外，因为水的蒸发量很小，可忽略不计。通过量测冰块质量的减少量，反应融冰雪涂层的融冰能力。

涂层融冰效果的检测结果如图2所示。

由图2可知：(1)在0℃以下，空白试件表面冰块质量几乎不变，而涂层试件表面冰块质量逐渐减少，说明涂层正在融化与其接触的冰层，使冰块质量减少。(2)在0℃以上时，空白试件表面冰层质量与涂层试件表面冰层质量均在减少，并且减少的速率相近，说明在0℃以上温度是冰块融化的主要因素。试验结果表明，环保型融冰雪涂层融冰效果明显。

4.3.3粘附性能

为了验证融冰雪涂层与路面之间的粘附效果，检测涂层在路表面是否会存在剥落现象，我们对涂层材料与集料之间的粘附性进行了检测。参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规jtge-202011》(t0616-1993、t0654-2011)中的试验方法，并根据实际情况，我们制定了以下检测涂层与集料粘附性的方法。为了准确的反应融冰雪涂层与粗集料的粘附性能，试验中将普通乳化沥青作为参照对象。实际施工中为提高沥青路面上面层抗滑性能多采用中酸性硬质岩石集料，本试验采用了颜色较浅的酸性花岗岩粗集料。

试验方法如下：

(1)将粗集料用水冲洗干净，烘干备用；按照涂层的制备方法制备好涂层混合液后备用；

(2)将用铁丝系好的粗集料(19mm-31.5mm)在水中浸泡1min，取出后立即放在涂层溶混合液中浸泡1min(模拟实际施工过程中涂层对路面集料的裹覆)；取出试样在室温下悬挂60min(使融冰雪涂层乳液在粗集料表面完全固化)；

(3)试样晾干后在常温水中摆洗3min，摆洗过程为用手提铁丝尾使粗集料上下移动水洗涂层薄膜，移动速度为30次/min，上下移动距离为50mm左右。

(4)上下移动3min后，用纸片粘出浮在水面上的涂层薄膜，然后将粗集料颗粒提出水面，观察在粗集料表面裹覆沥青膜的面积，拍照并记录试验结果。

此外，观察水洗后粗集料表面裹覆融冰雪涂层的面积。当裹覆面积不小于粗集料总表面积的2/3时，认为涂层的粘附性较好。由图3试验结果可知，融冰雪涂层与集料的粘附性良好。

4.3.4耐久性能

涂层乳液喷涂到道路表面后，雨水的冲刷、车轮的摩擦等作用都会导致涂层表面除冰剂的损耗，从而导致涂层除冰雪性能的降低。因此，涂层经过雨水的冲刷、车轮的摩擦等作用仍具有一定的除冰雪能力是涂层必需具备的性能，也就是涂层必须具备一定的耐久性。

本小节通过循环浸泡试验来模拟雨水对涂层的冲刷，通过刷子对涂层的摩擦来模拟车轮对涂层的摩擦、刮擦等作用。准备四个干净的容量为1000ml的大烧杯，向每个烧杯中加入300ml的水，测量水温为29.8℃，调节电导率仪上的温度补偿旋钮至对应的温度，用刷子对培养皿进行摩擦后放入烧杯中浸泡10min，然后取出培养皿，用玻璃棒搅拌后测量并记录溶液的电导率值，最后掉到烧杯中的溶液，并用清水冲洗干净，完成第一次浸泡，如图4所示；第二次浸泡至第七次浸泡依次按照以上方法进行，试验结果如图所示。

从图4中可看出，涂层的电导率值都是随循环次数增加而逐渐减小，涂层的电导率值在第一次循环时达到最大，在第二次循环时各比例各涂层的电导率值都急剧下降，降到0.3ms/cm附近，第二次循环以后，电导率变化趋缓，并且逐渐接近对照组的数值。从图中还可以明显看到，从第一次循环到第二次循环，电导率降低的速率与掺量的比例有关，掺量比例越高，电导率降低的速率就越大；说明经过第一次浸泡循环后，涂层的除冰雪性能降低较为显著，这也从侧面反映了涂层初期除冰雪的性能是最好的。

不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。