本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种除冰、抗滑、降噪沥青路面材料的制备方法。
背景技术：
随着我国交通基础设施事业的快速发展，大批公路工程项目相继展开，人们对其要求也越来越高，在行车安全性基础上，对功能性的需求越来越强烈。沥青路面材料由于行车舒适、安全性好已经成为道路铺装的主流材料，国内外关于沥青路面材料的除冰、降噪、抗滑性能也展开了大量的研究，但是研究主要是集中于沥青路面材料的单一功能，对同时具有除冰、降噪、抗滑的多功能高等级路面研究较少，而且采用目前的技术制备的普通橡胶沥青及橡胶改性沥青，难以满足这种高连通空隙率的开级配沥青混凝土的结构耐久性，易发生松散、剥落、车辙等病害。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种除冰、抗滑、降噪沥青路面材料的制备方法，解决了现有沥青路面材料的功能单一，不具备同时除冰、降噪、抗滑的功能，以及采用现有技术制备出的沥青材料难以满足高连通空隙率的开级配，易发生松散、剥落、产生车辙的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
设计一种除冰、抗滑、降噪沥青路面材料的制备方法，包括下列步骤：
（1）制备改性沥青：所述改性沥青由基质沥青、聚烯烃热塑性弹性体、改性纤维、增粘剂、憎水剂按照100：5～10：3～5：1～2：1～2的质量比混合制成。
（2）制备除冰材料：所述除冰材料由甲酸钾、乙二醇、醋酸钠、丙烯酸聚合物、氢氧化钾按照100：20～30：1～5：0.5～1：0.5～1的质量比混合制成，其制备过程为：
a.将丙烯酸聚合物加入到相当于其重量250～300倍的水中，静置1～2h，然后以800r/min的转速搅拌30～60min，得到胶液；
b.在500r/min的搅拌速度向所述胶液中加入乙二醇，搅拌10～30min后，向得到的混合液中加入氢氧化钾，待氢氧化钾完全溶解后再加入醋酸钠，待醋酸钠完全溶解后再搅拌10～30min，得到醇-水混合液；
c.在100r/min的搅拌速度下向所述醇-水混合液中加入甲酸钾，待甲酸钾完全溶解后再搅拌10～30min，即得到所述除冰材料。
（3）制备矿料：所述矿料由粗集料、细集料、填料按照20：2～3：1～2的质量比均匀混合而成；
其中，所述粗集料由玄武岩、钢渣、堇青石按照10:3～5:1～2的质量比混合而成；所述细集料由石灰岩矿粉、蛭石粉、空心玻璃微珠、珍珠岩粉按照10：3～5:1～2：0.1～0.2的质量比混合而成；所述填料为矿粉、水泥、石灰中的一种。
（4）制备该除冰、抗滑、降噪沥青路面材料：
首先按照100：5～10：1～2的质量比称取所述矿料、改性沥青和除冰材料；
先将所述改性沥青加热到160～180℃，向其中加入所述除冰材料，保持温度为160～180℃搅拌5～10min，然后再加入所述矿料搅拌10～15min，即得到所述除冰、抗滑、降噪沥青路面材料。
在上述技术方案中，为了使制备的沥青路面材料同时实现除冰、降噪、抗滑的性能，需要对其性能提出了更高要求，主要集中在以下几点：①沥青胶结料必须具有较高的粘度，以增加胶结料与集料的粘结力，防止表面集料在车轮荷载作用下飞散；②沥青材料应该具有较大的空隙率，一方面有利于水分的通过，另一方面有利于噪声的吸收；③由于雨水、雪水往混合料体的浸透，为确保耐水性和出除冰性，沥青对集料应有很好的粘附性和防冻性能；④在重交通道路上应用时，混合料应具有较高的抗塑性变形能力，要求沥青胶结料具有较高软化点和粘附性。
针对上述性能要求，本发明制备的沥青路面材料，首先对基质沥青进行改性，使其具备良好的高温性能和低温性能，且粘度、强度和疏水性能也有效增强。使用的除冰材料采用无机冰点降低剂和有机冰点降低剂相结合来抗冻防冰，抗冻防冰效果更好。
在矿料的粗集料中加入流入钢渣，提高了材料强度、增加了材料的摩擦系数，抗滑效果大幅提高；使用堇青石提高了路面的抗急冷急热性能；细集料中加入的蛭石粉和空心玻璃微珠为空心蜂巢结构，能够吸收路面噪声，从而极大的提高了路面的抗噪性能；珍珠岩粉和改性沥青中加入的憎水剂配合作用，能够有效提高材料的排水性能。
优选的，步骤（1）所述改性沥青的制备过程为：
将所述基质沥青加热到170～200℃，向其中加入所述聚烯烃热塑性弹性体，保持温度为170～200℃，在5000～8000r/min的转速下搅拌30～60min，得到沥青-橡胶混合物；
在160～180℃的温度下，将所述改性纤维、增粘剂和憎水剂依次加入到所述沥青-橡胶混合物中，保持温度为160～180℃，在3000～5000r/min的转速下搅拌20～30min，搅拌完毕后静置1～2h，即得到所述改性沥青。
优选的，步骤（1）中所述基质沥青为ah-70重交通沥青或ah-90重交通沥青。
优选的，步骤（1）中所述改性纤维为聚酯纤维、木质素纤维、玄武岩纤维、剑麻纤维中的一种或几种。
优选的，所述改性纤维的制备过程为：
将改性剂kh-550溶于乙醇溶液中，配置成浓度为10％的溶液，然后将所述聚酯纤维、木质素纤维、玄武岩纤维、剑麻纤维中的一种或几种浸没在该溶液中，10h后取出，再于100℃干燥5h，即得到所述改性纤维。
优选的，步骤（1）中所述增粘剂为增粘松香树脂或改性松香树脂。
优选的，步骤（1）中所述憎水剂为聚硅氧烷。
优选的，步骤（3）中所述粗集料的粒径为2.36～16mm。
优选的，步骤（3）中所述细集料的粒径≤2.36mm。
本发明的有益效果在于：
1.本发明采用聚烯烃热塑性弹性体、改性纤维、增粘剂、憎水剂对基质沥青进行了改性，改性后的沥青材料具备良好的高温性能和低温性能，且粘度增加，强度也增加，还具备良好的疏水性能。
2.本发明的除冰材料采用无机冰点降低剂和有机冰点降低剂相结合来抗冻防冰，抗冻防冰效果优于单纯的有机抗冻剂，而且相对于无机抗冻剂来说，对沥青道路的损害小，对环境的危害也小。
3.本发明在矿料的粗集料中加入流入钢渣，在提高材料强度的基础上还增加了材料的摩擦系数，使路面抗滑，同时由于利用了废弃料，还具备一定的经济效益，粗集料中还加入了堇青石，由于堇青石抗急冷急热性能好，从而能够减少路面材料受温度的影响；细集料中加入了蛭石粉和空心玻璃微珠，这两种材料都属于空心蜂巢结构，能够吸收路面噪声，从而极大的提高了路面的抗噪性能；珍珠岩粉的加入，和改性沥青中加入的憎水剂配合作用，使进入材料中的水分都能够快速排出，从而提高路面的排水除冰性能。
具体实施方式
下面结合实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。在以下实施例中所涉及的操作方法如无特别说明，均为常规操作方法；所涉及的工业原料如无特别说明，均为市售常规工业原料。
实施例1：一种除冰、抗滑、降噪沥青路面材料的制备方法，包括下列步骤：
（1）制备改性沥青
按照ah-70重交通沥青：聚烯烃热塑性弹性体：玄武岩纤维：增粘松香树脂∶聚硅氧烷=100：8：4：1.5：1的质量比称取各物料备用；
将称取的ah-70重交通沥青加热到200℃，再向其中加入聚烯烃热塑性弹性体，保持温度为200℃，在5000r/min的转速下搅拌40min，得到沥青-橡胶混合物；
在160℃的温度下，将称取的玄武岩纤维、增粘松香树脂和聚硅氧烷依次加入到该沥青-橡胶混合物中，保持温度为160℃，在3000r/min的转速下搅拌20min，搅拌完毕后静置1h，即得到所述改性沥青。
（2）制备除冰材料
按照甲酸钾：乙二醇：醋酸钠：丙烯酸聚合物：氢氧化钾=100：25：4：1：0.5的质量比称取各物料备用；
先将称取的丙烯酸聚合物加入到相当于其重量250倍的水中，静置1h，然后以800r/min搅拌30min，得到胶液；
在500r/min的搅拌速度下向该胶液中加入乙二醇，搅拌10min后向其中加入氢氧化钾，待氢氧化钾完全溶解后再向其中加入醋酸钠，待醋酸钠完全溶解后再搅拌10min，得到醇-水混合液；
最后在100r/min的搅拌速度下向该醇-水混合液中加入甲酸钾，待甲酸钾完全溶解后再搅拌10min，即得到所述除冰材料。
（3）制备矿料
粗集料由玄武岩、钢渣、堇青石按照10:4:1的质量比混合而成；细集料由石灰岩矿粉、蛭石粉、空心玻璃微珠、珍珠岩粉按照10：4：1：0.1的质量比混合而成；按照粗集料：细集料：矿粉=20：2：1的质量比称取各物料，将该粗集料、细集料和矿粉混合均匀，即得到所述矿料。
（4）制备该除冰、抗滑、降噪沥青路面材料
按照矿料：改性沥青：除冰材料=100：8：1的质量比称取各物料备用；
首先将改性沥青加热到160℃，向其中加入除冰材料，保持温度为160℃搅拌10min，得到改性沥青-除冰材料混合物，再向该改性沥青-除冰材料混合物中加入矿料，搅拌15min，即得到所述除冰、抗滑、降噪沥青路面材料。
实施例2：一种除冰、抗滑、降噪沥青路面材料的制备方法，包括下列步骤：
（1）制备改性沥青
按照ah-90重交通沥青：聚烯烃热塑性弹性体：木质素纤维：改性松香树脂∶聚硅氧烷=100：10：3：1：1的质量比称取各物料备用；
将称取的ah-90重交通沥青加热到180℃，再向其中加入聚烯烃热塑性弹性体，保持温度为180℃，在8000r/min的转速下搅拌30min，得到沥青-橡胶混合物；
在180℃的温度下，将称取的木质素纤维、改性松香树脂和聚硅氧烷依次加入到该沥青-橡胶混合物中，保持温度为180℃，在4000r/min的转速下搅拌25min，搅拌完毕后静置1.5h，即得到所述改性沥青。
（2）制备除冰材料
按照甲酸钾：乙二醇：醋酸钠：丙烯酸聚合物：氢氧化钾=100：20：1：1：1的质量比称取各物料备用；
先将称取的丙烯酸聚合物加入到相当于其重量300倍的水中，静置2h，然后以800r/min搅拌60min，得到胶液；
在500r/min的搅拌速度下向该胶液中加入乙二醇，搅拌20min后加入氢氧化钾，待氢氧化钾完全溶解后再向其中加入醋酸钠，待醋酸钠完全溶解后再搅拌20min，得到醇-水混合液；
最后在100r/min的搅拌速度下向该醇-水混合液中加入甲酸钾，待甲酸钾完全溶解后再搅拌20min，即得到所述除冰材料；
（3）制备矿料
粗集料由由玄武岩、钢渣、堇青石按照10:5:1的质量比混合而成；细集料由石灰岩矿粉、蛭石粉、空心玻璃微珠、珍珠岩粉按照10：3：2：0.1的质量比混合而成；按照粗集料：细集料：水泥=20：3：2的质量比称取各物料，将该粗集料、细集料和矿粉混合均匀，即得到所述矿料。
（4）制备该除冰、抗滑、降噪沥青路面材料
按照矿料：改性沥青：除冰材料=100：10：1的质量比称取各物料备用；
首先将改性沥青加热到180℃，向其中加入除冰材料，保持温度为180℃搅拌5min，得到改性沥青-除冰材料混合物，再向该改性沥青-除冰材料混合物中加入矿料，搅拌10min，即得到所述除冰、抗滑、降噪沥青路面材料。
需要说明的是，在实施例1、2中，所用的改性纤维的制备方法如下：将改性剂kh-550溶于乙醇溶液中，配置成浓度为10％的溶液，然后将聚酯纤维、木质素纤维、玄武岩纤维、剑麻纤维中的一种或几种浸没在上述溶液中，10h后取出，再于100℃干燥5h，即得到所述改性纤维。
进一步需要说明的是，所用的粗集料的粒径为2.36-16mm，所用的细集料的粒径≤2.36mm。
实施例1-2均制备出了除冰、抗滑、降噪的沥青路面材料，其中，实施例1和实施例2制备出的改性沥青的性能见下表1。
从表1可以看出，改性沥青的各项性能参数同基质沥青相比均有较大幅度的提高，复合路面用沥青材料的性能要求。
在矿料的制备过程中，粗集料、细集料及填料的粒径均符合jtgf40-2004《公路沥青路面施工技术规范》规定的要求，实施例1和实施例2中矿料级配具体见下表2。
实施例1、2制备出的除冰、抗滑、降噪的沥青路面材料的性能参数见下表3。
由表3可知，实施例1和实施例2的除冰、抗滑、降噪的沥青路面材料的孔隙率大、构造深、摩擦系数也大，降噪效果好，相对于常规沥青路面材料来说，具备更好的除冰、抗滑、降噪功能。
在本发明中，聚烯烃热塑性弹性体加入到沥青当中，在高温和机械搅拌的作用下，聚烯烃热塑性弹性体软化流动，以利于其在沥青中的溶解，并且溶解后的聚烯烃热塑性弹性体能够充分吸收沥青中的油分和软沥青组分，使体积发生膨胀，形成海绵状；在冷却以后，聚烯烃热塑性弹性体再度硬化，形成物理交联的网状结构，沥青则进入其三维网状结构中，成为一个有机的高分子弹性体，使沥青性能得到很大的改善；改性纤维的加入能够增强沥青材料的强度，增粘剂加入到沥青中，可以提高沥青的粘度，起到增粘的作用；憎水剂能够使沥青具备一定的疏水性能，从而可以使渗入道路的雨水、雪水很快的汇集后从排水设施排出。
在除冰材料中添加的甲酸钾是一种有机融雪剂，对沥青道路基本没有腐蚀损害，但由于其冰点较高，不易在气温偏低地区使用，极大地限制了其应用范围和地域；乙二醇是一种常用的防冻剂，将其添加在本发明中，一方面可以可氯化钠和甲酸钠协同作用，起到更好的抗冻效果，另一方面其作为一种有机的具备一定黏度的液体，在体系中和甲酸钾混合在一起，起到缓释的作用，为了加强这种缓释性，本发明还添加了少量的丙烯酸聚合物来增加粘性，使各有效成分缓慢释放；丙烯酸聚合物的水溶液为酸性，因此为了使最终制备出的产品ph值维持中性，在配方中添加了氢氧化钾来中和丙烯酸聚合物，但是丙烯酸聚合物的水溶液和氢氧化钾反应后体系的黏度会骤然增大，所以本发明中添加了醋酸钠来调节除冰材料的黏度，使其在一个合适的范围内。需要说明的是，除冰材料是在高温下添加到改性沥青中的，因此在此过程中，除冰材料中的水分基本被蒸发掉，从而使最终制备出的产品的水分含量控制在一个合理的范围。
本发明在矿料的粗集料中加入流入钢渣，在提高材料强度的基础上还增加了材料的摩擦系数，使路面抗滑，同时由于利用了废弃料，还具备一定的经济效益，粗集料中还加入了堇青石，由于堇青石抗急冷急热性能好，从而能够减少路面材料受温度的影响；细集料中加入了蛭石粉和空心玻璃微珠，这两种材料都属于空心蜂巢结构，能够吸收路面噪声，从而极大的提高了路面的抗噪性能；珍珠岩粉的加入，和改性沥青中加入的憎水剂配合作用，使进入材料中的水分都能够快速排出，从而提高路面的排水除冰性能。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内也意图包含这些改动和变型在内。