一种融雪除冰的环氧沥青混合料及其制备方法与流程

本发明涉及道路建筑材料
技术领域：
，具体是一种融雪除冰的环氧沥青混合料及其制备方法。
背景技术：
：我国的大部分地区属于季节性冰冻地区，在寒冷的冬季，路面积雪在温度变化和车辆荷载的反复作用下被压实，路面表面极易形成薄冰，致使路面表面附着系数大大降低，车辆的制动稳定性、转向操作稳定性都将变差，这些常常会使汽车容易打滑、跑偏，制动距离显著延长，甚至刹车失灵、方向失控，造成严重的交通事故。另外，在冰雪路面上行车，由于长时间的强光线反射刺激，容易使驾驶员双目疼痛、流泪、视线模糊不清，进而导致交通事故频繁发生，冰雪天气交通事故率明显增加。对于路面除冰雪问题，各国一直非常重视，并作了大量研究，探索出多种道路除冰雪方法，主要可分为被动式和主动式两大类。被动式除雪方法是指依靠外界对路面施加作用使路面冰雪清除的方法，可分为物理、化学、机械三类，多采用人工、机械手段铲除冰雪，或者辅以融雪剂(多为氯化钠)加速融化。但使用上述方法清除路面冰雪都存在着不可克服的缺陷，这类方法都会不同程度地对路面结构及材料造成损害，轻则腐蚀表面，重则危及基层结构；常用融雪剂会盐渍土地、污染地下水，对环境产生不良影响；而且每年消耗的人工、机械、融雪剂费用数额巨大。主动式除雪方法是利用路面本身所具有的特殊构造特性或力学特性，无需外界的辅助作用，在正常行车荷载的反复作用下即可主动清除路面积雪和凝冰的技术，这类方法可有效清除路面冰雪，减少人员、机械的使用，且除冰雪性能优良，它主要包括物理和化学两大类。其中物理方法为采用电热、地热、太阳能等热力手段实现路面结构温度上升，达到融雪化冰的目的，这种方法要消耗大量电力，经济费用较高，还会受到地域限制，目前大都处于试验研究阶段。相比之下，在路面材料中掺入一定量的融雪剂，进而形成蓄盐形式的化学方法现阶段更加具有推广使用价值，该方法可以长时间缓慢持续释放融雪剂，以达到永久的融雪化冰效果。如专利cn1537914a，采用了氯化钠、氯化钙、氯化镁中的任何一种或其与硝酸钠、硝酸钙、氯化钙、氯化镁中的任两种、三种和四种组成复合配方，并在上述配方中加入0.1％～15％的钼酸钠、苯甲酸钠、亚硝酸钠、亚硝酸钡、磷酸钠、偏硅酸钠中的一种或几种复合配方作为缓蚀剂以制得复合型高效融冰除雪剂。如专利cn104193228b，将融雪剂直接掺加在高弹sbs改性沥青混合料中，利用融雪剂降低水结冰点和高弹改性沥青的大弹性恢复变形能力除冰的优势，使所设计的蓄盐类沥青混合料达到主动除冰的效果。如专利cn104261728b，将由氯离子型镁铝基层状双氢氧化物组成的融冰剂掺入sbs改性沥青混合料中，所形成的自融冰沥青混合料不仅可以达到除冰效果，还可以利用镁铝基层状双氢氧化物结构限制氯离子的流失速度，达到延缓除冰的效果。但是，上述的技术方法也存在一定的不足，主要问题是融雪剂成分一般含有氯化物(如氯化钠、氯化镁等)，该类材料极易吸收空气中的水分，如果掺加到改性沥青等热塑性沥青混合料中，则会导致改性沥青混合料的路用性能显著下降，尤其是水稳定性能损失较大，这样沥青混合料的耐久性与寿命会大大降低。为了降低上述方法的不利之处，目前研究也有采用将融雪剂封装在缓释微胶囊或者热固性外壳中，如专利cn104629580a，将包衣材料均匀的包裹在融雪物质表面，使融雪物质表面形成一层连续的包衣材料薄膜，加入环氧树脂、活性稀释剂、非活性稀释剂、硅烷偶联剂、黑色浆、促进剂和石英砂，搅拌均匀后加入环氧树脂固化剂，得到长效环保型路面自融冰雪涂层材料。但该种方法存在一定问题，就是采用缓释微胶囊或者热固性外壳封装融雪剂技术难度较大，实施步骤复杂，经济成本提高，封装后的融雪剂持续释放的规律及其融雪化冰能力有待于深入研究。因而也有针对自融雪改性沥青进行改性以提高其掺加融雪剂后的沥青混合料强度的报道。如专利cn105017786b，公开了将一定量的聚乙二醇、膨润土、插层剂、水通过吸附与浸泽方法吸附进基质沥青，所形成的改性沥青，既可以具有除冰雪能力，还可以降低对路面结构的损坏与冻融破坏。但是此技术方法的实施步骤复杂，且制备后的改性沥青性能的影响因素较多，由此利用的改性沥青混合料的性能是否优于其他改性沥青混合料的性能，仍待深入研究。在路面结构上，目前研究也有采用稀浆封层融雪功能层，如专利cn102199398b，将融雪物质负载在载体材料上后与乳化沥青、水性环氧树脂及固化剂混合，喷洒到路面上，形成融冰雪路面涂层材料，使道路具有主动融雪的功能。但该种方法存在问题是这种功能薄层与下面路面层粘附力不足，容易发生剥落脱皮等病害，导致使用寿命大幅度降低。此外，该功能薄层盐化物释放率在使用初期较大，但是随着时间增长衰减较快。总体而言，现有的路面除雪化冰技术手段存在以下六点技术问题：1、对路面结构与材料性能造成损害，轻则腐蚀路表面，重则危及基层结构；2、所采用的融雪剂会盐渍土地、污染地下水，对环境产生不良影响；3、所采用的热力融冰雪等物理方法会消耗大量电力，产生较高的经济费用，同时造成大量的能源消耗；4、所采用的蓄盐类自融雪改性沥青混合料性能受融雪剂影响较大，一定程度上降低了路面的耐久性与使用寿命；5、所采用的胶囊或者热固性外壳封装融雪剂技术难度较大，实施步骤复杂，经济成本高；6、随着使用时间的增长，所形成的自融雪路面材料的融雪除冰功能衰减较快，导致其使用寿命短。技术实现要素：针对上述技术问题，本发明提供一种融雪除冰的环氧沥青混合料及其制备方法，这种融雪除冰的环氧沥青混合料不同于其他融雪除冰类热塑性改性沥青混合料，其采用了性能更为优异的环氧沥青热固性材料作为基体，旨在于有效改善掺加融雪剂后的沥青混合料耐久性，延长路面结构的使用性能，且所形成的交联网状结构包裹融雪剂，可延缓融雪剂释放速率，保证持久融雪除冰能力，且对环境没有危害。同时其制备工艺简单，方便操作，易于后期的路面施工。本发明是通过如下技术方案来实现的。本发明的融雪除冰的环氧沥青混合料，包括环氧沥青、集料和融雪剂，其特征在于，所述环氧沥青包括a、b、c三种组分，其中的a组分为环氧树脂、b组分为固化剂、c组分为基质沥青，各组分按质量份数配比分别为：优先地，所述环氧沥青a组分环氧树脂为双酚a型环氧树脂e-51，所述环氧沥青b组分固化剂为长碳链的酸酐型固化剂，所述环氧沥青c组分基质沥青为70#或90#基质沥青。优选地，所述环氧树脂与固化剂通过发生固化反应形成不可逆空间网状结构，沥青颗粒均匀、离散地分布并固定在环氧树脂固化物的交联网络结构中。由于环氧沥青具有热固性，采用这种热固性结合料与一定质量集料形成的混合料既具有较高的强度，可以有效抵抗车辆荷载作用，减少车辙病害发生，又具有较高的疲劳寿命，保证其长久的路面结构。除此之外，由于环氧沥青形成稳定的交联网状结构，其能有效包裹融雪剂，能延缓融雪剂的释放速率，延长融雪化冰的作用时间，并能保持其路用性能稳定。优选地，所述集料选自石灰岩或玄武岩集料；优选地，所述集料采用ac连续密级配，其公称最大粒径为9.5～19mm。所述的ac连续级配的石灰岩或玄武岩集料，可以满足《公路沥青路面施工技术规范》对集料类型的要求，同时可以保证沥青混合料的骨架密实结构，提供混合料足够的强度。优选地，所述融雪剂为粉末状颗粒的icebane环保型沥青路面冰雪抑制剂，其级配应符合下表。粒径(mm)0.60.30.150.075筛孔通过率(％)10090-10085-9560-85优选地，所述融雪剂的掺配方式为部分或全部等质量替代级配中对应的一档或多档粒径范围的集料，且替代后级配与初始级配保持相同或极为接近。所述的icebane环保型沥青路面冰雪抑制剂不仅实现本路面材料的融雪化冰功能，又可以控制冰雪抑制材料有效成分的释放速率，保证了长期融雪化冰功能。所述融雪除冰的环氧沥青混合料的制备方法，它包括以下步骤：步骤1：按配比称量好集料，将集料放置在130～140℃恒温烘箱中保温4h；步骤2：按配比称量好环氧沥青a组分环氧树脂、b组分固化剂与c组分基质沥青，将c组分基质沥青加热至120～130℃，再将b组分固化剂与a组分环氧树脂依次加入c组分基质沥青中混合并搅拌均匀，得到配制的环氧沥青；步骤3：按配比称量好融雪剂，将步骤2配制的环氧沥青添加到步骤1得到的集料中，并加入融雪剂，搅拌均匀，得到融雪除冰的环氧沥青混合料；优选地，所述融雪剂为icebane环保型沥青路面冰雪抑制剂。本发明的有益效果在于：(1)与现有技术相比，本发明的环氧沥青材料本体强度较高，保证制备得到的环氧沥青混合料既可以具有较高的强度，可以有效抵抗车辆荷载作用，减少车辙病害发生，又可以具有较高的疲劳寿命，保证其长久的路面结构；(2)融雪剂在稳定的环氧沥青交联网状结构的包裹之下，不会直接大面积暴露在空气中，可以缓慢吸收水分以达到缓慢释放目的。因此，掺加融雪剂后的热固性环氧沥青混合料性能损失较小，水稳定性能较好。附图说明：图1是实施例1长期融雪除冰性能试验结果(融雪剂质量份为6份)；图2是实施例2长期融雪除冰性能试验结果(融雪剂质量份为7份)；图3是实施例3长期融雪除冰性能试验结果(融雪剂质量份为8份)。具体实施方式下面通过具体的实施例对本发明进一步说明。以下所述仅是本发明的优选实施例，并非对本发明的作任何形式上的限制，任何未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案要求保护的范围。实施例1(1)材料准备本发明所述的融雪除冰的环氧沥青混合料，按质量份数配比计，取环氧沥青a组分双酚a型环氧树脂(e-51)(产地：南通星辰合成材料有限公司)1.7份、环氧沥青b组分长碳链的酸酐型固化剂(产地：山西华路祥科技有限公司)0.2份、环氧沥青c组分70#基质沥青(产地：山西华路祥科技有限公司)2.9份、玄武岩集料(产地：江苏句容茅迪)96份、icebane环保型沥青路面冰雪抑制剂(由西安华博交通科技有限公司提供的融雪剂)6份，环氧沥青、icebane环保型沥青路面冰雪抑制剂的性能指标见表1～2。为了方便对比分析，采用sbs改性沥青进行性能对比，其按质量份数配比计为4.8份，其性能指标见表3，其采用玄武岩集料与融雪剂质量比与融雪除冰的环氧沥青混合料的一致。集料级配均采用连续密级配(ac-13)曲线，其公称最大粒径为13.2mm，级配范围见表4。表1环氧沥青材料性能指标技术指标技术要求测试结果抗拉强度(25℃)/mpa≥1.52.16断裂延伸率(25℃)/％≥200346吸水率(25℃，7d)/％≤0.30.1热挠曲温度/℃-18～-25-20粘度增加至1pa·s的时间(120℃)/min≥5076表2icebane环保型沥青路面冰雪抑制剂性能指标表3sbs改性沥青材料性能指标技术指标技术要求测试结果针入度(25℃，100g，5s)/0.1mm60～8069软化点/℃≥4647.6延度(15℃，5cm/min)/cm≥100165动力粘度(60℃)/pa·s≥180256表4ac-13级配(2)制备方法步骤1：按配比称量好集料，将集料放置在130～140℃恒温烘箱中保温4h；步骤2：按配比称量好环氧沥青a组分环氧树脂、b组分固化剂与c组分基质沥青，将c组分基质沥青加热至120～130℃，再将b组分固化剂与a组分环氧树脂依次加入c组分基质沥青中混合并搅拌均匀，得到配制的环氧沥青；步骤3：按配比称量好融雪剂，将步骤2配制的环氧沥青添加到步骤1得到的集料中，并加入icebane环保型沥青路面冰雪抑制剂，搅拌均匀，得到本发明的融雪除冰的环氧沥青混合料。sbs改性沥青混合料的制备方法为：步骤1：按配比称量好集料，将集料放置在170～180℃恒温烘箱中保温4h；步骤2：按配比称量好sbs改性沥青加热至175℃，并搅拌均匀，得到sbs改性沥青；步骤3：按配比称量好融雪剂，将步骤2加热处理后的sbs改性沥青添加到步骤1得到的集料中，并加入icebane环保型沥青路面冰雪抑制剂，搅拌均匀，得到本实施例对比的sbs改性沥青混合料。(3)路用性能评价由此制备出的融雪除冰的环氧沥青混合料与sbs改性沥青混合料的路用性能见表5。表5融雪除冰的环氧沥青混合料与sbs改性沥青混合料的路用性能(融雪剂质量份为6份)路用性能指标环氧沥青混合料sbs改性沥青混合料马歇尔稳定度(kn)52.516.9残留稳定度(％)98.687.6冻融劈裂强度(％)87.484.5动稳定度(次/mm)178064500抗弯拉强度(mpa)29.119.83极限弯拉应变(με)59312321弯曲劲度模量(mpa)49084235(4)长期融雪除冰性能评价将成型的马歇尔试件放入3000ml的烧杯中，再往烧杯中加入2000ml水，通过dds-11a电导率仪(产地：杭州奥立龙有限公司)测定不同时间的水溶液中盐分浓度，试验时烧杯用聚乙烯薄膜密封，防止水在测试过程中蒸发。同时配制不同质量nacl浓度的标准溶液并测定其25℃时电导率，建立电导率与溶液浓度之间的关系，可以实现电导率与氯化钠溶液浓度的转换，结果见下式1。y＝0.05824+2.42865x(r2＝0.9996)式1其中：y坐标轴为电导率(ms·m-1)，x坐标轴为nacl溶液质量浓度(％)，r2为线性相关系数。电导率可以替换为等效氯化钠，直接反映融雪除冰沥青混合料融雪剂的释放量。氯化钠等价转换方程如式2所示，即通过式2就可以计算融雪剂析出的当量盐分释放量。其中：是ti时刻试件表面累积盐分析出量(g·m-2),c是ti时刻的电导率(ms·m-1),s为试件表面面积(m2)，ρw为水的密度(ρw＝0.99705g·cm-3),v是蒸馏水的体积(v＝1500cm3)。以不同时间内的表面累积盐分析出量作为分析指标，对混合料的长期融雪除冰性能进行表征。融雪除冰的环氧沥青混合料与sbs改性沥青混合料试验结果见图1。(5)试验分析从试验中可以看出：在ac-13级配下，本发明的融雪除冰的环氧沥青混合料的强度、动稳定度、水稳定性等路用性能优于相应融雪剂掺量下的sbs改性沥青混合料；根据长期融雪除冰性能结果，在相同融雪剂掺量、试验时间下，加盐环氧沥青混合料在保证融雪效果的前提下盐化物析出总量要比加盐sbs改性沥青混合料盐化物低，这就有效地延长了融雪化冰路面寿命。实施例2(1)材料准备本发明所述的融雪除冰的环氧沥青混合料，按质量份数配比计，取环氧沥青a组分双酚a型环氧树脂(e-51)2.6份、环氧沥青b组分长碳链的酸酐型固化剂0.2份、环氧沥青c组分70#基质沥青3.0份、玄武岩集料96份、icebane环保型沥青路面冰雪抑制剂7份，icebane环保型沥青路面冰雪抑制剂的性能指标同实施例1，环氧沥青技术指标见表6。为了方便对比分析，采用sbs改性沥青进行性能对比，其按质量份数配比计为5.8份，其性能指标同实施例1，其采用玄武岩集料与融雪剂质量比与融雪除冰的环氧沥青混合料的一致。集料级配均采用连续密级配(ac-16)曲线，其公称最大粒径为16mm，级配范围见表7。表6环氧沥青材料技术指标技术指标技术要求测试结果抗拉强度(25℃)/mpa≥1.53.02断裂延伸率(25℃)/％≥200302吸水率(25℃，7d)/％≤0.30.12热挠曲温度/℃-18～-25-22粘度增加至1pa·s的时间(120℃)/min≥5090表7ac-16级配(2)制备方法上述融雪除冰的环氧沥青混合料与sbs改性沥青混合料的制备方法与实施例1相同。(3)路用性能评价由此制备出的融雪除冰的环氧沥青混合料与sbs改性沥青混合料的路用性能见表8。表8融雪除冰的环氧沥青混合料与sbs改性沥青混合料的路用性能(融雪剂质量份为7份)路用性能指标环氧沥青混合料sbs改性沥青路面材料马歇尔稳定度(kn)48.214.83残留稳定度(％)96.688.6冻融劈裂强度(％)89.485.6动稳定度(次/mm)189204100抗弯拉强度(mpa)29.399.50极限弯拉应变(με)54512422弯曲劲度模量(mpa)53933923(4)长期融雪除冰性能评价长期融雪除冰性能评价体系与实施例1相同。由此制备出的融雪除冰的环氧沥青混合料与sbs改性沥青混合料试验结果见图2。(5)试验分析从试验中可以看出：在ac-16级配下，本发明的融雪除冰的环氧沥青混合料的强度、高低温性能、抗水损性能优于相应融雪剂掺量下的sbs改性沥青混合料；根据长期融雪除冰性能结果，在相同融雪剂掺量、试验时间下，加盐环氧沥青混合料在保证融雪效果的前提下盐化物析出总量要比加盐sbs改性沥青混合料盐化物低，这就有效地延长了融雪化冰路面寿命。实施例3(1)材料准备本发明所述的融雪除冰的环氧沥青混合料，按质量份数配比计，取环氧沥青a组分双酚a型环氧树脂(e-51)0.7份、环氧沥青b组分长碳链的酸酐型固化剂0.4份、环氧沥青c组分70#基质沥青3.8份、玄武岩集料96份、icebane环保型沥青路面冰雪抑制剂8份，环氧沥青、icebane环保型沥青路面冰雪抑制剂的性能指标见表9～10。为了方便对比分析，采用sbs改性沥青进行性能对比，其按质量份数配比为4.9份，其性能指标同实施例1，其采用玄武岩集料与融雪剂质量比与融雪除冰的环氧沥青混合料的一致。集料级配均采用连续密级配(ac-20)曲线，其公称最大粒径为19mm，级配范围见表11。表9icebane环保型沥青路面冰雪抑制剂技术指标表10环氧沥青材料技术指标技术指标技术要求测试结果抗拉强度(25℃)/mpa≥1.54.13断裂延伸率(25℃)/％≥200289吸水率(25℃，7d)/％≤0.30.15热挠曲温度/℃-18～-25-20粘度增加至1pa·s的时间(120℃)/min≥5095表11ac-20级配(2)制备方法上述融雪除冰的环氧沥青混合料与sbs改性沥青混合料的制备方法与实施例1相同。(3)路用性能评价由此制备出融雪除冰的环氧沥青混合料与sbs改性沥青混合料的路用性能见表12。表12融雪除冰的环氧沥青混合料与sbs改性沥青混合料的路用性能(融雪剂质量份为8份)路用性能指标环氧沥青混合料sbs改性沥青路面材料马歇尔稳定度(kn)45.214.83残留稳定度(％)97.990.1冻融劈裂强度(％)90.286.3动稳定度(次/mm)199205100抗弯拉强度(mpa)28.3310.52极限弯拉应变(με)55422751弯曲劲度模量(mpa)51123824(4)长期融雪除冰性能评价长期融雪除冰性能评价体系与实施例1相同。由此制备出的融雪除冰的环氧沥青混合料与sbs改性沥青混合料试验结果见图3。(5)试验分析从试验中可以看出：在ac-20级配下，本发明的融雪除冰的环氧沥青混合料的强度、高低温性能、抗水损性能优于相应融雪剂掺量下的sbs改性沥青混合料；根据长期融雪除冰性能结果，在相同融雪剂掺量、试验时间下，加盐环氧沥青混合料在保证融雪效果的前提下盐化物析出总量要比加盐sbs改性沥青混合料盐化物低，且随着时间的增长，两种混合料的盐化物析出总量的差距逐渐增大，这说明将融雪剂应用在环氧沥青混合料中可以有效地延长了融雪化冰路面寿命。实施例4本发明所述的融雪除冰的环氧沥青混合料，按质量份数配比计，取环氧沥青a组分双酚a型环氧树脂(e-51)0.7份、环氧沥青b组分长碳链的酸酐型固化剂1.9份、环氧沥青c组分90#基质沥青4.5份、玄武岩集料96份、icebane环保型沥青路面冰雪抑制剂1份。集料级配采用连续密级配(ac-10)曲线，其公称最大粒径为9.5mm，级配范围见表13。上述融雪除冰的环氧沥青混合料的制备方法与实施例1相同。表13ac-10级配实施例5本发明所述的融雪除冰的环氧沥青混合料，按质量份数配比计，取环氧沥青a组分双酚a型环氧树脂(e-51)2.6份、环氧沥青b组分长碳链的酸酐型固化剂0.2份、环氧沥青c组分90#基质沥青2.9份、玄武岩集料75份、icebane环保型沥青路面冰雪抑制剂15份。集料级配采用连续密级配(ac-10)曲线，其公称最大粒径为9.5mm，级配范围与实施例4中的表13相同。上述融雪除冰的环氧沥青混合料的制备方法与实施例1相同。当前第1页12