一种降低沥青路面结冰点的材料及其制备方法与流程

本发明属于道路路面防冻除冰，具体涉及一种降低沥青路面结冰点的材料及其制备方法。

背景技术：

1、随着我国经济的快速发展，道路交通已经成为现代化城市的生命线。但是冬季的冰雪路面安全隐患很大，导致交通事故频发，不仅降低了道路的运输效率，同时造成了人民的生命和财产损失。而且道路冰雪问题持续时间长、危害大，严重影响了城市的正常生产、生活。

2、目前所应用的传统的清雪方式，主要是机械清雪和撒布融雪剂，以达到清除道路冰雪的目的，但是机械清雪不仅要投入大量机械，还需要大量人工作业，耗时耗力；撒布融雪剂则会对道路和附属设施造成腐蚀破坏，会污染道路两侧农田作物、绿化植被，存在严重的环保问题。总之，传统的清雪方式存在诸多弊端，不仅投入的成本高、人工量大、难以大范围推广，还不符合绿色化的发展趋势。

3、为了方便快捷、安全环保的清雪，主动除冰雪技术越来越受到关注，其通过在路面铺装材料内掺入一定量的主动除冰材料，通过车辆荷载及毛细管作用，氯化物从路面内部逐渐析出而达到清扫冰雪的目的，该技术方便环保，还大大降低了成本，但仍存在一些问题，即在高温多雨季节，路面内的氯化物易快速流失，影响清雪除冰效果的同时还缩短了材料作用时间，降低了路面主动清雪的使用年限。

技术实现思路

1、为了解决上述提到的技术问题，本发明提供了一种降低沥青路面结冰点的材料及其制备方法，该材料具有缓释功能，避免了夏季高温多雨季节有效盐分的快速流失，在保证具有良好清雪除冰效果的同时，延长了材料的使用年限。

2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

3、本发明一方面提供了一种降低沥青路面结冰点的材料，按照重量份计，制备该材料的原料包括：氯化物55～85份，水90-120份、无机多孔载体20～40份，覆膜材料9～17份，偶联剂稀释液15～30份。

4、优选地，按照重量份计，制备该材料的原料包括：氯化物60～80份，水100-110份、无机多孔载体20～40份，覆膜材料13～15份，偶联剂稀释液15～30份。

5、在一些实施方式中，所述氯化物包括氯化钠、氯化镁以及氯化钙中的至少一种。

6、优选地，所述氯化物为氯化钙。

7、在一些实施方式中，所述无机多孔载体包括沸石粉、硅藻土、膨润土中的至少一种。

8、在一些实施方式中，所述硅藻土为预处理的硅藻土，预处理步骤包括：将原始硅藻土置于380-420℃煅烧3-5h得到一级硅藻土，将一级硅藻土在75-85℃以20％硫酸溶液浸渍处理1.5-2.5h得到二级硅藻土，将二级硅藻土在65-75℃以5％氢氧化钠溶液浸渍处理5-9min，经过抽滤、洗涤和干燥后得到三级硅藻土。

9、优选地，硅藻土的预处理具体步骤包括：将原始硅藻土在395℃条件下煅烧4h得到一级硅藻土，将一级硅藻土在78℃以20％硫酸溶液浸渍处理2h得到二级硅藻土，将二级硅藻土在70℃以5％氢氧化钠溶液浸渍处理7min，经过抽滤、洗涤和干燥后得到三级硅藻土。

10、更优选地，所述原始硅藻土的粒径为200-400目。

11、本发明对所述原始硅藻土的来源不做特殊限制，可通过市售购买得到。

12、硅藻土因具有丰富的孔结构和较大的比表面积，其可以作为吸附水合盐的载体，但是实际上硅藻土的许多孔结构内被杂质填充，导致其吸附氯化物有效成分的能力较弱，进一步限制了在冬季融雪除冰的长效使用，本技术先后通过特定条件的高温煅烧、酸洗和碱洗，使得到的三级硅藻土具有丰富的介孔，提高了硅藻土的容纳体积和比表面积，使得硅藻土在作为氯化物的多孔载体时有更强的吸附能力，从而实现作为融雪除冰成分的长效利用，申请人认为首先通过高温煅烧可以使一些物质分解去除，但煅烧之后其表面和孔隙内存在碎屑，进一步采用特定酸洗浸渍去掉了金属氧化物而起到了疏通孔隙的作用，保证了硅藻土具有较大的比表面积和吸附能力，但是申请人在研究中意外发现酸洗之后的二级硅藻土虽然可以对氯化钙均匀吸附，但所承载氯化钙的吸水速率相对慢，这将使得在冰雪天气中水通过毛细管作用渗入到包覆结构中被吸附的氯化钙吸收，进一步影响盐溶液从结构内部逐渐转移到道路表面，本技术在酸洗浸渍之后进行特定的碱洗浸渍处理之后的三级硅藻土所承载氯化钙的吸水速率快，可能是由于碱洗处理使得硅藻土表面形成了更多的介孔，为水和盐水溶液的扩散提供传质通道，有利于融雪成分的及时释放。

13、在一些实施方式中，所述覆膜材料包括改性环氧树脂和固化剂，二者的重量比为(3-4)：1。

14、在一些实施方式中，所述改性环氧树脂的制备步骤包括：将环氧树脂与稀释剂混合后保温5-15min，然后加热至60-70℃，加入二乙醇胺，反应2-3h后降温，接着加入醋酸中和至中性，再加入去离子水稀释即得到所述改性环氧树脂。

15、在一些实施方式中，所述环氧树脂为f-51酚醛环氧树脂，环氧当量为0.5-0.58eq/100g。

16、在一些实施方式中，所述稀释剂为乙二醇二缩水甘油醚，所述环氧树脂与稀释剂的重量比为1：(0.1-0.5)，优选为1:0.35。

17、在一些实施方式中，所述二乙醇胺与环氧树脂的重量比为1：(5.2-5.6)，优选为1:5.4。

18、在一些实施方式中，所述醋酸的用量为所述二乙醇胺用量的40-50wt％。

19、在一些实施方式中，所述固化剂为聚醚二元胺固化剂，优选为固化剂d230。

20、现有技术中主动除冰雪方式一般是在路面材料内掺入一定的除冰材料，通过车辆荷载和毛细管作用，使得氯化物从路面内部逐渐析出而达到去除冰雪的目的，但是在高温多雨的夏季，掺入路面内的氯化物容易快速流失，申请人研究后发现通过采用一定的覆膜材料将吸附氯化物的多孔载体包覆起来，使其在夏季多雨的条件下减少氯化物有效成分的释放，若想达到这种效果覆膜材料的选择非常关键，有一些研究常选择环氧树脂来作为覆膜材料，但是申请人发现会存在一些问题，首先夏季高温多雨的环境比较恶劣，常规的环氧树脂固化后长期在这种湿热条件下会使覆膜表面出现许多孔隙而吸水严重，进一步使包裹的氯化物渗出，造成融雪成分的提前释放而浪费，申请人通过大量的研究后发现采用一种特殊的改性环氧树脂，具体通过将环氧树脂与稀释剂混合后保温5-15min，然后加热至60-70℃，加入二乙醇胺，反应2-3h后降温，接着加入醋酸中和，再去离子水稀释得到的改性环氧树脂对吸附氯化物有效成分的多孔载体进行包覆能够具有优异的耐湿热性，避免了夏季高温多雨季节有效盐分的快速流失，在保证具有良好清雪除冰效果的同时，延长了材料的使用年限，进而降低了使用及维护成本，主要的原因在于在此制备条件下得到的改性环氧树脂与固化剂的相容性较好，使得在其多孔载体上形成均匀分布的固化交联点，并形成密度相对较高的交联结构，从而赋予覆膜材料良好的耐湿热性；且本技术通过调控二乙醇胺和稀释剂的加入量在保证耐湿热性的同时又能保留一定的低温脆性，该包覆材料在冬季低温的环境中经过行驶车辆的碾压导致包覆层可能产生局部裂纹增加毛细管的作用，促进有效成分氯化物的快速释放，在雨雪天气或冰冻环境下达到很好地除雪去冰的目的。

21、在一些实施方式中，所述覆膜材料还包括1-5重量份的缓释助剂，所述缓释助剂为环己酮。

22、申请人在此过程中发现通过特定的改性环氧树脂可以使覆膜材料具有优异的耐湿热性，避免了夏季高温多雨季节的有效盐分的快速流失，但是在冰雪环境中该覆膜材料会对氯化物的缓释效果产生一定影响，申请人通过研究后发现在进行包覆时与改性环氧树脂一起加入特定的环己酮可以增强低温环境中氯化物有效成分的缓释效果，主要的原因在于环己酮可以对改性环氧树脂形成的包覆溶液产生稀释，使包覆无机多孔载体的包覆层厚度适中，在保证包覆效果的基础上，可以使沥青路面中的水分容易穿透该层而及时释放足量的盐类化合物，保证了覆膜材料的缓释效果。

23、在一些实施方式中，所述偶联剂稀释液为偶联剂和无水乙醇的混合溶液，所述偶联剂与无水乙醇之间的重量比为1:(7-10)。

24、优选地，所述偶联剂与无水乙醇之间的重量比为1:9。

25、在一些实施方式中，所述偶联剂包括磷酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂中的至少一种。

26、优选地，所述偶联剂为硅烷偶联剂。

27、进一步地，所述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷。

28、本技术通过加入特定比例的偶联剂稀释液可以很好地改善覆膜材料和无机多孔载体之间的相容性，使覆膜材料能够在无机多孔载体表面形成均匀的包覆。

29、本发明另一方面提供了一种降低沥青路面结冰点的材料的制备方法，包括以下步骤：

30、s1、将氯化物溶解在水中，加入无机多孔载体搅拌20-40min，接着进行干燥、研磨，得到混合物a；

31、s2、将偶联剂稀释液、覆膜材料加入至s1步骤中得到的混合物a中，使所述混合物a的表面形成一层包覆层，然后干燥、冷却、研磨即可得到所述降低沥青路面结冰点的材料。

32、在一些实施方式中，所述降低沥青路面结冰点的材料的粒径分布如下：按照重量百分比计，粒径小于0.6mm的占100％、粒径小于0.15mm的占90％-100％、粒径小于0.075mm的占70％-100％。

33、本发明材料的工作原理：该材料掺入沥青混合料中铺设在路面，在冰雪天气下，路面受到行驶车辆的压缩、振动、磨损等荷载作用时，由于路面结构孔隙的存在，雪水逐渐渗入到混合料内部，且冬季低温下的包覆层变脆会产生微裂纹，使水分容易通过浸透压力和毛细管作用穿过包覆层形成盐溶液，由于此处溶液的浓度较道路表面的溶液浓度高，溶液将从高浓度处向低浓度处迁移，盐溶液从结构内部逐渐析出到道路表面，氯化物与路面冰雪接触，迅速溶于雪水中，随着氯化物离子浓度增加，水的液相蒸气压下降，而冰的固相蒸气压不变，为了达到冰水混合物固液相蒸气压平衡的状态，冰雪开始融化，这样便降低了道路表面水的冰点，延缓了道路表面积雪结冰，达到清雪除冰的目的。

34、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

35、(1)本技术采用煅烧、酸洗浸渍之后进行特定的碱洗浸渍处理的硅藻土所承载氯化钙的吸水速率快，形成了更多的介孔，为水和盐水溶液的扩散提供传质通道，有利于融雪成分的及时释放；

36、(2)本发明的材料具有缓释效果，采用特定的覆膜材料形成的包覆层具有优异的耐湿热性，在夏季多雨的季节可以减少氯化物有效成分的释放，冬季低温有一定的脆性可以增加氯化物成分的释放，延长了材料的使用年限，降低了使用及维护成本；

37、(3)本发明在进行包覆时与改性环氧树脂一起加入特定的缓释助剂可以增强低温环境中氯化物有效成分的缓释效果，使包覆无机多孔载体的包覆层厚度适中，在保证包覆效果的基础上，使沥青路面中的水分可以容易穿透该层而及时释放足量的盐类化合物，保证了覆膜材料的缓释效果。