一种抗冰冻沥青路面结构及其制备路面材料的方法与流程

本发明属于公路工程技术领域，具体涉及一种抗冰冻沥青路面结构及其制备路面材料的方法。

背景技术：

沥青路面抗滑性能是保证车辆安全行驶的关键因素之一。但近年来世界范围内极端气候出现的概率大为增大，我国冬季路面积雪结冰现象较为常见。资料显示，干燥、积雪、结冰沥青路面的附着系数分别约为0.6、0.2、0.15。显然，冰雪路面将严重影响车辆的行驶安全性，交通事故率较高。

对处理路面积雪结冰的问题，多年来，各国道路交通部门做了大量的研究工作，探索出许多清除道路积雪结冰的方法。这些方法可分为：路面外部除冰雪技术、路面内部除冰雪技术。其中路面外部除冰雪技术可通过在沥青面层涂覆憎水性的涂层材料实现。当冬季道路表面结冰时，该涂层可明显降低冰层与路面间的粘结力，在车辆碾压下路面结冰层能自动从路面脱落。采用机械或人工铲除方法也可高效、方便的处理路面结冰层。但如何评价表面涂层材料在道路上不同使用工况的除冰雪效果一直困扰着研究工作者、使用者。

目前国内外除雪方式主要有人工清除法、机械清除法、撒融雪剂法和电缆加热融雪化冰方法等。人工清除法效率低且影响交通，机械清除法设备昂贵且闲置期长。撒融雪剂法是最常见且被广泛应用的方法，世界各国主要通过撤盐实现融冰化雪。然而，撒盐给混凝土路面结构和环境带来了许多负面效应，主要表现为钢筋钢纤维锈蚀、路面剥离破坏和环境污染等问题。世界上不少国家因使用除雪盐造成道路、桥梁的严重破坏，目前正在花费巨额费用进行修复，其经济损失十分巨大。电缆加热融雪化冰方法施工布设较难，而且电缆一旦出现问题，其维护工程量大且费用较高。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明公开了一种抗冰冻沥青路面结构，包括沥青表面层及涂覆于其上的超疏水性功能涂层，其中，超疏水功能性涂层可有效的降低积雪与路表的粘结力，进一步提高抗冰冻沥青表面层融雪耐久性。因此，抗冰冻沥青表面层及超疏水功能涂层的使用，可节省大量的人力、物力，降低冬季路面管理成本，减少交通堵塞、交通事故、国民经济损失。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种抗冰冻沥青路面结构，包括4cm厚的抗冰冻沥青表面层及喷涂于其上的超疏水性功能涂层。

抗冰冻沥青表面层各材料质量百分比的组分构成：

缓释型融雪剂2-6质量份

防冻型sbs改性沥青4.7-6.5质量份

集料及石灰岩矿粉95-100质量份。

其中，所述的缓释型融雪剂由多孔状非金属材料（二氧化硅等）、氯化钠、氯化镁、氧化钙组成，其质量分数分别为8-15质量份、50-70质量份、5-15质量份、3-8质量份。

进一步地，所述的沥青为经过防冻剂改性的sbs改性沥青；其中，防冻剂由乙二醇、丙三醇、二甲基硅油、硅藻土组成，其质量分数分别为40-55质量份、3-15质量份、1-5质量份、5-25质量份，上述各组分在800-6000rpm条件下与sbs改性沥青高速搅拌120-300s，制得防冻型的sbs改性沥青；sbs改性沥青与防冻剂分别为100质量份、0.5-1质量份。

进一步地，所述集料的尺寸分为四档，即为0-3mm，3-5mm，5-10mm及10-15mm，各档的比例为22-26质量份、12-16质量份、32-36质量份、28-30质量份。

所述抗冰冻沥青表面层的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将集料加热至200±5℃后，按比例加入石灰岩矿粉干拌10-20s；

步骤二：将防冻型的sbs改性沥青添加至步骤一的混合物中继续搅拌20-30s；

步骤三：将缓释型融雪剂按比例添加至步骤二的混合物中继续搅拌，搅拌时间不低于10s，搅拌温度为185±5℃，防冻型沥青混合料的出料温度控制在155-165℃之间，得到抗冰冻沥青表面层。

进一步地，所述的喷涂于抗冰冻沥青路面表层的超疏水性功能涂层，由甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二甲基硅油、乙醇搅拌而成，其质量份数为：

甲基三甲氧基硅烷10-25质量份

甲基三乙氧基硅烷50-80质量份

二甲基硅油1-3质量份

乙醇1-7质量份

进一步地，所述涂层的使用方法是，在路表温度低于60℃时，采用高压无气喷涂机将涂层材料，喷涂于抗冰冻沥青路面表层之上，其喷涂量为0.5-1.0kg/m²。

本发明的有益效果是：

抗冰冻沥青表面层及喷涂于其上的超疏水性功能涂层的使用，可实现路面的及时、高效融冰化雪，减少交通拥堵和交通事故。超疏水功能性涂层可有效的降低积雪与路表的粘结力，进一步提高抗冰冻沥青表面层融雪耐久性。因此，可节省大量的人力、物力，降低冬季路面管理成本。

附图说明

图1是不同实施例的抗冰冻沥青混合料表面与水的接触角，接触角越大，说明该该功能层的抗冰冻性能越好。

图2为各实施例抗冰冻沥青混合料表面层性能。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

本发明中超疏水功能涂层及防冻型sbs改性沥青的作用是有效的减少冰雪与集料界面的粘结力，降低养护部门铲雪的难度并大大减少夏季多雨天气下缓释型融雪剂的析出量。上述设计有效的提高抗冻沥青路面结构的抗冻耐久性。同时，通过浸透压和毛细管现象，沥青路面表层中的缓释型融雪剂逐渐析出，可有效降低路面冰点，进而降低沥青路表面出现明显的结冰现象。通过以下实施例进一步说明本发明的技术方案。

实施例一

1.材料准备

沥青，本实施例采用壳牌沥青镇江工厂生产的sbs改性沥青。

集料，按照常用的分档要求对碎石集料进行分档，本实施例采用规格料分别为：石灰岩矿粉、0-3mm、3-5mm、5-10mm及10-15mm，分别为5质量份、22质量份、16质量份、32质量份、30质量份。

防冻剂，乙二醇、丙三醇、二甲基硅油为国药集团化学试剂有限公司的化学试剂，硅藻土来自宜兴市君联硅藻土有限公司，乙二醇、丙三醇、二甲基硅油、硅藻土分别为40质量份、15质量份、1质量份、25质量份。

缓释型融雪剂由多孔状二氧化硅、氯化钠、氯化镁、氧化钙组成，其质量分数分别为15质量份、70质量份、15质量份、3质量份。其中，多孔状二氧化硅为德固赛公司的a-200纳米二氧化硅。氯化钠、氯化镁、氧化钙为国药集团化学试剂有限公司的化学试剂。

超疏水性功能涂层由甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二甲基硅油、乙醇组成，其质量分数分别为16质量份、75质量份、2质量份、5质量份。用于超疏水性功能涂层的甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二甲基硅油、乙醇来自国药集团化学试剂有限公司。

抗冰冻沥青混合料（表面层）厚度为4cm，采用ac-13级配与防冻型sbs改性沥青混合料，各材料质量百分比的组分构成：

缓释型融雪剂2质量份

防冻型sbs改性沥青5.8质量份

集料及石灰岩矿粉99.5质量份

2.将上述材料按以下步骤制备抗冰冻沥青混合料

所述抗冰冻沥青混合料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：将集料加热至200℃后，按比例加入石灰岩矿粉干拌20s；

步骤二：制备防冻型sbs改性沥青。其中，sbs改性沥青与防冻剂分别为100质量份、0.5质量份，在1200rpm条件下与sbs改性沥青高速搅拌240s，制得防冻型的sbs改性沥青；

步骤三：将防冻型的sbs改性沥青添加至步骤一的混合物中继续搅拌20s；

步骤四：将缓释型融雪剂按比例添加至步骤二的混合物中继续搅拌，搅拌时间12s，搅拌温度为185℃，防冻型沥青混合料的出料温度控制在165℃，得到抗冰冻沥青混合料（路面表层），该沥青混合料的现场施工工艺与sbs改性沥青混合料相同。

3.喷涂超疏水性功能涂层

在抗冰冻沥青路面表层成型完毕后，当路表温度低于60℃时，采用高压无气喷涂机将上述的超疏水性功能涂层材料，喷涂于抗冰冻沥青路面表层之上，其喷涂量为0.7kg/m²。养护10h后即可开放交通。

实施例二

1.材料准备

沥青，本实施例采用壳牌沥青镇江工厂生产的sbs改性沥青。

集料，按照常用的分档要求对碎石集料进行分档，本实施例采用规格料分别为：石灰岩矿粉、0-3mm、3-5mm、5-10mm及10-15mm，分别为3.4质量份、26质量份、12质量份、36质量份、28质量份。

防冻剂，乙二醇、丙三醇、二甲基硅油为国药集团化学试剂有限公司的化学试剂，防冻剂所使用的硅藻土来自宜兴市君联硅藻土有限公司。乙二醇、丙三醇、二甲基硅油、硅藻土分别为55质量份、3质量份、5质量份、5质量份。

缓释型融雪剂由多孔状二氧化硅、氯化钠、氯化镁、氧化钙组成，其质量分数分别为12质量份、68质量份、14质量份、5质量份。其中，硅藻土为灵寿县汇茂矿产品加工厂提供。氯化钠、氯化镁、氧化钙为国药集团化学试剂有限公司的化学试剂。

超疏水性功能涂层由甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二甲基硅油、乙醇组成，其质量分数分别为10质量份、80质量份、1质量份、7质量份。用于超疏水性功能涂层的甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二甲基硅油、乙醇来自国药集团化学试剂有限公司。

抗冰冻沥青混合料（表面层）厚度为4cm，采用ac-16级配与防冻型sbs改性沥青混合，各材料质量百分比的组分构成：

缓释型融雪剂4.5质量份

防冻型sbs改性沥青6.5质量份

集料及石灰岩矿粉100质量份

2.将上述材料按以下步骤制备抗冰冻沥青混合料

所述抗冰冻沥青混合料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：将集料加热至205℃后，按比例加入石灰岩矿粉干拌16s；

步骤二：制备防冻型sbs改性沥青。其中，sbs改性沥青与防冻剂分别为100质量份、0.8质量份，在6000rpm条件下与sbs改性沥青高速搅拌120s，制得防冻型的sbs改性沥青。

步骤三：将防冻型的sbs改性沥青添加至步骤一的混合物中继续搅拌20s；

步骤四：将缓释型融雪剂按比例添加至步骤二的混合物中继续搅拌，搅拌时间15s，搅拌温度为180℃，防冻型沥青混合料的出料温度控制在160℃，得到抗冰冻沥青混合料（路面表层）；该沥青混合料的现场施工工艺与sbs改性沥青混合料相同。

3.喷涂超疏水性功能涂层

在抗冰冻沥青路面表层成型完毕后，当路表温度低于60℃时，采用高压无气喷涂机将上述的超疏水性功能涂层材料，喷涂于抗冰冻沥青路面表层之上，其喷涂量为1.0kg/m²。养生11h后即可开放交通。

实施例三

1.材料准备

沥青，本实施例采用壳牌沥青镇江工厂生产的sbs改性沥青。

集料，按照常用的分档要求对碎石集料进行分档，本实施例采用规格料分别为：石灰岩矿粉、0-3mm、3-5mm、5-10mm及10-15mm，分别为5质量份、24质量份、14质量份、35质量份、29质量份。

防冻剂，乙二醇、丙三醇、二甲基硅油为国药集团化学试剂有限公司的化学试剂，防冻剂所使用的硅藻土来自宜兴市君联硅藻土有限公司。乙二醇、丙三醇、二甲基硅油、硅藻土分别为48质量份、11质量份、3质量份、16质量份。

缓释型融雪剂由多孔状硅藻土、氯化钠、氯化镁、氧化钙组成，其质量分数分别为8质量份、50质量份、5质量份、8质量份。其中，硅藻土为灵寿县汇茂矿产品加工厂提供。氯化钠、氯化镁、氧化钙为国药集团化学试剂有限公司的化学试剂。

超疏水性功能涂层由甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二甲基硅油、乙醇组成，其质量分数分别为25质量份、50质量份、3质量份、1质量份。用于超疏水性功能涂层的甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二甲基硅油、乙醇来自国药集团化学试剂有限公司。

抗冰冻沥青混合料（表面层）厚度为4cm，采用ac-13级配与防冻型sbs改性沥青混合，各材料质量百分比的组分构成：

缓释型融雪剂5.5质量份

防冻型sbs改性沥青4.7质量份

集料及石灰岩矿粉95质量份

2.将上述材料按以下步骤制备抗冰冻沥青混合料

所述抗冰冻沥青混合料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：将集料加热至195℃后，按比例加入石灰岩矿粉干拌10s；

步骤二：制备防冻型sbs改性沥青。其中，sbs改性沥青与防冻剂分别为100质量份、1质量份，在800rpm条件下与sbs改性沥青高速搅拌300s，制得防冻型的sbs改性沥青。

步骤三：将防冻型的sbs改性沥青添加至步骤一的混合物中继续搅拌20s；

步骤四：将缓释型融雪剂按比例添加至步骤二的混合物中继续搅拌，搅拌时间20s，搅拌温度为190℃，防冻型沥青混合料的出料温度控制在155℃，得到抗冰冻沥青混合料（路面表层）；该沥青混合料的现场施工工艺与sbs改性沥青混合料相同。

3.喷涂超疏水性功能涂层

在抗冰冻沥青路面表层成型完毕后，当路表温度低于60℃时，采用高压无气喷涂机将上述的超疏水性功能涂层材料，喷涂于抗冰冻沥青路面表层之上，其喷涂量为0.5kg/m²。养生8h后即可开放交通。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

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