一种应用于高寒地区改善冰-沥青路面粘结作用的填料及其制备方法

摘要

一种应用于高寒地区改善冰-沥青路面粘结作用的填料及其制备方法，它涉及沥青路面填料及其制备方法。本发明要解决现有高寒地区沥青路面冰雪的处治技术主要依赖于机械、人工、化学融雪剂等被动除冰雪方面，专门针对冰-沥青路面粘结状态尚缺乏有效改善措施的问题。填料由低冰点添加剂、沸石、纯净水和憎水剂制备而成。制备方法：一、称取；二、制备沸石粉末；三、制备低冰点水溶液；四、制备吸附低冰点物质的矿料颗粒；五、制备裹覆憎水剂的矿料颗粒；六、烘干，即得到应用于高寒地区改善冰-沥青路面粘结作用的填料。本发明用于一种应用于高寒地区改善冰-沥青路面粘结作用的填料及其制备方法。

说明书

技术领域

本发明涉及沥青路面填料及其制备方法。

背景技术

冰雪路面抗冰技术的研究历来是道路工程界关注的热点，现有研究探索出多种道路抗 冰技术，主要可分为被动式和主动式两大类。被动式抗冰方法是指依靠外界对路面施加作 用清除路表冰层，从而达到防滑的目的，由物理、化学、人工、机械四种方式组成，然而， 此方法不仅除冰效果差，无法彻底清除道路表面冰层，对于冰冻路面的改善幅度小，而且 极易在应用过程中对道路与周围环境造成不良影响；因此，自20世纪80年代，利用路面 本身所具有的构造特性或力学特性，在正常行车荷载的反复作用下可主动抗冰的技术逐渐 得到了人们的青睐，以抗滑磨耗层、自应力破冰路面、抗冰冻粗糙路面为代表的主动抗冰 路面技术相继在我国推广应用。然而，无论是增加路表纹理构造，还是改变路表冰层受力 状态，均是通过物理方法开展路面主动抗冰的研究；而对于以V-260、Mafilon等抗冻粘 添加剂为代表的主动抗冰的化学方法，虽然日本、德国等国家已经开发出相关产品并证实 了其在路面抗冰性能上体现的优越性，但在国内却局限于对国外产品性能评价的初步研 究，产品自主研发能力的欠缺导致了我国无法为化学类主动抗冰产品性能的进一步改进提 供基础。此外，目前无论物理方法还是化学方法，均是针对新建路面所提出的抗冰技术， 而对于在役路面抗冰技术的研究，在国内外却鲜有报道。

发明内容

本发明要解决现有高寒地区沥青路面冰雪的处治技术主要依赖于机械、人工、化学融 雪剂等被动除冰雪方面，专门针对冰-沥青路面粘结状态尚缺乏有效改善措施的问题，而 提供一种应用于高寒地区改善冰-沥青路面粘结作用的填料及其制备方法。

本发明的一种应用于高寒地区改善冰-沥青路面粘结作用的填料按重量份数由10份 ～25份低冰点添加剂、10份～35份沸石、10份～40份纯净水和5份～20份憎水剂制备而成；

所述的低冰点添加剂为甲酸盐或乙酸盐；所述的憎水剂为有机硅或聚脲。

本发明的一种应用于高寒地区改善冰-沥青路面粘结作用的填料的制备方法是按以下 步骤制备：

一、按重量份数称取10份～25份低冰点添加剂、10份～35份沸石、10份～40份纯净 水和5份～20份憎水剂；

所述的低冰点添加剂为甲酸盐或乙酸盐；所述的憎水剂为有机硅或聚脲

二、将称取的10份～35份沸石研磨成粒径小于0.6mm的粉末，得到沸石粉末；

三、将称取的10份～40份纯净水加热至温度为60℃～80℃，然后向加热后的纯净水 中加入10份～25份低冰点添加剂，搅拌至完全溶解，得到低冰点水溶液；

四、将沸石粉末加入到低冰点水溶液中，在转速为500r/min～2000r/min的条件下，机 械搅拌4h～6h，得到混合物，然后将混合物置于温度为100℃～140℃的烘箱中，烘干至恒 重，得到吸附低冰点物质的矿料颗粒；

五、将吸附低冰点物质的矿料颗粒表面均匀喷洒5份～20份憎水剂，机械搅拌至均匀 裹覆，得到裹覆憎水剂的矿料颗粒；

六、将裹覆憎水剂的矿料颗粒置于温度为100℃～145℃的烘箱中，烘干至恒重，得到 应用于高寒地区改善冰-沥青路面粘结作用的填料。

本发明的有益效果是：冰雪路面的抗冰防滑是季节性冰冻地区道路交通安全面临 的主要问题，其关键在于冰-路面界面的粘结状态。本发明所制备的沥青路面用填料通 过赋予道路材料以功能特性，以化学方式改善冰-路面界面的粘结状态，具有优异的降低 冰-路面粘结的功能，对冰-路面粘结力在-25℃的条件下可降低60％，这对于快速清除路 表积雪，提高行车安全性至关重要。由于填料本身为有机类憎水性物质，一方面，与沥青 材料混合后，二者具有良好的交互作用能力；另一方面，憎水剂使得其所裹覆的憎水性物 质释放速率显著降低，显著延长了低冰点材料的释放周期，提高了材料的耐久性。经过 75天静水浸泡后，水溶液中依然可以测得低冰点物质的释放。

综上所述，本发明所制备的应用于高寒地区改善冰-沥青路面粘结作用的填料具有优 异的降低冰-路面粘结的性能、与沥青的交互作用能力和缓释效果，在新建路面或已建路 面中使用本发明所制备的填料，可以有效防治灾害性天气对路面的破坏，这对于解决我国 高寒地区冬季道路行车安全问题，提升道路通行能力具有重大的经济效益和社会意义。

附图说明

图1为在温度为-5℃的条件下，对对比实验一采用普通的石灰岩矿粉作为填料制备 的沥青混合料对比试件经拉拔试验后的表面照片；

图2为在温度为-15℃的条件下，对使用实施例一应用于高寒地区改善冰-沥青路面粘 结作用的填料制备的试件经拉拔试验后的表面照片；

图3为在温度为-20℃的条件下，对使用实施例一应用于高寒地区改善冰-沥青路面粘 结作用的填料制备的试件经拉拔试验后的表面照片；

图4为在温度为-25℃的条件下，对使用实施例一应用于高寒地区改善冰-沥青路面粘 结作用的填料制备的试件经拉拔试验后的表面照片；

图5为沥青混合料-冰界面粘结力测试图，1为对比实验一采用普通的石灰岩矿粉作 为填料制备的沥青混合料对比试件，2为对比实验二采用沥青混合料缓释络合盐填料制备 的沥青混合料对比试件，3为使用实施例一应用于高寒地区改善冰-沥青路面粘结作用的 填料制备的试件；

图6为使用实施例一应用于高寒地区改善冰-沥青路面粘结作用的填料制备的试件中 低冰点物质释放图；

图7为在温度为-5℃的条件下，对对比实验三表面覆有采用普通的石灰岩矿粉制备得 到的乳化沥青防护材料的普通沥青混合料试件经拉拔试验后的表面照片；

图8为在温度为-20℃的条件下，对实施例一表面覆有采用应用于高寒地区改善冰-沥 青路面粘结作用的填料制备得到的乳化沥青防护材料的普通沥青混合料试件经拉拔试验 后的表面照片；

图9为防护的沥青混合料-冰界面粘结力测试图，1为对比实验三表面覆有采用普通 的石灰岩矿粉制备得到的乳化沥青防护材料的普通沥青混合料试件，2为对比实验四表面 覆有采用沥青混合料缓释络合盐填料制备得到的乳化沥青防护材料的普通沥青混合料试 件，3为实施例一表面覆有采用应用于高寒地区改善冰-沥青路面粘结作用的填料制备得 到的乳化沥青防护材料的普通沥青混合料试件。

具体实施方案

具体实施方案一：本实施方式是一种应用于高寒地区改善冰-沥青路面粘结作用的填 料按重量份数由10份～25份低冰点添加剂、10份～35份沸石、10份～40份纯净水和5份 ～20份憎水剂制备而成；

所述的低冰点添加剂为甲酸盐或乙酸盐；所述的憎水剂为有机硅或聚脲。

所述的纯净水指的是不含杂质的H₂O，简称净水或纯水，是纯洁、干净，不含有杂 质或细菌的水，如有机污染物、无机盐、任何添加剂和各类杂质，是以符合生活饮用水卫 生标准的水为原水。

本实施方式的有益效果是：冰雪路面的抗冰防滑是季节性冰冻地区道路交通安全 面临的主要问题，其关键在于冰-路面界面的粘结状态。本实施方式所制备的沥青路面 用填料通过赋予道路材料以功能特性，以化学方式改善冰-路面界面的粘结状态，具有优 异的降低冰-路面粘结的功能，对冰-路面粘结力在-25℃的条件下可降低60％，这对于快 速清除路表积雪，提高行车安全性至关重要。由于填料本身为有机类憎水性物质，一方面， 与沥青材料混合后，二者具有良好的交互作用能力；另一方面，憎水剂使得其所裹覆的憎 水性物质释放速率显著降低，显著延长了低冰点材料的释放周期，提高了材料的耐久性。 经过75天静水浸泡后，水溶液中依然可以测得低冰点物质的释放。

综上所述，本实施方式所制备的应用于高寒地区改善冰-沥青路面粘结作用的填料具 有优异的降低冰-路面粘结的性能、与沥青的交互作用能力和缓释效果，在新建路面或已 建路面中使用本发明所制备的填料，可以有效防治灾害性天气对路面的破坏，这对于解决 我国高寒地区冬季道路行车安全问题，提升道路通行能力具有重大的经济效益和社会意 义。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：一种应用于高寒地区改 善冰-沥青路面粘结作用的填料按重量份数由25份低冰点添加剂、30份沸石、35份纯净 水和10份憎水剂制备而成。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式所述的一种应用于高寒地区改善冰-沥青路面粘结作用 的填料的制备方法是按以下步骤制备：

一、按重量份数称取10份～25份低冰点添加剂、10份～35份沸石、10份～40份纯净 水和5份～20份憎水剂；

所述的低冰点添加剂为甲酸盐或乙酸盐；所述的憎水剂为有机硅或聚脲

二、将称取的10份～35份沸石研磨成粒径小于0.6mm的粉末，得到沸石粉末；

三、将称取的10份～40份纯净水加热至温度为60℃～80℃，然后向加热后的纯净水 中加入10份～25份低冰点添加剂，搅拌至完全溶解，得到低冰点水溶液；

四、将沸石粉末加入到低冰点水溶液中，在转速为500r/min～2000r/min的条件下，机 械搅拌4h～6h，得到混合物，然后将混合物置于温度为100℃～140℃的烘箱中，烘干至恒 重，得到吸附低冰点物质的矿料颗粒；

五、将吸附低冰点物质的矿料颗粒表面均匀喷洒5份～20份憎水剂，机械搅拌至均匀 裹覆，得到裹覆憎水剂的矿料颗粒；

六、将裹覆憎水剂的矿料颗粒置于温度为100℃～145℃的烘箱中，烘干至恒重，得到 应用于高寒地区改善冰-沥青路面粘结作用的填料。

所述的纯净水指的是不含杂质的H₂O，简称净水或纯水，是纯洁、干净，不含有杂 质或细菌的水，如有机污染物、无机盐、任何添加剂和各类杂质，是以符合生活饮用水卫 生标准的水为原水。

本实施方式的有益效果是：冰雪路面的抗冰防滑是季节性冰冻地区道路交通安全 面临的主要问题，其关键在于冰-路面界面的粘结状态。本实施方式所制备的沥青路面 用填料通过赋予道路材料以功能特性，以化学方式改善冰-路面界面的粘结状态，具有优 异的降低冰-路面粘结的功能，对冰-路面粘结力在-25℃的条件下可降低60％，这对于快 速清除路表积雪，提高行车安全性至关重要。由于填料本身为有机类憎水性物质，一方面， 与沥青材料混合后，二者具有良好的交互作用能力；另一方面，憎水剂使得其所裹覆的憎 水性物质释放速率显著降低，显著延长了低冰点材料的释放周期，提高了材料的耐久性。 经过75天静水浸泡后，水溶液中依然可以测得低冰点物质的释放。

综上所述，本实施方式所制备的应用于高寒地区改善冰-沥青路面粘结作用的填料具 有优异的降低冰-路面粘结的性能、与沥青的交互作用能力和缓释效果，在新建路面或已 建路面中使用本发明所制备的填料，可以有效防治灾害性天气对路面的破坏，这对于解决 我国高寒地区冬季道路行车安全问题，提升道路通行能力具有重大的经济效益和社会意 义。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同点是：步骤三中将称取的10份 ～40份纯净水加热至温度为70℃。其它与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式三或四之一不同点是：步骤四中然后将 混合物置于温度为130℃的烘箱中，烘干至恒重。其它与具体实施方式三或四相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式三至五之一不同点是：步骤六中将裹覆 憎水剂的矿料颗粒置于温度为130℃的烘箱中，烘干至恒重，得到应用于高寒地区改善冰 -沥青路面粘结作用的填料。其它与具体实施方式三至五相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式三至六之一不同点是：步骤一中按重量 份数称取25份低冰点添加剂、30份沸石、35份纯净水和10份憎水剂。其它与具体实施 方式三至六相同。

采用下述试验验证本发明效果：

实施例一：

一、按重量份数称取25份低冰点添加剂、30份沸石、35份纯净水和10份憎水剂；

所述的憎水剂为机硅树脂；所述的低冰点添加剂为甲酸钠；

二、将称取的30份沸石研磨成粒径小于0.6mm的粉末，得到沸石粉末；

三、将称取的35份纯净水加热至温度为70℃，然后向加热后的纯净水中加入25份 低冰点添加剂，搅拌至完全溶解，得到低冰点水溶液；

四、将沸石粉末加入到低冰点水溶液中，在转速为1000rpm的条件下，机械搅拌6h， 得到混合物，然后将混合物置于温度为130℃的烘箱中，烘干至恒重，得到吸附低冰点物 质的矿料颗粒；

五、将吸附低冰点物质的矿料颗粒表面均匀喷洒10份憎水剂，在转速为1000rpm的 条件下，机械搅拌至均匀裹覆，得到裹覆憎水剂的矿料颗粒；

六、将裹覆憎水剂的矿料颗粒置于温度为130℃的烘箱中，烘干至恒重，得到应用于 高寒地区改善冰-沥青路面粘结作用的填料。

将本实施例制备的68.4g应用于高寒地区改善冰-沥青路面粘结作用的填料添加于温 度为170℃的1071.6g石料、60g沥青中，搅拌90s，采用马歇尔击实法成型试件，得到使 用实施例一应用于高寒地区改善冰-沥青路面粘结作用的填料制备的试件；

对比实验一：采用68.4g普通的石灰岩矿粉作为填料，添加于温度为170℃的1071.6g 石料、60g沥青中，搅拌90s，采用马歇尔击实法成型试件，得到对比实验一采用普通的 石灰岩矿粉作为填料制备的沥青混合料对比试件；

对比实验二：采用68.4g专利(ZL201210593218.3)沥青混合料缓释络合盐填料作为填 料，添加于温度为170℃的1071.6g石料、60g沥青中，搅拌90s，采用马歇尔击实法成型 试件，得到对比实验二采用沥青混合料缓释络合盐填料制备的沥青混合料对比试件；

依据专利ZL2010105633604的试验步骤分别对使用实施例一应用于高寒地区改善冰- 沥青路面粘结作用的填料制备的试件、对比实验一采用普通的石灰岩矿粉作为填料制备的 沥青混合料对比试件和对比实验二采用沥青混合料缓释络合盐填料制备的沥青混合料对 比试件进行拉拔试验，从而评价使用实施例一应用于高寒地区改善冰-沥青路面粘结作用 的填料制备的试件与冰的粘结特性，结果如图1-5所示，图1为在温度为-5℃的条件下， 对对比实验一采用普通的石灰岩矿粉作为填料制备的沥青混合料对比试件经拉拔试验后 的表面照片；图2为在温度为-15℃的条件下，对使用实施例一应用于高寒地区改善冰- 沥青路面粘结作用的填料制备的试件经拉拔试验后的表面照片；图3为在温度为-20℃的 条件下，对使用实施例一应用于高寒地区改善冰-沥青路面粘结作用的填料制备的试件经 拉拔试验后的表面照片；图4为在温度为-25℃的条件下，对使用实施例一应用于高寒地 区改善冰-沥青路面粘结作用的填料制备的试件经拉拔试验后的表面照片；图5为沥青混 合料-冰界面粘结力测试图，1为对比实验一采用普通的石灰岩矿粉作为填料制备的沥青 混合料对比试件，2为对比实验二采用沥青混合料缓释络合盐填料制备的沥青混合料对比 试件，3为使用实施例一应用于高寒地区改善冰-沥青路面粘结作用的填料制备的试件。 拉拔试验的条件如下：在设置的负温条件下，将成型后的拉拔试件冻结24小时，取出， 置于设置了同样负温环境的MTS试验机中，恒温3小时后开展拉拔试验。

由于填料的添加，当路表有冰雪时，会有效降低冰-路面的粘结强度。由图1和图2-5 可见，试件破坏后，对比实验一采用普通的石灰岩矿粉作为填料制备的沥青混合料对比 试件表面与冰层粘结紧密，破坏发生于冰层内部；而使用实施例一应用于高寒地区改善冰 -沥青路面粘结作用的填料制备的试件破坏发生于冰与试件的界面，且破坏界面光滑；由 此说明，本发明的填料可有效降低冰-路面的粘结。

图6为使用实施例一应用于高寒地区改善冰-沥青路面粘结作用的填料制备的试件中 低冰点物质释放图；采用气相色谱进行水溶液中融雪离子的测量，由图可知，在浸泡初期， 融雪离子释放速率较快；15天后融雪离子的释放速率逐渐变缓；至浸泡75天后，水溶液 浓度基本保持不变，由此说明融雪离子的释放结束。

将本实施例制备的应用于高寒地区改善冰-沥青路面粘结作用的填料与乳化沥青按质 量比为3:7混合，并在转速为1000rpm的条件下，机械搅拌0.5h，得到乳化沥青防护材料； 然后将乳化沥青防护材料以0.8kg/m²的用量喷洒到普通沥青混合料试件表面，待破乳干 燥，得到实施例一表面覆有采用应用于高寒地区改善冰-沥青路面粘结作用的填料制备得 到的乳化沥青防护材料的普通沥青混合料试件；

对比实验三：将普通的石灰岩矿粉作为填料与乳化沥青按质量比为3:7混合，并在转 速为1000rpm的条件下，机械搅拌0.5h，得到乳化沥青防护材料；然后将乳化沥青防护 材料以0.8kg/m²的用量喷洒到普通沥青混合料试件表面，待破乳干燥，得到对比实验三 表面覆有采用普通的石灰岩矿粉制备得到的乳化沥青防护材料的普通沥青混合料试件；

对比实验四：将专利(ZL201210593218.3)沥青混合料缓释络合盐填料与乳化沥青按 质量比为3:7混合，并在转速为1000rpm的条件下，机械搅拌0.5h，得到乳化沥青防护材 料；然后将乳化沥青防护材料以0.8kg/m²的用量喷洒到普通沥青混合料试件表面，待破 乳干燥，得到对比实验四表面覆有采用沥青混合料缓释络合盐填料制备得到的乳化沥青防 护材料的普通沥青混合料试件；

依据专利ZL2010105633604的试验步骤分别对实施例一表面覆有采用应用于高寒地 区改善冰-沥青路面粘结作用的填料制备得到的乳化沥青防护材料的普通沥青混合料试 件、对比实验三表面覆有采用普通的石灰岩矿粉制备得到的乳化沥青防护材料的普通沥青 混合料试件和对比实验四表面覆有采用沥青混合料缓释络合盐填料制备得到的乳化沥青 防护材料的普通沥青混合料试件进行拉拔试验，从而评价实施例一表面覆有采用应用于高 寒地区改善冰-沥青路面粘结作用的填料制备得到的乳化沥青防护材料的普通沥青混合料 试件与冰的粘结特性，结果如图7-8所示，图7为在温度为-5℃的条件下，对对比实验三 表面覆有采用普通的石灰岩矿粉制备得到的乳化沥青防护材料的普通沥青混合料试件经 拉拔试验后的表面照片；图8为在温度为-20℃的条件下，对实施例一表面覆有采用应用 于高寒地区改善冰-沥青路面粘结作用的填料制备得到的乳化沥青防护材料的普通沥青混 合料试件经拉拔试验后的表面照片；拉拔试验的条件如下：在设置的负温条件下，将成型 后的拉拔试件冻结24小时，取出，置于设置了同样负温环境的MTS试验机中，恒温3 小时后开展拉拔试验。由于填料的添加，乳化沥青防护材料具备了削弱冰-路面界面粘结 的功能，使得破坏界面由冰层内部变为冰-路面界面，路表冰雪更易清除。

图9为防护的沥青混合料-冰界面粘结力测试图，1为对比实验三表面覆有采用普通 的石灰岩矿粉制备得到的乳化沥青防护材料的普通沥青混合料试件，2为对比实验四表面 覆有采用沥青混合料缓释络合盐填料制备得到的乳化沥青防护材料的普通沥青混合料试 件，3为实施例一表面覆有采用应用于高寒地区改善冰-沥青路面粘结作用的填料制备得 到的乳化沥青防护材料的普通沥青混合料试件；由图可知，本发明填料可显著降低-20℃ 时冰-路面的粘结力，降低幅度达到56.4％。