一种沥青路面用疏水抑冰涂层及其制备方法

1.本发明是一种沥青路面用疏水抑冰涂层及其制备方法，属于道路工程交通安全技术领域。

背景技术：

2.冬季或初春在我国北方及南方湿冷地区，沥青路面结冰问题较为常见，严重影响着人民生产生活和道路的通行运营。在降雨、冻雨、霜冻等恶劣天气情况下，特别是在长大下坡、陡坡急弯等特殊路段，沥青路表面结冰后造成路面摩擦性能大幅度降低，沥青路面的表面宏观微观构造被填满，且形成一层光滑的冰膜，导致构造深度降低、路表的附着系数也随之降低，路面抗滑性能大大下降。在抗滑性能下降的冰雪路面上高速行驶汽车很容易跑偏、打滑，极易造成车辆刹车失灵、制动距离增加、侧翻等严重交通事故。有研究表明，冬季有15％-30％的交通事故都与路面积雪结冰有关，在雨雪等恶劣天气情况下事故发生率高达84％，事故伤亡率更是高达75％，严重危害了人民的生命安全和财产安全。因此，为了减少雨雪天气带来的行车危害，已有较多研究人员根据实际路面的情况选择不同的路面除冰雪技术，通过人为清除或路面主动融雪等技术来除去沥青路表面的冰雪，较多的路面除冰雪技术已经应用在了不同等级的道路上。
3.传统的路面除冰雪技术分为主动除雪和被动除雪技术。其中撒布融雪剂、氯盐等被动式路面除冰方法是通过降低路表溶液冰点，从而抑制了道路表面的积雪结冰，主要使用氯化钙等氯盐作为融雪抑冰材料的主要成分，但是这两种方法都存在污染环境、腐蚀道路构筑物及沿线设施和降低沥青路面使用寿命等问题。流体循环加热、发热电缆、导电混凝土、微波除冰、相变储能除冰雪等主动式路面除冰技术利用外部热源对沥青路面进行加热，使路面的温度超过水的冰点，延缓路面冰雪的形成的同时融化易结冰路面，但用外部热源对沥青路面进行加热的成本费用高、工艺复杂、冰层难以清除彻底等原因制约了其推广应用，在实际的道路工程应用中也较少使用。机械或人工除冰是指直接用铲子、镐头等对路面进行除雪除冰，人工和机械清除不仅费用高、效率低，工作时影响正常的交通行驶，且易破坏路面的微观构造，直接降低了沥青路面的抗滑性能。自应力弹性路面是指利用废旧轮胎颗粒的弹性，当橡胶颗粒在外力的作用下会产生形变，路面的冰层更容易产生破裂，达到除雪抑冰的效果，但是现行自应力弹性路面的试验路段的相关数据较少，在路面实际使用情况还有待验证。
4.疏水效应是低表面能基体和基体表面微纳米二元复合结构共同作用形成的，液体在超疏水固体表面会产生较大的接触角和较小的滚动角。利用超疏水材料制备的疏水抑冰涂层已经被广泛应用在了航天和电力等领域中，通过疏水效应使基材表面不积水，且能够有效延长水滴在基材表面结冰的时间。
5.疏水抑冰涂层是目前一种新型的主动除雪融冰技术，目前，已有研究人员在道路工程中应用了疏水抑冰涂层，将有抑制、除冰雪性质的乳液涂覆在路面上，形成一种保护层，一方面能够使路面积雪积水迅速排离路表，另一方面能够延长路面结冰时间，即使在路
面结冰后也能够使冰层与路面隔离，降低路面和冰雪的之间的粘结强度，冰层在行车荷载的剪切作用下更容易破碎，从而能使路面上的冰雪覆盖层迅速清除。同时，表面涂层相当于一种预防性养护技术，不仅可以解决路面冰雪冻结问题，而且还可以封闭路面空隙，修复路面老化，在实现路面的除雪抑冰效果的同时还能够养护路面。
6.疏水抑冰涂层效果虽然较为理想，但在固体表面构建疏水涂层制备工艺较为复杂且繁琐，目前未广泛在道路工程中应用，因此还未有明确且高效的配方和涂层施工工艺。除此之外，目前较多涂层的耐磨性极差，在汽车轮胎反复碾压、摩擦作用极易产生磨耗，导致涂层寿命较短，无法长久保证疏水抑冰作用。
7.因此，本发明针对疏水涂层制备工艺复杂且涂层易磨耗的问题，将树脂掺在本发明制备的疏水抑冰溶液中，充分搅拌均匀后形成改良的疏水抑冰溶液，简易喷涂后即可形成疏水抑冰涂层，使其能够提高涂层耐磨耗性能，长时间保持疏水效果，降低沥青路面与冰层的粘附力，冰层在行车荷载作用下容易被清除。

技术实现要素：

8.(1)技术问题
9.本发明目的是提供一种沥青路面用疏水抑冰涂层及其制备方法，解决目前冬季道路结冰造成的路面打滑、已有疏水涂层制备工艺复杂、涂层在汽车轮胎反复作用下易磨耗、无法长时间保持疏水抑冰效果的问题。
10.(2)技术方案
11.为了解决目前冬季道路结冰造成的路面打滑、已有疏水涂层制备工艺复杂、涂层在汽车轮胎反复作用下易磨耗、无法长时间保持疏水抑冰效果等技术问题。本发明首先对纳米氧化锌颗粒进行疏水修饰，制得疏水纳米氧化锌颗粒，然后在低表面能的水性有机硅树脂乳液中加入疏水纳米粒子制成疏水抑冰溶液，掺入树脂提高耐磨性能，喷涂在路表面，提供了一种沥青路面用耐磨性好的疏水抑冰涂层制备方法。本发明技术方案如下：根据氧化锌与硬脂酸反应生成硬脂酸锌获得疏水纳米氧化锌颗粒，在成膜性较好的水性有机硅树脂乳液中加入表面活性剂和无水乙醇稀释、搅拌均匀，然后将疏水纳米氧化锌颗粒的无水乙醇悬浮液与水性有机硅树脂混合制得疏水抑冰溶液a，同时加入水性环氧树脂、水性环氧树脂固化剂、消泡剂、ph调节剂和流平剂，在高速磁力搅拌机中匀速充分搅拌后形成疏水抑冰溶液b，最后在表面干燥平整洁净的沥青路表面均匀喷涂疏水溶液b，待表干后即可形成耐磨性较好的疏水抑冰涂层，测试该涂层疏水抑冰效果和耐磨性。
12.(3)有益效果
13.在我国，较多降雨较多的地区在冬季或初春天气寒冷时容易导致沥青路表面结冰，从而降低沥青路面的防滑性能，在抗滑性下降的冰雪路面上行驶汽车容易跑偏、打滑，极易造成车辆刹车失灵、侧翻等严重安全事故，大大降低了行车安全性。针对路面覆雪结冰现象，已有较多的路面除冰雪技术，如撒布融雪剂、氯盐、添加弹性铺装材料、发热电缆或是人工除雪除冰，但是这些传统的路面除冰雪技术各有缺陷。本发明提供一种沥青路面用疏水抑冰涂层及其制备方法，制备工艺简单且涂层耐磨性好，可直接涂覆在沥青路面表面，对于减少路面积水、降低冰层与路面粘附力、提高雨雪天气下的行车安全性具有十分重要的现实意义。
具体实施方式
14.本发明提供一种沥青路面用疏水抑冰涂层及其制备方法，具体实施步骤如下：
15.(1)在烧杯中加入100毫升蒸馏水，倒入10克的硬脂酸颗粒和5克氢氧化钠搅拌至均匀，再将20克纳米氧化锌颗粒倒入烧杯中，升高温度至90℃，采用高速磁力搅拌机搅拌2小时，过滤后用无水乙醇和蒸馏水清洗、烘干、研磨，制得疏水纳米氧化锌颗粒；
16.(2)在20克疏水纳米氧化锌颗粒加入100毫升无水乙醇，在高速磁力搅拌机上持续搅拌1小时，制得纳米氧化锌颗粒的无水乙醇悬浮液；
17.(3)在100毫升水性有机硅树脂乳液中加入少量的无水乙醇进行稀释，再加入5克表面活性剂、2克消泡剂和2克流平剂搅拌均匀后加入纳米氧化锌颗粒的无水乙醇悬浮液进行充分搅拌，制得疏水抑冰溶液a；
18.(4)称取占疏水抑冰溶液a质量10％的水性环氧树脂和4％的水性环氧树脂固化剂，按照使用要求将水性环氧树脂和固化剂分别加入到疏水抑冰溶液a中，使用高速磁力搅拌机搅拌均匀，制得疏水抑冰溶液b；
19.(5)将制备好的疏水抑冰溶液b尽快喷涂在洁净、干燥的沥青路面表面上，确保完全充分覆盖沥青路面的表面，待涂层达到表干状态，制得沥青路面疏水抑冰涂层，测试该涂层疏水抑冰效果和耐磨性，进一步优化疏水抑冰涂层制备方法。

技术特征：

1.一种沥青路面用疏水抑冰涂层及其制备方法，其特征在于该方法的具体步骤如下：(1)在烧杯中加入100毫升蒸馏水，倒入10克的硬脂酸颗粒和5克氢氧化钠搅拌至均匀，再将20克纳米氧化锌颗粒倒入烧杯中，升高温度至90℃，采用高速磁力搅拌机搅拌2小时，过滤后用无水乙醇和蒸馏水清洗、烘干、研磨，制得疏水纳米氧化锌颗粒；(2)在20克疏水纳米氧化锌颗粒加入100毫升无水乙醇，在高速磁力搅拌机上持续搅拌1小时，制得纳米氧化锌颗粒的无水乙醇悬浮液；(3)在100毫升水性有机硅树脂乳液中加入少量的无水乙醇进行稀释，再加入5克表面活性剂、2克消泡剂和2克流平剂搅拌均匀后加入纳米氧化锌颗粒的无水乙醇悬浮液进行充分搅拌，制得疏水抑冰溶液a；(4)称取占疏水抑冰溶液a质量10％的水性环氧树脂和4％的水性环氧树脂固化剂，按照使用要求将水性环氧树脂和固化剂分别加入到疏水抑冰溶液a中，使用高速磁力搅拌机搅拌均匀，制得疏水抑冰溶液b；(5)将制备好的疏水抑冰溶液b尽快喷涂在洁净、干燥的沥青路面表面上，确保完全充分覆盖沥青路面的表面，待涂层达到表干状态，制得沥青路面疏水抑冰涂层，测试该涂层疏水抑冰效果和耐磨性，进一步优化疏水抑冰涂层制备方法。

技术总结

本发明是一种沥青路面用疏水抑冰涂层及其制备方法，属于道路工程交通安全技术领域，解决目前冬季道路结冰造成的路面打滑、已有疏水涂层制备工艺复杂、涂层在汽车轮胎反复作用下易磨耗的问题。本发明首先对纳米氧化锌颗粒进行疏水改性，形成疏水纳米氧化锌颗粒，然后加入无水乙醇制得疏水纳米氧化锌无水乙醇悬浮液，在水性有机硅树脂乳液中加入无水乙醇、助剂和疏水纳米氧化锌无水乙醇悬浮液，搅拌均匀，再按配比加入水性环氧树脂及水性环氧树脂固化剂，制得疏水抑冰溶液后尽快喷涂在洁净的沥青路表面待风干，最终制得疏水抑冰涂层。本发明制备的疏水抑冰涂层涂层施工工艺简单，可降低冰层与路面粘附强度，起到疏水防覆冰作用，耐磨性优良，提高行车安全性。提高行车安全性。