一种自融冰超薄磨耗层材料及其制备方法和应用与流程

本发明属于道路工程，尤其涉及一种自融冰超薄磨耗层材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、中国70％以上的道路会受到冬季冰雪天气的影响。特别是一种很薄的、附着在道路上难以发现的黑冰，由于其厚度很薄，道路本身的颜色会从中透射出来，造成冰面可视度很低，极难被发现。同时由于其本身温度并不低，所以在冰的表面有一层融化的水，让这种冰比温度低的厚冰更滑。黑冰一般在小雨过后、气温低于0摄氏度时、积水的路面经历急冻后，或者过冷(低于冰点还没有冰冻的液体)雾气在被建筑物或植被挡住后形成。其中最容易形成黑冰的是桥梁，由于桥梁是架空的，上下流动的空气容易带走热量，导致桥面更容易失温。“黑冰”会让车辆失去控制，打滑、打转、刹车距离显著延长，据统计，在过去的五年里，韩国由于黑冰引发的交通事故是普通冰雪的4倍，而美国每年都有超过15万起路面冰冻引起的交通事故，超过550人因此失去生命。

2、传统的化学融雪剂虽然可以在一定程度上达到融雪化冰的作用，但是对于道路、桥梁的危害却是不可逆的，一些化学物质在融雪过程中可能会流入地下水或者土壤之中，对环境造成不可逆转的影响。除此之外，传统融雪剂的方法属于被动式除冰，具有滞后性，效率较低。目前主动式除冰方式主要采用热管加热和电缆加热的方法，尽管这些方法都可以在一定程度上有效除冰，但是这些方法都存在施工难度较高的问题。因此，亟须进行路面融雪化冰技术研究。

技术实现思路

1、为解决冬季冰雪影响道路行车安全的问题，本发明提出了一种自融冰超薄磨耗层材料及其制备方法和应用，当本发明的自融冰超薄磨耗层材料应用于道路上时，可以提高融雪化冰效率，提升冬季路面的安全性。

2、为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

3、一种自融冰超薄磨耗层材料，由疏水抑冰涂层、抗滑破冰磨耗层和导电抗冰卷材层组成；

4、所述抗滑破冰磨耗层位于所述疏水抑冰涂层和所述导电抗冰卷材层之间。

5、进一步地，所述疏水抑冰涂层的厚度为0.1～0.5mm，所述抗滑破冰磨耗层的厚度为3～6mm，所述导电抗冰卷材层的厚度为0.1～0.5mm。本发明自融冰超薄磨耗层材料的整体厚度较薄，可导电，适用于新建和已建路面。

6、进一步地，所述疏水抑冰涂层按照质量百分比计，包括以下原料：8～15％有机硅橡胶溶液、8～15％碳酸钾、3～8％碱性硅溶胶、0.5～1％甲基硅油、0.8～1.5％ sbs改性沥青、70～80％水、0.5～0.8％硅酸甲酯和0.1～0.3％促进剂。

7、更进一步地，所述有机硅橡胶溶液为八甲基环四硅氧烷；所述碱性硅溶胶为二氧化硅胶体溶液；所述促进剂为促进剂d。

8、进一步地，所述疏水抑冰涂层的制备方法如下：按照质量百分比准确称量各原料，混合，搅拌均匀后得到疏水涂层原料混合物，在所述疏水涂层原料混合物中加入氯化钠、醋酸钠和缓蚀剂，涂覆后得到所述疏水抑冰涂层。

9、更进一步地，所述氯化钠的添加量为疏水抑冰涂层原料总质量的4～6％，醋酸钠的添加量为疏水抑冰涂层原料总质量的4～6％，缓蚀剂的添加量为疏水抑冰涂层原料总质量的0.5～1％。

10、更进一步地，所述缓蚀剂为bta缓蚀剂，在涂层中添加缓蚀剂可以起到防腐的作用，延长疏水抑冰层的作用。氯化钠和醋酸钠的作用不仅可以降低冰点，还可以增强整体涂层的附着力；含硅的原料不仅可以起到疏水的作用，还可以提高疏水抑冰层的耐磨性；碳酸钾起到降低冰点的作用；促进剂d不仅可以加快反应速度，还可以提高涂层的粘附性；sbs改性沥青起到粘结作用。

11、进一步地，所述导电抗冰卷材层的原料包括：碳纤维布、铜片、导电粘结材料和低冰点封层胶水。

12、更进一步地，所述碳纤维布为3k碳纤维布；所述铜片为紫铜片。碳纤维布是导电发热材料，铜片电极传递电流。

13、进一步地，所述导电粘结材料的制备方法如下：将聚氨酯丙烯酸酯、甲基丙烯酸月桂酯、异氰酸酯、过氧化苯甲酸叔丁酯和环氧磷酸酯按照75∶(10～15)∶(10～12)∶(1～2)∶(0.5～1)的质量比进行混合，搅拌均匀，得到所述导电粘结材料；聚氨酯丙烯酸酯为基体树脂材料，可以提高导电粘结材料的粘附力，甲基丙烯酸月桂酯为单体材料且可以提高导电粘结材料的耐水性，异氰酸酯为交联剂材料不仅可以起到交联作用，还可以提高导电粘结材料的耐久性，延长整体导电抗冰卷材层的寿命，过氧化苯甲酸叔丁酯为热引发剂材料，与单体反应形成树脂，进一步提高胶水的粘附性，环氧磷酸酯为附着力促进剂材料。

14、所述低冰点封层胶水的制备方法如下：在双组分聚氨酯胶中加入低冰点材料和缓蚀剂，得到低冰点聚氨酯胶水，再加入聚乙二醇，搅拌均匀，得到所述低冰点封层胶水。加入低冰点材料可以降低冰点以达到抗冰效果，聚乙二醇作为相变材料可以放热，提高路面融冰能力，聚氨酯胶是一种柔性材料，可以将整体导电材料进行封层，并设计为卷材的形式。

15、更进一步地，所述聚氨酯丙烯酸酯、甲基丙烯酸月桂酯、异氰酸酯、过氧化苯甲酸叔丁酯和环氧磷酸酯在400r/min的转速下混合30min。

16、更进一步地，所述低冰点材料为氯化钠和醋酸钠；所述缓蚀剂为bta缓蚀剂；所述聚乙二醇为peg-2000。

17、更进一步地，所述氯化钠的添加量为双组分聚氨酯胶总质量的4～6％；所述醋酸钠的添加量为双组分聚氨酯胶总质量的4～6％；所述缓蚀剂的添加量为双组分聚氨酯胶总质量的0.5～1％；所述聚乙二醇的添加量为双组分聚氨酯胶总质量的10～12％。

18、更进一步地，所述双组分聚氨酯胶的制备方法如下：按照质量比甲∶乙＝(8～10)∶(3～5)，在常温下搅拌120s，制得双组分聚氨酯胶，其中甲组分为水性聚氨酯树脂，乙组分为三羟甲基丙烷。

19、进一步地，所述导电抗冰卷材层的制备方法如下：

20、将碳纤维布烘干；

21、将两个铜片表面进行抛光打磨处理，作为电极；

22、在所述电极内侧涂抹导电粘结材料，将所述电极沿宽边进行对折，将烘干后的碳纤维布夹在折叠后的两面电极之中，压实，将两个铜片电极分别安装在碳纤维布两侧；

23、在所述电极的两端和中间位置安装电线，对所述电线和所述电极的接触位置进行焊接处理；

24、将低冰点封层胶水涂抹在所述碳纤维布上下两面，制成导电抗冰卷材层。

25、更进一步地，所述导电抗冰卷材层的制备方法如下：

26、对碳纤维布进行预处理：准备厚度为0.1～0.5mm的3k碳纤维布，将其放在100℃的鼓风烘干机中烘干8h；

27、准备两个紫铜片，紫铜片的尺寸为长×宽×深＝150mm×100mm×5mm，对其表面进行抛光打磨处理，作为电极备用；

28、将电极内侧(即接触碳纤维布的一侧)涂抹上导电粘结材料，将电极沿宽边进行对折，将碳纤维布夹在折叠后的两面电极之中，用压力机进行压实，将两个电极分别安装在碳纤维布的两侧；

29、在电极的两端和中间位置安装电线，对电线和电极的接触位置进行焊接处理；

30、将低冰点封层胶水均匀地涂抹在所述碳纤维布上下两面，制成导电抗冰卷材层，导电抗冰卷材层的厚度为0.1～0.5mm。

31、本发明还提供一种所述的自融冰超薄磨耗层材料的制备方法，包括以下步骤：

32、将环氧ab胶的a胶和b胶以2∶1的质量比混合，组成粘结胶水；

33、在所述导电抗冰卷材层的一面涂覆所述粘结胶水，待所述粘结胶水凝固后，立即铺设碎石橡胶颗粒混合物，并将其压入2～4mm，干燥后去除表面多余的碎石橡胶颗粒混合物，得到抗滑破冰磨耗层；

34、将疏水抑冰涂层铺设在所述抗滑破冰磨耗层表面，得到自融冰超薄磨耗层材料。

35、进一步地，所述碎石橡胶颗粒混合物为橡胶颗粒和黑刚玉碎石的混合物，橡胶颗粒的掺量为3～8％。

36、进一步地，橡胶颗粒的粒径为3～6mm，黑刚玉碎石的粒径为3～5mm。

37、本发明自融冰超薄磨耗层材料中的疏水抑冰涂层的主要作用是减少薄冰对于路面的吸附能力，在一定程度上抑制路面薄冰的形成，同时具有路面抗滑的功能，在添加低冰点材料后达到抑冰效果。抗滑破冰磨耗层的主要作用是破冰和保护路面。通过在路面铺装一些弹性橡胶颗粒，利用橡胶颗粒在压力下的可变形性，使路面在负荷状态下产生自应力，从而使表面冰层破碎，可提高路面的除冰能力。应用时该混合料路面材料产生较大的压缩变形导致冰层内的拉应力和剪应力明显增大，使冰层断裂，在车辆轮胎的反复作用下，冰层被破坏，从而克服了现有技术的抑制冻结路面铺装材料中存在的不能有效解决路面积雪结冰的问题和路用性能差、耐久性低和污染大的缺点。本发明的导电抗冰卷材层主要作用是导电发热，本发明将其设计为卷材设计，大大提高了施工的方便性，降低施工难度。

38、本发明还提供所述的自融冰超薄磨耗层材料在新建路面中的应用。

39、本发明还提供所述的自融冰超薄磨耗层材料在已建路面中的应用。

40、本发明的自融冰超薄磨耗层材料为卷材形式，卷材的形式将大大降低在实际应用中的施工难度，扩宽了其应用领域和使用场景，更好地适用于高速公路特殊路段、桥面和匝道区域。

41、本发明自融冰超薄磨耗层材料在实际应用的时候，导电抗冰卷材层通过粘结胶水粘在路面上。

42、本发明的自融冰超薄磨耗层材料，作为一种主动式的融冰方法，需要提前铺设在路面上。当路面形成薄冰后，将其通电，导电抗冰卷材层中的导电材料碳纤维布会利用其较好的导电性而产生热量，从而达到融冰效果。

43、本发明的自融冰超薄磨耗层不仅可以高效融雪化冰，并且施工难度较低，应用范围更广。

44、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

45、(1)增强抗滑疏水性能：表面疏水抑冰涂层能够提高路面的疏水性，抑制冰层的形成，降低冰层对于路面的附着力，进一步提高路面的耐久性和安全性能。

46、(2)提高除冰效率：抗滑破冰磨耗层中的黑刚玉碎石和橡胶颗粒的组合能够有效地破碎和融化路面上的冰雪，利用橡胶颗粒作为弹性材料局部变形能力较强的特性，通过路面在负荷状态下产生的自应力，使路面冰雪破碎融化，有效抑制路面结冰，从而提高路面的除冰效率，增强道路的安全性能。

47、(3)导电抗冰卷材层易施工：导电抗冰卷材层中的碳纤维布具有良好的导电性能，能够有效地发热除冰，使路面迅速融化积雪和冰层，提高道路的通行能力。设计为卷材的形式，更有助于实际应用和施工。除此之外，在低冰点封层胶水中加入低冰点材料，可以降低路面冰点，使路面更不易结冰，进一步提高路面的抗冰性能。

48、(4)降低路面冰点：通过在疏水抑冰涂层和低冰点封层胶水中添加低冰点材料，进而降低路面的冰点，达到抑制路面结冰的效果。