路面抗凝冰技術(shù)專用乳化劑的應(yīng)用

胡富平 ，申鐵軍，高 鵬，李毓麒

（1.山西路橋集團(tuán)晉南項(xiàng)目管理有限公司，山西 太原 030006；2.山西路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 太原 030006；3.長(zhǎng)治市武理工工程技術(shù)研究院，山西 長(zhǎng)治 046000；4.東北大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110000）

引言

與抗凝冰超薄罩面、抗凝冰霧封層相比，抗凝冰微表處的優(yōu)點(diǎn)是抗凝冰劑混入5～10 mm厚的微表處中，性價(jià)比高，使用壽命相對(duì)較長(zhǎng)。

1 抗凝冰技術(shù)推廣的必要性

（1）路面結(jié)冰嚴(yán)重影響高效、快捷、安全的運(yùn)行；傳統(tǒng)路面除冰雪技術(shù)效率低、效果差，且對(duì)路面和基礎(chǔ)設(shè)施帶來(lái)?yè)p害。（2）路面是被動(dòng)狀態(tài)，路表空隙引起冰雪與路面黏結(jié)緊密，經(jīng)過(guò)工業(yè)CT計(jì)算機(jī)層析掃描，發(fā)現(xiàn)距表面20 mm內(nèi)空隙大且連通，抗凍融能力差，冰雪與路表黏結(jié)緊密。

2 主動(dòng)型抗凝冰技術(shù)的弊端

2.1 工程造價(jià)高

采用固-液相變材料每平方米額外增加材料成本40～50元；采用緩釋鹽化物材料每平方米額外增加材料成本約60～100元。

2.2 應(yīng)用時(shí)機(jī)受限

因鹽化物材料與乳化瀝青的相容性較差，只能依托新建工程或罩面類養(yǎng)護(hù)工程進(jìn)行施工，無(wú)法與霧封層、微表處等預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)相結(jié)合。

2.3 小規(guī)模施工困難

對(duì)于凝冰嚴(yán)重的拐彎處、匝道、隧道出入口等特殊路段，因工程量過(guò)小，施工組織困難。

綜上所述，現(xiàn)有主動(dòng)型抗凝冰技術(shù)面臨淘汰，難以大規(guī)模推廣應(yīng)用。

3 主動(dòng)抗凝冰技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

3.1 抗凝冰超薄罩面

（1）優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)應(yīng)用時(shí)間較長(zhǎng)，成熟度高。 （2）缺點(diǎn)：工程造價(jià)高，應(yīng)用時(shí)機(jī)受限，小規(guī)模施工困難，效果達(dá)不到預(yù)期。

3.2 抗凝冰霧封層

（1）優(yōu)點(diǎn)：抗凝冰劑混入到1～2 mm厚的含砂霧封層中，工程造價(jià)低，抗凝冰劑利用率高。 （2）缺點(diǎn)：霧封層耐久性下降，使用壽命短。

4 新型抗冰凝技術(shù)主要研究?jī)?nèi)容

抗凝冰微表處技術(shù)將抗凝冰劑混入5～10 mm厚的微表處中，性價(jià)比高，使用壽命相對(duì)較長(zhǎng)。

4.1 微表處專用抗凝冰劑的研制

通過(guò)篩選適合于微表處體系（即不影響微表處破乳成型速度）的疏水材料，并嘗試不同的添加量以形成不同厚度的疏水緩釋膜，進(jìn)而獲得具有不同融冰鹽緩釋速率的抗凝冰劑，并調(diào)節(jié)抗凝冰劑的粒徑大小，從中篩選出適用于微表處體系專用抗凝冰劑配方，見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 疏水材料抗凝原理

圖2 不同載體的凝冰鹽緩釋特征

4.2 抗凝冰微表處專用乳化劑的研制

在傳統(tǒng)微表處乳化劑基礎(chǔ)上，通過(guò)復(fù)配其它表面活性劑，保證抗凝冰微表處體系獲得合適的拌和時(shí)間和破乳成型速度[1]。在形成適用于抗凝冰微表處體系的專用乳化劑的同時(shí)，還可以進(jìn)一步調(diào)節(jié)微表處乳化瀝青體系的pH值和乳化劑摻量，優(yōu)化微表處乳化瀝青的破乳速度[2]。主要由乳化劑、改性劑、瀝青為原料制得，各原料按組份按重量百分比[3]。改性劑3.1%～5.1%；瀝青29%～79%；乳化劑0.2%～0.5%，該組合物含有復(fù)合添加劑、基質(zhì)瀝青、聚合物改性劑、陽(yáng)離子型乳化劑[4]，乳化劑A、B、C、D種類型見(jiàn)圖3。A型復(fù)合添加劑含烷基苯酚、松香酸，C型陽(yáng)離子型乳化劑含咪唑啉型乳化劑。

圖3 乳化劑類型分子結(jié)構(gòu)

4.2.1 A型按重量份組成

（1）陽(yáng)離子型乳化劑瀝青重量的0.2%～0.5%；（2）瀝青30～80份；（3）35～82 ℃熱水32～50份；（4）濃鹽酸，調(diào)節(jié)pH=1.7～6.0；（5）無(wú)機(jī)鹽穩(wěn)定劑，微量[5]。

4.2.2 B型按重量份組成

（1）瀝青31～79份；（2）陽(yáng)離子型乳化劑瀝青重量0.2%～0.5%；（3）無(wú)機(jī)鹽穩(wěn)定劑,微量；（4）濃鹽，調(diào)節(jié)pH＝1.5～7.0；（5）35～82 ℃熱水32～50份[6]。

4.2.3 C型按重量份組成

（1）聚乙丁烯6～8份；（2）瀝青50～60份；（3）助乳化劑9～11份；（4）基礎(chǔ)乳化劑11～13份；（5）水30～40份；（6）穩(wěn)定劑0.2～2份[7]。

4.2.4 D型陽(yáng)離子型按重量份組成

（1）乳化劑1.5～5份；（2）添加劑0.1～5份；（3）改性劑2～10份。

生產(chǎn)乳化瀝青所用陽(yáng)離子瀝青乳化劑，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行聚合物接枝改性，以咪唑啉結(jié)構(gòu)為基體，調(diào)節(jié)集料表面和親水基團(tuán)的吸附作用[8],控制乳化瀝青破乳速率。以有機(jī)酸、有機(jī)多胺制備咪唑啉為中間體,再把咪唑啉中間體與有機(jī)醛、有機(jī)酮經(jīng)曼尼希反應(yīng)后進(jìn)行改性，調(diào)節(jié)親水端空間位阻、電荷強(qiáng)度，改善乳化性能、慢裂性能，使其制備的乳化瀝青具有優(yōu)越的慢裂快凝效果，滿足微表處快速開(kāi)放交通的目的[9]。

4.3 抗凝冰微表處的路用性能與抗凝冰功能研究

研究抗凝冰微表處混合料的配合比設(shè)計(jì)、早期強(qiáng)度、力學(xué)性能，并建立一套抗凝冰功能評(píng)價(jià)方法，重點(diǎn)評(píng)價(jià)抗凝冰微表處可降低冰點(diǎn)的程度，并尋求方法評(píng)價(jià)或預(yù)測(cè)在不同環(huán)境條件下抗凝冰功能的有效作用時(shí)間。

5 創(chuàng)新點(diǎn)及技術(shù)路線

5.1 創(chuàng)新點(diǎn)

（1）形成一種適用于微表處體系的專用抗凝冰劑，實(shí)現(xiàn)抗凝冰劑與微表處材料之間的良好相容性；（2）形成一種適用于抗凝冰微表處體系的專用瀝青乳化劑，實(shí)現(xiàn)在摻入抗凝冰劑的條件下仍能保持較快的破乳成型速度；（3）形成一種兼具主動(dòng)抗凝冰功能和預(yù)防性養(yǎng)護(hù)功能的抗凝冰微表處技術(shù)，不僅可以實(shí)現(xiàn)抗凝冰技術(shù)的低成本化和快速施工，而且可以獲得相對(duì)較長(zhǎng)時(shí)間（3～4 a）的預(yù)期使用壽命。

5.2 技術(shù)路線

（1）調(diào)研不同抗凝冰劑產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特征和性能特點(diǎn)；（2）調(diào)研改進(jìn)型微表處技術(shù)的性能特征和發(fā)展現(xiàn)狀；（3）微表處專用抗凝冰劑的研制； （4）篩選適用于微表處體系的疏水材料，并考察不同添加量對(duì)抗凝冰劑的影響規(guī)律；（5）研究不同級(jí)配抗凝冰劑對(duì)微表處破乳成型速度的影響規(guī)律； （6）研制抗凝冰微表處專用乳化劑；（7）根據(jù)抗凝冰劑對(duì)微表處乳化瀝青破乳速度的具體影響，復(fù)配調(diào)整乳化劑配方；（8）研究pH值、乳化劑摻量對(duì)微表處乳化瀝青破乳速度的影響；（9）抗凝冰微表處的路用性能與抗凝冰功能評(píng)價(jià)；（10）研究抗凝冰微表處的配合比設(shè)計(jì)；（11）評(píng)價(jià)抗凝冰微表處的早期強(qiáng)度；（12）評(píng)價(jià)抗凝冰微表處的力學(xué)性能；（13）評(píng)價(jià)抗凝冰微表處的抗凝冰功效；（14）施工工藝研究及技術(shù)工程化驗(yàn)證；（15）研究抗凝冰微表處施工工藝；（16）鋪筑抗凝冰微表處試驗(yàn)路，實(shí)施工程化驗(yàn)證[10]。

6 結(jié)語(yǔ)

在傳統(tǒng)微表處的施工工藝基礎(chǔ)上，根據(jù)需要進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，形成抗凝冰微表處施工工藝，并根據(jù)依托工程鋪筑500～1 000 m抗凝冰微表處工程試驗(yàn)路，充分驗(yàn)證該技術(shù)的工程化實(shí)施效果。