一种应用在冰冻路面的聚氨酯发泡蓄盐材料及道路结构
技术领域
本发明涉及道路工程
技术领域
，具体涉及一种应用在冰冻路面的聚氨酯发泡蓄盐材料及道路结构。背景技术
冬季道路行车安全是国内外普遍关注的重要问题。冬季道路表面积雪、结冰导致路面抗滑能力大幅度降低，不仅严重削弱道路的通行能力，而且对车辆行驶安全构成严重威胁，极易诱发严重的交通事故。通常气温低于0℃时，路面便会出现凝冰，即黏附在路面表面的一层薄冰。
目前，我国除冰雪方法主要分为主动融冰雪技术和被动融冰雪技术，传统融雪除冰方法属于被动融冰雪技术，具有低效、损伤路面、污染环境等不足。撒布除冰盐是路面除冰使用最多的方法，但除冰盐中含有的氯离子会随融水渗入到路面结构或流入周围田地，不仅对路面材料造成侵蚀，影响路面使用性能，而且污染周围环境。人工或机械除冰则能耗大、效率低，容易破坏路面交通设施，且难以及时恢复交通。同时，在主动融冰雪技术上，微波除冰、相变储能材料、自应力弹性路面、环保型自融冰材料、热管传热技术、超疏水仿生材料等除冰技术蓬勃发展，为路面抗凝冰问题的解决提供了新思路。
中国专利文献CN101787216A公开了一种沥青混凝土碎石封层用抗凝冰剂及其制备方法，由下列质量组份的材料制成：氯化物85～95份；碳酸钙2～7份；氧化硅2～5份；炭黑2～5份；硬脂酸6～10份；硬脂酸钙10～20份；制备方法包括以下步骤：1)、按质量配比称取各组份；2)、将氯化物和炭黑混合均匀100～105℃烘箱中保温1～2h；3)、将加热到80～90℃的硬脂酸溶液加入到步骤2的混合物中搅拌均匀，磨细成粉末；4)、将步骤3中破碎的粉末与碳酸钙、氧化硅进行混合；5)、将硬脂酸钙加入到步骤4得到的混合物中，在100～120℃下搅拌混合均匀，冷却即得。但是材料能够降低的路面的冰点有限，不能广泛应用北方地区。中国专利文献CN108949109A本发明提供了一种蓄盐缓释型融雪除冰剂，由质量比3.2～3.7：0.8～1.3：1的缓释型无机盐、异丙醇或丙二醇甲醚及包裹聚合物组成；所述缓释型无机盐由抗凝冰氯盐饱和溶液、硅藻土、纳米二氧化硅、表面活性剂及无水乙醇组成；所述包裹聚合物由聚合物单体、异丙醇或丙二醇甲醚、KH570、AIBN、三乙胺及水组成，所述聚合物单体由丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、苯乙烯组成。这种措施属于被动控制技术，不能随时保证道路畅通，维护道路安全。
综上所述，提供一种能够主动融冰雪且适用于北方路面的材料具有重要意义。
发明内容
针对现有融冰雪材料不适用于北方且多为被动控制技术的问题，本发明提供一种应用在冰冻路面的聚氨酯发泡蓄盐材料及道路结构，通过聚氨酯发泡材料、无机盐、有机盐组成低冰点材料，该低冰点材料具有延长释放效果，可以更长时间融冰化雪。
第一方面，本发明提供一种应用在冰冻路面的聚氨酯发泡蓄盐材料，包括如下重量份数的原料：
低聚物多元醇70～120份、异氰酸酯30～80份、锆酸钨1～10份、扩链剂5～25份、交联剂0.1～5份、发泡助剂0.1～5份、催化剂0.01～0.5份、开孔剂0.1～5份、盐5～20份。
进一步的，所述聚氨酯发泡材料包括如下重量份数的原料：
低聚物多元醇98.78份、异氰酸酯51.22份、锆酸钨3份、扩链剂10份、交联剂1份、发泡助剂3.25份、催化剂0.1份、开孔剂2.65份、盐10份。
进一步的，低聚物多元醇为聚醚多元醇4110，异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯，扩链剂为3,3'-二氯-4,4'-二氨基二苯甲烷，交联剂为三乙醇胺，发泡助剂为正戊烷，催化剂为三亚乙基二胺，开孔剂为ORTEGOL 501。
进一步的，所述盐为有机盐和无机盐的混合物，所述有机盐和无机盐的质量比为1：1。
进一步的，所述有机盐为醋酸镁，所述无机盐为氯化镁。一方面，醋酸镁和氯化镁的混合物可协同降低路面冰点，实现更好的抗凝冰效果；另一方面，醋酸镁和氯化镁的腐蚀性低，融冰后液体不易腐蚀道路护栏等设备。
进一步的，所述聚氨酯发泡蓄盐材料按照如下制备方法制得：
(1)向容器A中加入一部分低聚物多元醇、扩链剂和交联剂，加热至110～120℃后，在此温度下边搅拌边抽真空，直至无气泡产生，待温度冷却至室温，加入发泡助剂和催化剂，搅拌均匀，得到组分A，密封待用；
(2)向容器B中加入剩余低聚物多元醇并加热至110～120℃，在此温度下边搅拌边抽真空，直至无气泡产生，待温度冷却至55～65℃，加入异氰酸酯，然后升温至75～90℃，反应0.5～3h后冷却至室温，得到组分B，密封待用；
(3)将组分A和组分B混合并加热至35～45℃后，加入开孔剂，得到组分C；
(4)将组分C倒入盛有盐的容器中搅拌，得到组分D，固化5～10min后，将组分D倒入盛有锆酸钨的容器中搅拌，然后将混合物倒入模具中，固化后脱模、粉碎，得到聚氨酯发泡蓄盐材料。
先将盐与聚氨酯发泡材料混合，固化几分钟可使盐与聚氨酯发泡材料的结合更加牢固，然后再将聚氨酯发泡蓄盐材料与锆酸钨混合，可以使锆酸钨更多地附着在盐的外侧，从而更好地实现夏季封堵盐释放通道，冬季打开盐释放通道的效果。
进一步的，所述步骤(4)中粉碎为粉碎成直径为3mm的颗粒状材料。
第二方面，本发明提供一种道路结构，所述道路结构包括路基和铺设在路基上的沥青层，所述沥青层的沥青间空隙内填有上述聚氨酯发泡蓄盐材料，所述沥青层可以由拌和有粗集料、细集料以及上述聚氨酯发泡蓄盐材料等组分的沥青形成。
本发明的有益效果在于，
本发明提供一种应用在冰冻路面的聚氨酯发泡蓄盐材料，能够有效降低路面冰点，在-25～0℃的路面抗凝冰效果好，并能实现8～10天的长期服役时间，可满足北方大部分地区使用需求；具体的，将盐与聚氨酯发泡材料结合，有效延长了抗凝冰效果的时间，弥补了盐直接与沥青混合时使用时间短、释放效率过快的不足；利用开孔剂使聚氨酯形成盲孔，进而形成盐的释放通道，通过控制开孔剂用量，尽可能避免聚氨酯形成通孔，从而延长盐的释放，实现更长周期下的融冰化雪；利用锆酸钨作为负热膨胀材料的特性，一定程度上缓解了因夏季雨水溶解盐导致的盐流失问题，同时保证了盐在冬季需要融雪化冰时的正常释放。
本发明还提供一种道路结构，该道路结构使用本发明提供的聚氨酯发泡蓄盐材料，能够在冬季主动融冰雪；同时，还可根据使用需求，在沥青层中加入强度改性剂(如矿粉、金属粉末等)或防滑剂(熟石灰等)。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
下述实施例所使用的低聚物多元醇为聚醚多元醇4110，异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯，扩链剂为3,3'-二氯-4,4'-二氨基二苯甲烷，交联剂为三乙醇胺，发泡助剂为正戊烷，催化剂为三亚乙基二胺，开孔剂为ORTEGOL 501，盐为质量比1：1的醋酸镁与氯化镁的混合物。
实施例1
一种应用在冰冻路面的聚氨酯发泡蓄盐材料，包括如下重量份的原料：
低聚物多元醇108.55份、异氰酸酯61.45份、锆酸钨7份、扩链剂13份、交联剂2.75份、发泡助剂4.25份、催化剂0.5份、开孔剂2.5份、盐10份；
按照如下方法制备：
(1)向容器A中加入60份低聚物多元醇、13份扩链剂和2.75份交联剂，加热至120℃后，在此温度下边搅拌边抽真空约0.5h，此时无气泡产生，待温度冷却至室温，加入4.25份发泡助剂和0.5份催化剂，搅拌10min至均匀，得到组分A，密封待用；
(2)向容器B中加入48.55份低聚物多元醇并加热至120℃，在此温度下边搅拌边抽真空，直至无气泡产生，待温度冷却至65℃，加入61.45份异氰酸酯，然后升温至85℃，反应2.5h后冷却至室温，得到组分B，密封待用；
(3)将组分A和组分B混合并加热至45℃后，加入2.5份开孔剂，得到组分C；
(4)将组分C倒入盛有10份盐的容器中搅拌20s，得到组分D，固化10min后，将组分D倒入盛有7份锆酸钨的容器中搅拌20s，然后将混合物倒入模具中，固化40min后脱模、粉碎成直径为3mm的颗粒状材料，得到聚氨酯发泡蓄盐材料。
实施例2
一种应用在冰冻路面的聚氨酯发泡蓄盐材料，包括如下重量份的原料：
低聚物多元醇75份、异氰酸酯35份、锆酸钨5份、扩链剂6份、交联剂1.7份、发泡助剂1.25份、催化剂0.05份、开孔剂1份、盐15份；
按照如下方法制备：
(1)向容器A中加入40份低聚物多元醇、6份扩链剂和1.7份交联剂，加热至115℃后，在此温度下边搅拌边抽真空约0.5h，此时无气泡产生，待温度冷却至室温，加入1.25份发泡助剂和0.05份催化剂，搅拌10min至均匀，得到组分A，密封待用；
(2)向容器B中加入35份低聚物多元醇并加热至115℃，在此温度下边搅拌边抽真空，直至无气泡产生，待温度冷却至55℃，加入35份异氰酸酯，然后升温至75℃，反应1h后冷却至室温，得到组分B，密封待用；
(3)将组分A和组分B混合并加热至40℃后，加入1份开孔剂，得到组分C；
(4)将组分C倒入盛有15份盐的容器中搅拌20s，得到组分D，固化5min后，将组分D倒入盛有5份锆酸钨的容器中搅拌20s，然后将混合物倒入模具中，固化25min后脱模、粉碎成直径为3mm的颗粒状材料，得到聚氨酯发泡蓄盐材料。
实施例3
一种应用在冰冻路面的聚氨酯发泡蓄盐材料，包括如下重量份的原料：
低聚物多元醇98.78份、异氰酸酯51.22份、锆酸钨3份、扩链剂10份、交联剂1份、发泡助剂3.25份、催化剂0.1份、开孔剂2.65份、盐10份；
按照如下方法制备：
(1)向容器A中加入50份低聚物多元醇、10份扩链剂和1份交联剂，加热至110℃后，在此温度下边搅拌边抽真空约0.5h，此时无气泡产生，待温度冷却至室温，加入3.25份发泡助剂和0.1份催化剂，搅拌10min至均匀，得到组分A，密封待用；
(2)向容器B中加入48.78份低聚物多元醇并加热至110℃，在此温度下边搅拌边抽真空，直至无气泡产生，待温度冷却至60℃，加入51.22份异氰酸酯，然后升温至80℃，反应1.5h后冷却至室温，得到组分B，密封待用；
(3)将组分A和组分B混合并加热至35℃后，加入2.65份开孔剂，得到组分C；
(4)将组分C倒入盛有10份盐的容器中搅拌20s，得到组分D，固化10min后，将组分D倒入盛有3份锆酸钨的容器中搅拌20s，然后将混合物倒入模具中，固化30min后脱模、粉碎成直径为3mm的颗粒状材料，得到聚氨酯发泡蓄盐材料。
实施例4
按5％的掺杂量将实施例1的聚氨酯发泡蓄盐材料与90#沥青拌和30s，还可根据实际需要加入粗集料、细集料等一起拌和，然后分别铺设在路基上，待沥青降温至50℃以下，方可通车。
实施例5
按10％的掺杂量将实施例2的聚氨酯发泡蓄盐材料与90#沥青拌和30s，还可根据实际需要加入粗集料、细集料等一起拌和，然后分别铺设在路基上，待沥青降温至50℃以下，方可通车。
实施例6
按8％的掺杂量将实施例3的聚氨酯发泡蓄盐材料与90#沥青拌和30s，还可根据实际需要加入粗集料、细集料等一起拌和，然后分别铺设在路基上，待沥青降温至50℃以下，方可通车。
分别将实施例1～3的聚氨酯发泡蓄盐材料分散于蒸馏水中，聚氨酯发泡蓄盐材料与蒸馏水的质量比为1：4，将分散液置于-25℃的低温试验箱中，待溶液温度降低至0℃后，每20min记录一次溶液的温度变化，待溶液温度降低至-3℃后，每5min记录一次溶液的温度变化，直至水膜表面开始结冰，水膜以冰水平衡态共存，当结冰面积约占总面积的50％时，以此为表面结冰点温度，取两次测试结果的算数平均值为测定结果(表1)。
表1聚氨酯发泡蓄盐材料冰点表(单位：℃)
项目
实施例1
实施例2
实施例3
冰点1
-24.7
-24.9
-25.0
冰点2
-24.3
-24.8
-25.0
冰点平均值
-24.5
-24.85
-25.0
由表1可以看出，本发明实施例1～3的聚氨酯发泡蓄盐材料冰点低，能够适应北方大部分地区冬季融雪化冰需要。
尽管通过优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
