抗凝冰沥青复合材料的研究

发布时间：2019-04-10 20:33

【摘要】：抗凝冰剂填料的制备技术、抗凝冰沥青复合材料的制备技术及其抗凝冰性能的测试实验技术是研究抗凝冰沥青路面的基础。抗凝冰沥青路面作为一种主动型抗凝冰路面技术,如果能大规模在高等级公路中得到应用,将能够极大地降低冰雪对于道路交通的危害,减少社会人员伤亡和财产损失。冻雨等自然灾害造成的大面积交通堵塞使得这个问题得到越来越多的研究者的关注。本文研究了硅藻土/氯化盐复合抗凝冰剂填料的制备方法,并考察了抗凝冰沥青复合材料,即抗凝冰沥青胶浆的抗表面结霜结冰以及融冰性能。采用SEM、EDS、XRD、IR、热分析等方法对复合抗凝冰剂填料进行了表征。1、通过在远离平衡态的条件下将氯化盐的饱和溶液中加入非溶剂,辅以超声波振荡场条件和异相成核剂作用,制备出了微米和纳米尺寸的矿粉置换型非包覆抗凝冰填料。其中氯化盐类与硅藻土实现了微观级别的物理相互镶嵌和包裹。该填料粒径均一且具有吸湿性。在干燥条件下,易于流动且长期保存不团聚。该填料的粒径大约在10至50μm左右。在复合颗粒的成核生长阶段添加纳米二氧化硅会改变复合颗粒的形状,减少裸露在复合颗粒表面的硅藻土残片,降低硅藻土残片与氯化钠的复合程度。用氯化钾代替氯化钠之后,复合颗粒的尺寸减小,复合颗粒中氯化钾晶体发生畸变。这可能是由于氯化钾的饱和浓度高于氯化钠所造成。2、对非包覆型抗凝冰剂进行聚合物包覆改性能够获得疏水的抗凝冰剂颗粒;还能够改变抗凝冰剂的吸湿性。吸湿性试验表明包覆后样品的吸湿性大幅度降低,但仍然具有吸湿性。其相对72h吸湿性由未包覆前的68.6%降低到包覆后的14.8%.热分析表明该填料在250℃之下,其中的高分子材料基本不氧化降解,说明其耐热性能能够满足热拌法沥青混合料的生产工艺。3、采用沥青热拌合法,将氯化钾-硅藻土复合抗凝冰剂与沥青制备成了抗凝冰沥青胶浆复合材料试样。SEM和光学显微观测分析表明抗凝冰剂微粒与沥青具有微观相容性。对比进行模拟抗凝冰实验前后的试片表面的微观结构,发现由于氯化盐的释放,沥青胶浆试片表面出现了微米级的凹坑,凹坑开口的最大尺寸以10μm左右为主,最大一般不超过50μm。说明沥青胶浆材料的本体未受到破坏。4、稳态降温法测试抗凝冰沥青材料表面的结冰温度试验结果表明,随着抗凝冰沥青胶浆复合材料中抗凝冰剂含量的增加,材料表面结冰的温度降低。对于抗凝冰剂含量50%的样品,平均结冰温度-6.5℃;平均结霜温度-8.5℃;漂浮于盐溶液膜之上的冰晶的平均结霜温度为-7.5℃.说明抗凝冰沥青复合材料具有在一定的温度下阻止其表面冻结冰或霜的能力。5、进行了融冰速率试验。结果表明随着抗凝冰沥青胶浆复合材料中抗凝冰剂含量的增加,材料表面的冰在室温下融化的速率提高。含有50%的矿粉置换型非包覆抗凝冰剂填料的抗凝冰沥青胶浆复合材料的融冰速率约是未添加任何抗凝冰剂的试样的沥青胶浆复合材料的融冰速率的3倍。
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【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U414

【参考文献】