蓄鹽抗凝點瀝青路面外加劑中鹽分緩釋性能的研究

蓄鹽抗凝點瀝青路面外加劑中鹽分緩釋性能的研究

抗鹽抗凝劑是一種可以積極將道路表面的冰雪融化的外加劑?；趪獾淖钚卵芯窟M(jìn)展,國內(nèi)一些學(xué)者也開始對鹽化物自融雪瀝青路面進(jìn)行研究1實驗和測試1.1主要原材料1.2紅外光譜.3H-2000型BET比表面積測試儀、S-4800型掃描電子顯微鏡、TJ270-30A型紅外光譜儀、磁力攪拌器85-2C、DDS-11A數(shù)顯電導(dǎo)率儀等.1.3抗凝點瀝青路面外加劑的制備方法(1)改性火山巖將火山巖研磨,在800~900℃下煅燒,制得比表面積≥350m(2)制備鹽化物載體按配比將改性火山巖、火山巖、硅藻土、沸石、粉煤灰分別加入飽和鹽水中,在20~30℃,攪拌4~5h,然后在105~140℃下,烘干至恒重,制得鹽化物載體.(3)配制表面活性劑溶液按有機(jī)溶劑與表面活性劑質(zhì)量比(1~10)∶1混合,加熱至60~70℃,攪拌25~30min,制得表面活性劑溶液.(4)制備抗凝點瀝青路面外加劑按照配比,向鹽化物載體中加入表面活性劑溶液,攪拌4~5h,在105~140℃烘干至恒重,即可得到抗凝點瀝青路面外加劑.1.4親水性能測試電導(dǎo)率測定.使用DDS-11A數(shù)顯電導(dǎo)率儀測定樣品的電導(dǎo)率,表征氯鹽離子濃度的變化,以此評價樣品的吸附性能和緩釋性能BET比表面積測試.使用3H-2000型BET比表面積測試儀測試載體的比表面積、累積脫附面積和累積脫附直徑.滲水性試驗.(1)塑料杯底部進(jìn)行扎孔處理,滲水性試驗所選用的塑料杯應(yīng)為透明,以便試驗時進(jìn)行觀察、記錄;(2)加入10g樣品進(jìn)行震動,使樣品在透明塑料杯的底部震實整平;(3)沿著塑料杯杯壁加入50mL蒸餾水,觀察其滲透情況,記錄其滲透時間和流盡時間.2結(jié)果與分析2.1鹽化物載體的種類和配比蓄鹽型抗凝點瀝青路面外加劑的緩釋性能受到多孔載體的影響,不同種類的載體具有不同的吸附能力.為提高抗凝點瀝青路面的除冰雪抑冰的作用,延長抗凝點瀝青路面的有效除冰雪使用壽命,筆者選用多孔隙結(jié)構(gòu)、比表面積大的材料作為載體.分別選用火山巖、硅藻土、粉煤灰、沸石、改性火山巖5種粉體材料制備鹽化物載體,不同載體參數(shù)見表1所示.稱取36g氯化鈉配制成飽和溶液,分別向飽和溶液中加入20g多孔載體,攪拌4h,浸泡24h后將液體濾去,在105~140℃的溫度下進(jìn)行烘干至恒重,即攪拌→浸泡→抽濾→烘干,循環(huán)3次,再將其研磨,即得到鹽化物載體.A、B、C、D、E分別對應(yīng)以上5種鹽化物載體.分別稱取相同質(zhì)量不同種類的鹽化物載體,加入一定體積的蒸餾水,用電導(dǎo)率儀測試其在3h之內(nèi)的電導(dǎo)率k,結(jié)果見圖1所示.表1數(shù)據(jù)顯示,5種載體的比表面積由小到大順序是粉煤灰、硅藻土、火山巖、改性火山巖、沸石;累積脫附面積從小到大的順序是粉煤灰、硅藻土、火山巖、改性火山巖、沸石;累積脫附直徑由大到小的排序是沸石、硅藻土、改性火山巖、火山巖、粉煤灰.由圖1可知,5種鹽化物載體的電導(dǎo)率均隨時間變化而增加,電導(dǎo)率從大到小的排列順序是沸石、改性火山巖、火山巖、硅藻土、粉煤灰,說明五種載體對氯鹽的吸附能力逐漸降低.沸石鹽化物載體的電導(dǎo)率隨時間變化較快,其余樣品電導(dǎo)率隨時間變化較緩慢.比較圖1和表1可以看出,不同載體對氯鹽的吸附能力由小到大順序與其比表面積及累積脫附面積大小順序一致,說明載體的比表面積越大,對鹽的吸附能力就越強(qiáng),吸附量也越大,則鹽化物載體溶于水后溶液的電導(dǎo)率值亦越大.但累積脫附直徑大小順序與載體對氯鹽的吸附量順序不完全一致,這可能與多孔材料的結(jié)構(gòu)有關(guān).沸石對氯鹽有較強(qiáng)的吸附能力,是比較理想的載體,但是隨著浸泡時間的增長,其鹽化物載體溶液的電導(dǎo)率值也逐漸增大,對緩釋性能有影響.改性火山巖是將火山巖在800~900℃下煅燒后得到的產(chǎn)物,表1數(shù)據(jù)表明,改性后火山巖的累積脫附直徑顯著增大,從而使火山巖的表面積也顯著增大.因此,改性后的火山巖的電導(dǎo)率較高,對氯鹽的吸附能力增強(qiáng).從應(yīng)用方面考慮,沸石的價格要遠(yuǎn)高于火山巖的價格,所以筆者選擇改性火山巖作為氯化鈉的多孔載體.2.2油包表面活性劑的緩沖劑種類的確定在孔隙的滲透壓力、毛細(xì)管壓力以及車輛荷載三種方式作用下,吸附在改性火山巖孔隙中的氯化鈉從火山巖的多孔結(jié)構(gòu)中緩慢釋放出來,使凝點下降以滿足融冰雪抑制結(jié)冰的需求.但是當(dāng)遇到水后,其內(nèi)部的鹽分就會很快釋放,使用壽命大大縮短,為使其有效除冰雪年限延長,讓氯鹽緩慢釋放,筆者對制得的改性火山巖鹽化物載體進(jìn)行表面改性,即包覆一層表面活性劑.選用非離子型表面活性劑span-60、span-80、OP-10,陰離子表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉,按質(zhì)量比5∶1復(fù)配的span-80與十二烷基苯磺酸鈉,按質(zhì)量比5∶1復(fù)配的OP-10與十二烷基苯磺酸鈉.將乙醇分別與上述表面活性劑以體積比5∶1混合,攪拌1h,使表面活性劑得到充分溶解,將樣品E與不同種類的表面活性劑溶液以質(zhì)量比5∶1混合,在80℃條件下攪拌6h,在135℃的溫度下烘干至恒重,分別得到樣品F、G、H、M、N和X.分別稱取相同質(zhì)量的樣品放入一定體積的蒸餾水中,使用電導(dǎo)率儀測試其在3h之內(nèi)的電導(dǎo)率,試驗結(jié)果見圖2.由圖2可知,包裹OP-10的H樣品和未包裹表面活性劑的E樣品氯鹽釋放速率相近,并無太大差異.包裹十二烷基苯磺酸鈉的M樣品和質(zhì)量比5∶1的OP-10與十二烷基苯磺酸鈉復(fù)配型表面活性劑的X樣品有一定的緩釋效果.包裹質(zhì)量比5∶1的span-80與十二烷基苯磺酸鈉復(fù)配型表面活性劑的樣品N有較明顯的緩釋效果,包裹span-60和span-80的F、G樣品氯離子釋放速率較未包裹表面活性劑的E樣品明顯降低,緩釋效果明顯.表面活性劑OP-10分子中具有較長的非極性基團(tuán),疏水能力較強(qiáng),所以筆者選用OP-10做憎水處理劑之一.將OP-10溶入適量乙醇,配制表面活性劑緩釋溶液.由于乙醇分子中-OH的作用,OP-10的分子空間結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化,形成了曲折結(jié)構(gòu)十二烷基苯磺酸鈉為直鏈烷基苯磺酸鈉span-80常被用作油包水型非離子表面活性劑2.3過水滲流試驗按照前面試驗方法,對氯化鈉、樣品E與樣品F進(jìn)行滲水性試驗,結(jié)果見表2.由圖2可知,未經(jīng)表面活性劑包覆的樣品E的電導(dǎo)率遠(yuǎn)大于用表面活性劑包覆的樣品F的電導(dǎo)率,且電導(dǎo)率變化速率相對較快,可見經(jīng)表面活性劑span-60包覆后的F樣品釋放速度較慢.結(jié)合表2滲水性試驗結(jié)果,NaCl遇到水后,水瞬間從樣品中滲透,水流盡只需極少時間;樣品E的滲透時間較短,樣品F的滲透時間和流盡時間均較長.由于樣品E中改性火山巖粉體對NaCl的吸附作用而明顯降低了其滲水性,在一定程度上提高了抗凝冰劑的緩釋性能.樣品F是在樣品E上均勻地裹附一層憎水劑(span-60),因此樣品F,水分滲透時間和水分流盡時間均較長,說明表面憎水化處理使粉體的耐水性有了極大的提高,使鹽化物載體中的融雪物質(zhì)緩慢釋放,從而提高其緩釋性能和使用長效性.用掃描電子顯微鏡觀察表面活性劑在鹽化物表面的包覆效果,結(jié)果見圖3所示.從圖3可以看出,在改性火山巖鹽化物載體表面明顯包覆一層膜,說明span-60已對鹽化物載體進(jìn)行包覆,因此樣品F具有較強(qiáng)的憎水性,使鹽化物載體中的鹽分緩慢釋放,從而使其具有長效性.2.4鹽化物載體與表面活性劑配比的確定將乙醇與span-60以體積比5∶1混合,攪拌1h,使表面活性劑得到充分溶解,分別以質(zhì)量比1∶1、5∶1、10∶1將樣品E與表面活性劑溶液混合,在80℃條件下攪拌6h使其充分混合,在135℃的溫度下烘干至恒重.分別稱取相同質(zhì)量烘干后的樣品,加入一定體積的蒸餾水中,使用電導(dǎo)率儀測試其在3h之內(nèi)電導(dǎo)率,結(jié)果見圖4.由圖4可知,表面活性劑與改性火山巖鹽化物載體配比為1∶1時,電導(dǎo)率偏小,電導(dǎo)率變化較緩慢,即氯鹽釋放較緩慢,因為表面活性劑用量相對較多,將鹽化物載體包覆過于密實,氯鹽不易釋放.表面活性劑與改性火山巖鹽化物載體配比為1∶10時,電導(dǎo)率偏大,電導(dǎo)率變化較快,即氯鹽釋放比較迅速,因為表面活性劑用量相對較少,未能將鹽化物載體完全包覆,氯鹽易釋放,該種配比外加劑用于瀝青混凝土中能夠起到自融雪的作用,但長效性欠佳,所以表面活性劑與鹽化物載體配比確定為1∶5.2.5改性溫度與電導(dǎo)率關(guān)系在60℃、70℃、80℃、90℃下,對改性火山巖鹽化物載體進(jìn)行表面改性,span-60與鹽化物載體配比為1∶5,得到改性溫度與電導(dǎo)率變化曲線如圖5所示.由圖5可看出,改性溫度越高,電導(dǎo)率變化速率變小,即緩釋性能提高,由于span-60表面活性劑分子結(jié)構(gòu)中存在一個或多個羥基,能與水分子間形成氫鍵,隨著溫度的升高,氫鍵被破壞,使得表面活性劑在水中的溶解度下降2.6瀝青混合料動水沖刷試驗在路面行車荷載的不斷作用和動水的沖刷下,抗凝點瀝青路面外加劑的有效融雪成分會緩慢釋放,其融雪抑冰能力會逐漸減弱,直至失去主動抗凝冰能力.為探討抗凝點瀝青路面外加劑的長效性,對普通瀝青混合料、摻加國外產(chǎn)品MFL、摻加自制外加劑的瀝青混合料進(jìn)行動水沖刷試驗,對沖刷完以上三種瀝青混合料的流水進(jìn)行電導(dǎo)率的測定,結(jié)果如圖6所示.由圖6得知,隨著動水沖刷次數(shù)增加,即沖刷時間的增長,流水中的電導(dǎo)率值增大,說明從外加劑中會不斷釋放出一定量的有效融雪成分,使得水中離子濃度增加,而MFL中有效融雪成分釋放速率高于自制外加劑的釋放速率,說明摻加自制外加劑的瀝青混合料與摻加MFL的瀝青混合料相比,氯鹽的緩釋效果更好些,即具有更好的抗凝點長效性.而普通瀝青混合料的電導(dǎo)率基本為零,不具有抗凝冰性.日本通過對實際路面跟蹤調(diào)查發(fā)現(xiàn),MFL的抗凝點效果能持續(xù)6年3表面活性劑的選擇(1)載體的類型影響抗凝冰劑的吸附性能,改性火山巖粉體對氯鹽的吸附性能較好,實驗確定改性火山巖粉體作為載體.(2)表面活性劑的種類影響抗凝冰劑的緩釋性能,研究確定span-80和span-60作為包覆載體的表