1.本发明属于功能涂层技术领域，具体涉及一种具有高效融雪化冰功能的路面磨耗层及其制备方法。
背景技术：
2.交通运输是国民经济的大动脉，而道路路面积雪结冰严重影响交通安全和通行效率，是高寒高冷地区经济发展的重要制约因素之一。积雪结冰导致路面抗滑性能大幅下降，对车辆行驶的动力性和安全性极为不利，如何有效解决高速公路冰雪天不封路或少封路，避免交通事故或少出交通事故，形成良好的安全管理模式，已成为交通管理部门的重要工作之一。
3.目前我国路面冰雪处治技术主要包括人工法、机械法，化学法和物理法。人工法工作效率低，封闭交通时间长，影响交通且易产生安全隐患。机械法适合大面积作业，除冰雪效率高，但阻碍交通，对路面冰层除不干净，且对路面破坏很大，后期易形成大量的路面病害，影响路面使用寿命。化学法主要是撒盐或盐类化合物，以降低雨水的结冰点，不仅严重腐蚀车辆、破坏桥梁钢铁结构，破坏生态环境，减少路面寿命，而且，仅适用于
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3℃～
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5℃气候。近年常用的所谓“环保型除雪剂”，主要原理仍是在氯盐中加入少量防腐剂。日本近年开发的mafilon除雪缓释技术，实质仍为盐类在沥青混合料中的缓释。物理法主要是加热融化技术和应力除冰雪技术。加热融化技术主要采取在混凝土中设置加热电缆或管道，利用电能、太阳能或地能等将热量传递给混凝土，使路面升温从而融雪化冰，这类方法需要将整个路面层加热，耗能高，技术复杂，部分受使用条件和地区限制(如利用太阳能和地能等可再生资源)，且对路面施工提出了更高的要求，路面一旦维修，整个路面加热系统就破环了，导致该类方法成本高，维修养护难度大。近期出现的导电混凝土技术也属加热融化技术。应力除冰雪技术是指在沥青混凝土中添加橡胶颗粒类的弹性材料，借助颗粒轻微形变，使冰层破裂。该技术在温度高于
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2℃、冰层厚度小于2mm时具有一定效果，但在
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12℃以下、冰层厚度大于10mm时，对冰层的破坏力极小，不能有效破冰。
技术实现要素：
4.本发明旨在克服上述路面融雪化冰技术的缺点和不足，提供一种能耗低、成本低、技术要求低、施工养护方便、电热转化效率高、融雪化冰效率好、使用寿命长且环保的路面磨耗层及其制备方法。
5.本发明所述的具有高效融雪化冰功能的路面磨耗层由质量比为100:20
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40:200
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300的a、b、c三组分组成。
6.其中a组分按质量份计的配比为：100份氢化双酚a型环氧树脂、30
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50份纳米二氧化钛接枝改性环氧树脂、10
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20份弹性改性剂、10
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20份聚苯氧树脂pkhb、5
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12份二缩水甘油基苯胺、0.1
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0.3份byk
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066n、0.1
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0.3份byk
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163、0.5
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1.5份气相二氧化硅。
7.b组分按质量份计的配比为：100份聚氧化丙烯三胺t
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403、20
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30份1,3
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双(氨甲
基)环己烷、10
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20份间二甲苯二胺的改性物、3
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8份邻羟基苄基二甲胺、1
‑
2份异丙基三(异硬脂酰基)钛酸酯、0.1
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0.5份锌粉颜料、0.5
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1.5份气相二氧化硅。
8.c组分按质量份计的配比为：100份钢渣粉颗粒、20
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40份粉状石墨烯、10
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20份短切碳纤维。
9.所述弹性改性剂是以聚氨酯为主链且端基或侧链带活性基团的聚合物，所带活性基团为羧基、羟基、环氧基或氨基中的一种。
10.所述气相二氧化硅为表面被有机物处理过的疏水型气相二氧化硅。
11.所述钢渣粉颗粒为质量比为4:1的粒径1
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4mm和5
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10mm两种钢渣颗粒的混合物；所述短切碳纤维长度为10
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15mm。
12.所述纳米二氧化钛接枝改性环氧树脂是由纳米二氧化钛颗粒表面富集的羟基与环氧树脂分子结构中的环氧基通过化学反应接枝得到，其中纳米二氧化钛颗粒粒径为10
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20nm，环氧树脂为液态双酚f型环氧树脂，纳米二氧化钛质量分数为5
‑
10％。
13.所述间二甲苯二胺的改性物为间二甲苯二胺与丙烯腈、环氧化合物的加成物。
14.所述具有高效融雪化冰功能的路面磨耗层的制备方法的具体步骤为：
15.1)a组分的制备：按所述配比称取各原料，并依次加入搅拌器中，搅拌转速300
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400转/分钟，搅拌5
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10分钟后即得a组分，包装储存；
16.2)b组分的制备：按所述配比称取各原料，并依次加入高速分散釜中，分散盘转速1000
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1200转/分钟，分散10
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20分钟即得b组分，包装储存；
17.3)c组分的制备：按所述配比称取各原料，并依次加入搅拌器中，搅拌均匀即得c组分，包装储存；
18.4)路面磨耗层的制备：按质量配比称取各组分，首先将b组分与c组分混合搅拌10
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15分钟至混合均匀，然后加入a组分，混合搅拌2
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4分钟至混合均匀，最后将混合物均匀涂刮或摊铺在路面上，待材料固化完成后即得路面磨耗层。
19.所述路面磨耗层厚度为5
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10mm，室温固化4
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6h后即可开放交通。
20.本发明与现有技术相比具有如下优点：
21.1.能耗低。现有的加热融化技术通过加热整个路面结构层使路面温度升高，从而实现路面融雪化冰，能耗高；本发明只需使覆盖于路面的融雪化冰磨耗层升温即可，无需加热整个路面结构层，能量消耗基本全用于融雪化冰，能量利用率高，故能耗低。
22.2.成本低，技术要求低。现有加热融化技术需在路面结构层中设置加热电缆或管道，对路面结构和材料提出了更高的性能要求和施工工艺要求，且加热电缆或管道需与路面结构层一起施工，故材料成本和施工成本均较高，另外该技术将其他能量转化成热能来融雪化冰，为保证能量转换效率也对该技术提出了更高的技术要求。而本发明为一种功能涂层，材料成本低，施工方便，且不改变路面结构，技术要求低。
23.3.施工养护方便。现有的加热融化技术对路面施工提出了很高的要求，路面一旦维修，整个路面加热系统就破环了，故该技术建设施工和维修养护难度大；本发明为一种功能涂层，直接覆盖粘结于路面，对路面施工无要求，且涂层厚度较薄，既可以机械摊铺施工，也可以人工涂刮施工，且一旦涂层遭到破坏，只需对破坏处进行修补施工即可，无需破坏路面，故该技术建设施工和维修养护方便。
24.4.电热转化效率高，融雪化冰效率好。本发明以降低磨耗层电阻率和提升磨耗层
综合性能为目标，通过设计环氧树脂胶粘剂配方和导电填料体系配方，实现了路面磨耗层的高弹性，高耐磨性和低电阻率，故路面磨耗层电热转化效率高，融雪化冰效果好且使用寿命长。
25.5.环保效益明显。本发明利用路面磨耗层的高效电热转换，实现路面融雪化冰效果，无需对路面结构层加热，无需使用化学类融雪剂，故能耗低，环保效益好。
具体实施方式
26.为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容并不局限于下面的实施例。以下各实施例中所述的份数为质量份。
27.实施例1：
28.1)a组分按质量份计的配方是：氢化双酚a型环氧树脂100份、纳米二氧化钛接枝改性环氧树脂50份、含羧基活性基团的聚氨酯10份、聚苯氧树脂pkhb 10份、二缩水甘油基苯胺5份、byk
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066n 0.1份、byk
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163 0.1份、气相二氧化硅0.5份；按所述配比选取各原料，并依次加入搅拌器中，搅拌转速400转/分钟，搅拌5分钟后即得a组分，包装储存。
29.2)b组分按质量份计的配方是：聚氧化丙烯三胺t
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403 100份、1,3
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双(氨甲基)环己烷30份、79
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3固化剂20份、邻羟基苄基二甲胺3份、异丙基三(异硬脂酰基)钛酸酯1份、颜料锌粉0.1份、气相二氧化硅0.5份；按所述配比选取各原料，并依次加入高速分散釜中，分散盘转速1200转/分钟，分散10分钟即得b组分，包装储存。
30.3)c组分按质量份计的配方是：钢渣粉颗粒100份、粉状石墨烯20份、短切碳纤维20份；按所述配比选取各原料，并依次加入搅拌器中，搅拌均匀即得c组分，包装储存。
31.4)路面磨耗层的制备：按100:20:200质量配比称取a、b、c三组分，首先将b组分与c组分混合搅拌15分钟至混合均匀，然后加入a组分，混合搅拌2分钟至混合均匀，最后将上述混合物均匀摊铺在路面上，路面磨耗层厚度为5mm，室温固化6h后即可开放交通。
32.实施例2：
33.1)a组分按质量份计的配方是：氢化双酚a型环氧树脂100份、纳米二氧化钛接枝改性环氧树脂30份、含羟基活性基团的聚氨酯20份、聚苯氧树脂pkhb 20份、二缩水甘油基苯胺12份、byk
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066n 0.3份、byk
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1630.3份、气相二氧化硅1.5份；按所述配比选取各原料，并依次加入搅拌器中，搅拌转速400转/分钟，搅拌10分钟后即得a组分，包装储存。
34.2)b组分按质量份计的配方是：聚氧化丙烯三胺t
‑
403 100份、1,3
‑
双(氨甲基)环己烷20份、79
‑
3固化剂10份、邻羟基苄基二甲胺8份、异丙基三(异硬脂酰基)钛酸酯2份、颜料锌粉0.5份、气相二氧化硅1.5份；按所述配比选取各原料，并依次加入高速分散釜中，分散盘转速1200转/分钟，分散20分钟即得b组分，包装储存。
35.3)c组分按质量份计的配方是：钢渣粉颗粒100份、粉状石墨烯40份、短切碳纤维10份；按所述配比选取各原料，并依次加入搅拌器中，搅拌均匀即得c组分，包装储存。
36.4)路面磨耗层的制备：按100:40:300质量配比称取a、b、c三组分，首先将b组分与c组分混合搅拌15分钟至混合均匀，然后加入a组分，混合搅拌4分钟至混合均匀，最后将上述混合物均匀摊铺在路面上，路面磨耗层厚度为10mm，室温固化4h后即可开放交通。
37.实施例3：
38.1)a组分按质量份计的配方是：氢化双酚a型环氧树脂100份、纳米二氧化钛接枝改
性环氧树脂40份、含环氧基活性基团的聚氨酯15份、聚苯氧树脂pkhb 15份、二缩水甘油基苯胺9份、byk
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066n 0.2份、byk
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163 0.2份、气相二氧化硅1份；按所述配比选取各原料，并依次加入搅拌器中，搅拌转速400转/分钟，搅拌8分钟后即得a组分，包装储存。
39.2)b组分按质量份计的配方是：聚氧化丙烯三胺t
‑
403 100份、1,3
‑
双(氨甲基)环己烷25份、79
‑
3固化剂15份、邻羟基苄基二甲胺5份、异丙基三(异硬脂酰基)钛酸酯1.5份、颜料锌粉0.3份、气相二氧化硅1份；按所述配比选取各原料，并依次加入高速分散釜中，分散盘转速1200转/分钟，分散15分钟即得b组分，包装储存。
40.3)c组分按质量份计的配方是：钢渣粉颗粒100份、粉状石墨烯30份、短切碳纤维15份；按所述配比选取各原料，并依次加入搅拌器中，搅拌均匀即得c组分，包装储存。
41.4)路面磨耗层的制备：按100:30:250质量配比称取a、b、c三组分，首先将b组分与c组分混合搅拌15分钟至混合均匀，然后加入a组分，混合搅拌3分钟至混合均匀，最后将上述混合物均匀摊铺在路面上，路面磨耗层厚度为8mm，室温固化5h后即可开放交通。
42.实施例4：
43.1)a组分按质量份计的配方是：氢化双酚a型环氧树脂100份、纳米二氧化钛接枝改性环氧树脂35份、含氨基活性基团的聚氨酯17份、聚苯氧树脂pkhb 18份、二缩水甘油基苯胺10份、byk
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066n 0.1份、byk
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163 0.3份、气相二氧化硅1.2份；按所述配比选取各原料，并依次加入搅拌器中，搅拌转速400转/分钟，搅拌7分钟后即得a组分，包装储存。
44.2)b组分按质量份计的配方是：聚氧化丙烯三胺t
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403 100份、1,3
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双(氨甲基)环己烷28份、79
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3固化剂13份、邻羟基苄基二甲胺6份、异丙基三(异硬脂酰基)钛酸酯1.6份、颜料锌粉0.4份、气相二氧化硅0.9份；按所述配比选取各原料，并依次加入高速分散釜中，分散盘转速1200转/分钟，分散18分钟即得b组分，包装储存。
45.3)c组分按质量份计的配方是：钢渣粉颗粒100份、粉状石墨烯28份、短切碳纤维16份；按所述配比选取各原料，并依次加入搅拌器中，搅拌均匀即得c组分，包装储存。
46.4)路面磨耗层的制备：按100:28:270质量配比称取a、b、c三组分，首先将b组分与c组分混合搅拌15分钟至混合均匀，然后加入a组分，混合搅拌3分钟至混合均匀，最后将上述混合物均匀摊铺在路面上，路面磨耗层厚度为7mm，室温固化6h后即可开放交通。
47.上述实施例1
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4中，所用纳米二氧化钛接枝改性环氧树脂是由纳米二氧化钛颗粒表面富集的羟基与环氧树脂分子结构中的环氧基通过化学反应接枝得到，其中纳米二氧化钛颗粒粒径为10
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20nm，环氧树脂为液态双酚f型环氧树脂，纳米二氧化钛质量分数为5％。所述气相二氧化硅为表面被氯硅烷处理过的疏水型气相二氧化硅；所述钢渣粉颗粒为粒径1
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4mm和5
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10mm两种钢渣颗粒的混合物且两者质量比为4:1；所述短切碳纤维长度为10
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15mm。
48.实施例1
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4制备的具有高效融雪化冰功能的路面磨耗层的性能测试结果如下表：
49.