沥青路面超疏水抗凝冰材料研究进展

超疏水材料作为一种具有特殊表面性质的新型智能仿生材料,因其优良的疏水防冰性能,已广泛应用于航天、电力等领域,但在公路交通领域尚处于探索研究阶段.沥青路面超疏水抗凝冰材料属于主动抑冰融雪技术,能够延缓道路结冰,降低冰层与路面间的黏附力,为冬季沥青路面的疏水防冰提供新思路.目前,沥青路面超疏水材料抗凝冰理论及技术尚不成熟,主要通过加入低表面能材料和提高表面粗糙度两种方式构建超疏水表面,从而缩短液滴与界面接触时间、降低凝固点、延迟结冰时间以及降低冰层与基质表面的粘结力,从而达到疏水防冰的目的.路用超疏水材料主要包括疏水型融雪抑冰材料和抗覆冰超疏水涂层材料两种.沥青路面超疏水涂层承受复杂外界因素的综合作用,其耐磨性、长期疏水防冰性能受到广大研究学者的关注.本文介绍了"冰-路"界面粘结机理;按加载方式将"冰-路"粘结强度测试方法分为直接拉拔法、离心力法、冲击法、间接拉伸法、剪切应力法等.超疏水材料的长效性问题主要表现为机械稳定性和耐磨性应用效果不佳.沥青路面表面结构复杂,影响因素众多,从实际工程应用来看,沥青路面超疏水抗凝冰材料的制备技术、评价方法和工程应用长效性仍需进一步研究.本文归纳了沥青路面超疏水抗凝冰材料的研究进展,分别对超疏水材料抗凝冰理论、沥青路面超疏水材料制备方法、沥青路面超疏水涂层处治技术、超疏水涂层抗凝冰性能测试方法和超疏水材料长效性等方面进行了介绍,分析了沥青路面超疏水抗凝冰材料面临的问题并展望了其前景,以期为制备耐久、环境友好的新型沥青路面超疏水抗凝冰材料提供参考.     

超疏水沥青混凝土抗凝冰性能及评价

引入超疏水设计理念,制备了具有超疏水抗凝冰性能的沥青混凝土试件。通过模拟试验和理论分析相结合,开展了超疏水沥青混凝土抗凝冰性能研究,测定了普通试件及超疏水试件抗凝冰性能差异,分析了不同工况下超疏水沥青混凝土试件的抗凝冰性能。通过接触角测定及表面能计算,评价了超疏水沥青混凝土的防冰、疏冰性能。结果表明,超疏水沥青混凝土可有效促进液滴滚落,滚落率高达80%。通过自行设计的落锤冲击试验间接测定了超疏水沥青混凝土试件的"冰-路"附着力,仅为普通沥青混凝土试件的38.5%。基于不同工况,降雪环境下超疏水沥青混凝土试件冰的残留率最低。接触角试验和表面能计算表明,超疏水沥青混凝土的表面能为1.97mJ/m2,仅为普通沥青混凝土的5.1%,体现了良好的抗凝冰性能。     

超疏水涂层除冰/防冰性能研究进展

超疏水表面具有自清洁、非润湿等特性,可潜在的用作防冰/除冰材料。从超疏水涂层的制备方法和有关除冰/防冰方面研究的角度综述了超疏水涂层在除冰/防冰方面的研究新进展,并对超疏水涂层防冰/防冰未来的研究发展进行展望。     

新型陶瓷基复合超疏水涂层的制备及其性能

为了研究开发新型超疏水涂层的制备方法,改善涂层的结构与性能,以Al₂O₃-40%TiO₂(AT40)、PFA(全氟烷氧基乙烯基醚共聚物)粉末为原始材料,采用大气等离子喷涂(APS)技术,并调整电流、氩气流量等喷涂参数,在铝合金基体表面制备了两种不同的AT40/PFA复合超疏水涂层。利用相对应的测试仪器及分析手段对喷涂态涂层的相组成、显微结构、摩擦系数及基本性能等进行了表征分析。结果表明,两种涂层的相组成均为C₂₀F₄₂、Al₂TiO₅及少量的γ-Al₂O₃、α-Al₂O₃相;涂层表面均为圆形和椭圆形的粒状突起结构,其中突起结构的表面均存在类似荷叶表面结构的二元微纳米乳突结构,其表面粗糙度为9.3 μm和12.41 μm;所得涂层具有良好的综合性能,与水的静态接触角均达到了150°以上,滚动角为4~5°;在其他参数不变的情况下,随着电流的增大及氩气流量的减小,涂层中的陶瓷相含量增加,涂层的粗糙度、摩擦系数、显微硬度及结合强度均增大。     

燃烧合成疏水BN粉体和超疏水涂层的制备及其性能表征

具有分级结构的BN纳米薄膜展现出优异的超疏水性, 但由于该薄膜的制备过程复杂、成本昂贵, 不适宜大规模的生产和应用。与之相比, 基于疏水BN粉体的超疏水涂层的应用会更为便捷。本研究采用镁热还原氮化燃烧合成法结合酸洗工艺制备了疏水的单相BN粉体, 水接触角为(144.6±2.4)°, 疏水性可以归因于BN粉体颗粒具有的微纳分级结构。在此基础上, 以这种燃烧合成的疏水BN粉体为填料制备的BN/氟硅树脂复合涂层进一步表现出超疏水性, 其中质量分数30% BN/FSi树脂涂层的水接触角为(151.2±0.7)°, 滚动角约为8°。该涂层与文献报道的通过CVD方法制备的BN纳米薄膜的性能相当, 但工艺更加简单。这是一种利用陶瓷粉体的疏水性来制备超疏水有机无机复合涂层的简便易行的新方法, 有望获得广泛的工程应用。     

透明超疏水疏油涂层的制备及性能

以纳米SiO2和聚合物为原料,采用喷涂的方法,在不同基材的复杂工件表面形成均一涂层,并研究了SiO2含量对涂层性能的影响。结果表明,所得涂层与水接触角>150°,与油的接触角超过90°,具有超疏水性和疏油性。此外,涂层具有很好的透明性,涂层硬度高达6H,附着力达到5B。适当添加纳米SiO2,涂层的疏水性、疏油性以及透过率均得到增强。     

透明超疏水涂层制备技术研究进展

透明超疏水涂层兼具独特的超疏水性及光学透明性,由于其有着优异的自清洁性能,它可广泛应用于生产生活中的诸多领域.在不同基材上如何构建透明的超疏水涂层有着十分重大的研究价值,本文阐述了近年来透明超疏水涂层的制备方法进展,总结了透明超疏水涂层存在的主要问题及其发展方向.     

海泡石超疏水复合涂层的制备和性能

在不同条件下在有机化改性的海泡石粉体悬浮液中加入表面活性剂进行偶联改性,然后进行超声、离心脱水、洗涤、干燥和研磨制得粉体,再使用无水乙醇和分散制成涂料,将涂料涂敷于载玻片表面制备出海泡石超疏水涂层.使用OCA 20接触角测试仪测试涂层与水的接触角(CA)和滚动角(SA),使用BRUKER-80v傅里叶红外光谱仪分析改性...     

近红外反射超疏水黄色涂层的制备和性能

将钛铬棕粉末(TCB)、金红石型二氧化钛(TiO₂)、疏水纳米二氧化硅(SiO₂)与聚二甲基硅氧烷(PDMS)溶液混合,一步刷涂制备出超疏水黄色涂层,系统地研究了涂层的表面润湿性、疏水稳定性、耐紫外线老化性能、自清洁性能、以及近红外反射性能。结果表明,这种涂层的水接触角(CA)和滚动角(SA)分别为155.2°和5.4°;涂层在1.0 kPa的压力下经过2 m距离的砂纸磨损后和5 L的水流冲击后依然保持优异的疏水性,其附着力和硬度分别达到2级和6B等级;不同pH值的溶液在涂层表面都具有超疏水效果并具有化学稳定性;用紫外线照射240 h后涂层表面仍然保持极强的疏水性,表明其具有耐紫外线老化性能;涂层表面具有优异的自清洁性能,污染物极易地被水滴带走;涂层的近红外反射率和太阳反射率分别达到0.858和0.672,对普通水泥板具有明显的降温效果,在户外暴露和水流冲击后仍保持较高的反射率。     

超疏水仿生水泥混凝土路面防覆冰技术及效能评价

通过微纳米路表构建与超疏水材料涂覆技术相结合,制备了超疏水仿生水泥混凝土路面模型试件;开展超疏水材料涂覆技术研究,分析总结其制备工艺;采用自行设计的"冰-路"附着强度测试装置进行防覆冰性能测试,同时开展接触角测量试验、路面表面能计算及耐久性试验,综合评价超疏水仿生水泥混凝土路面的疏水、防冰效能。结果表明:超疏水水泥混凝土试件表面冰的残留率为29.9%,是普通试件的1/3左右,间接反映了超疏水路面具有较好的疏冰性能;与普通试件的接触角0°相比,超疏水水泥混凝土试件的接触角为153.5°,达到超疏水状态;表面能计算表明超疏水材料的作用降低了路面表面能,仅为普通水泥路面的3.4%,进一步验证了超疏水水泥混凝土路面可显著降低"冰-路"附着强度;通过模拟轮胎与路面的摩擦作用,接触角依然在90°以上,表明超疏水路面耐久性良好。     

不同基底温度下铝基超疏水表面的抗结冰性能实验

本文利用刻蚀方法制备了铝基超疏水表面,在环境温度20℃、相对湿度60%下进行了不同基底温度(-15℃、-20℃、-25℃、-30℃)超疏水表面的静态和动态低温液滴抗结冰性能实验研究。结果表明:超疏水表面在液滴静、动态下均表现出良好抗结冰性能;在静态液滴抗结冰实验中,随着冷表面温度的降低,超疏水表面延缓结冰的时间快速下降,当基底温度为-25℃时,其抗结冰性能发生突变,并随冷表面温度的进一步降低而表现恶化;在动态液滴抗结冰实验中,当冷表面温度为-15℃和-20℃时,低温液滴能快速从低温表面弹离,而当冷表面温度为-25℃和-30℃时,低温液滴不能从超疏水表面弹离,滞留在超疏水表面上,且快速在其上冻结,超疏水表面失去了抗结冰性能。基于相关相变成核理论,分析了其抗结冰的机理。为超疏水表面在冬季空调室外换热器上的应用提供一定参考。     

纳米SiO_2/有机硅聚丙烯酸复合防冰涂层的制备及性能研究

以有机硅聚丙烯酸为成膜物质,经γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH-570)表面化学改性后的纳米SiO_2粒子(经甲苯-2,4-二异氰酸酯活化)为无机填料,制备纳米SiO_2/有机硅聚丙烯酸复合防冰涂层。利用红外测试(FT-IR)、热失重(TGA)、扫描电镜(SEM)等研究了纳米SiO_2表面化学改性的机制,探讨了纳米SiO_2用量对涂层表面形貌、浸润性及涂层与冰层之间粘附性能的影响。结果表明,KH-570化学改性提高了纳米SiO_2在涂层中的分散性并有效地提高了涂层表面的疏水性能,当KH-570化学改性后的纳米SiO_2用量为8%时,涂层表面水的接触角为150°,呈现超疏水特性;涂层与冰层之间粘附力随纳米SiO_2用量增加呈现下降趋势,当纳米SiO_2用量为8%时,涂层与冰层之间的粘附力仅为树脂涂膜的30%左右。KH-570化学改性后的纳米SiO_2与低表面能有机硅聚丙烯酸树脂的协同效应使涂层具有了良好的疏水防冰性能。     

柔性基层沥青路面车辙性能的影响因素

为解决柔性基层沥青路面车辙问题,采用室内试验和数值模拟对柔性基层沥青路面车辙性能的影响因素进行了研究。结果表明,空隙率是影响柔性基层沥青混合料抗车辙能力最关键的因素,宜为4%左右;级配形成骨架嵌挤结构能明显提高柔性基层混和料的抗车辙能力,但级配不宜太粗;对SBS改性沥青,可根据基质沥青的高温性能指标来选择改性沥青;温度、荷载、行车速度对柔性基层沥青路面车辙性能有显著影响。     

级配对冷补沥青混合料路用性能的影响

用冷补沥青混合料修补路面坑洞具有方便、快捷等优点,为许多道路工作者所使用.但在多年的使用中经常发现冷补沥青路用性能欠佳,修补后很快出现路面病害.为了探讨级配对冷补沥青混合料性能的影响,采用3种不同矿料级配来配制冷补沥青混合料,并对其进行性能测试,包括初始强度测试、成型强度测试、黏聚性试验、抗水剥离试验、耐水性试验及低温工作性和抗冻性.通过以上室内试验与在实验路上的路用性能相比较,得出矿料级配对冷补沥青混合料路用性能有重要影响.     

基于CAVF级配设计方法的环氧沥青混合料路用性能研究

为研究环氧沥青混合料耐久性不足、易脆裂等问题,优化其路用性能质量,采用CAVF级配设计方法和常规马歇尔方法进行了环氧沥青混合料高温稳定性试验、低温抗裂性试验、低温蠕变试验及水稳定性试验;通过调整级配、环氧沥青类型和温度等因素对其进行研究分析。结果显示:CAVF级配显著改善了环氧沥青混合料的高温力学稳定性和抗车辙能力,并且降低了温度对环氧沥青混合料高温力学强度的劣化作用;低温弯曲试验发现环氧沥青混合料具有较强的温度敏感性(与普通沥青混合料相比),最大弯拉应变值随温度的降低呈线性下降趋势,采用CAVF级配在一定程度上能够弥补温度对其的劣化作用;水稳定性试验显示随试验浸泡时间的延长和循环次数的增加,其高温水稳定性能和低温水稳定性能均出现显著劣化作用,这与低温蠕变应变变形影响规律相同。汇总研究成果,表明CAVF级配较适用于环氧沥青混合料,能够降低或避免常规级配设计方法出现的缺陷性问题,可为实体工程应用提供技术支持。     

桥面沥青铺装环氧乳化沥青粘结层性能研究

环氧乳化沥青是一种新型的桥面沥青铺装粘结层材料,目前对其研究尚少.通过剪切试验和拉拔试验,研究不同环氧乳化沥青配方、洒布量及温度条件下的抗剪强度及抗拔强度;通过SBS改性沥青、海川高粘沥青和环氧沥青对比试验,进一步验证环氧乳化沥青的优良粘结性能.结果表明:抗剪强度随正应力的增大近似呈线性增大,粘结力和摩擦力以及抗拔强度均随洒布量的增加先增大后减小;20℃、40℃及60℃条件下抗剪强度、粘结力最大值对应的洒布量为0.8 kg/m2、0.6 kg/m2、0.6 kg/m2;A(环氧树脂)∶B(固化剂)∶C(乳化沥青)=16∶4∶80时,其粘结性能最好.由此确定了环氧乳化沥青作为粘结层材料的最佳配方(A∶B∶C=16∶4∶ 80)和最佳洒布量(0.6kg/m2).     

掺加国产TOR的橡胶沥青黏温特性及路用性能研究

维他连接剂(TOR)可以通过化学手段改善橡胶沥青的性能,降低橡胶改性沥青在高温下的黏度,并改善沥青混合料的施工和易性。分别制备了掺加进口和国产TOR的橡胶改性沥青,并采用黏温指数VTS、针入度指数PI和塑性温度范围等评价了TOR对橡胶沥青高温黏度和施工和易性的影响;通过车辙试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验和低温小梁弯曲试验等室内试验,评价了掺加TOR的橡胶改性沥青的路用性能。结果表明,国产TOR能够明显改善橡胶沥青混合料的施工和易性,可使施工温度降低15~25℃,并且混合料路用性能结果显示,国产TOR对干法制备橡胶沥青混合料中胶粉与沥青之间的反应有进一步的促进作用,可以使混合料的路用性能有进一步的提高,且对干法工艺可能引发的病害起到遏制作用。