插层结构降冰点材料的组装及其在自融冰沥青中的应用研究

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:pengyechao
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在冬天,主要的除冰融雪手段是撒融雪剂和人工除雪,不仅消耗了巨大的人力和物力,而且撒融雪剂给环境和植被造成了极大的危害。因此人类一直致力于发展一种更加方便和清洁的的除冰融雪方式,其中一种便是自融冰沥青路面。自融冰沥青路面是指将除冰添加剂替换沥青混合料里的部分矿粉甚至全部矿粉,使沥青混合料具有自身附带有主动除冰融雪性能的路面。其中的除冰添加剂是与矿粉有相似的级配的粉末状材料,因此可以部分甚至全部的取代沥青混合物中的矿粉。自融冰沥青路面的除冰融雪的机理与融雪剂类似,主要通过降低冰点来达到使冰雪融化的效果。自融冰沥青路面的优势如下,一方面实现对融雪剂有效的取代,避免融雪剂中氯盐腐蚀破坏路面上的结构物,减少环境污染。另一方面,自融冰沥青路面在一定程度上可以松散积雪与路面间的接触,这对于人工或机械除雪提供了非常大的方便,使得除冰融雪可以达到相对更高的效率,促进冬季道路养护成本有效的降低。
  层状复合金属氢氧化物是由层间阴离子和带正电荷层板堆积获得的,其结构是由金属氢氧化物层为主体,阴离子和层间水构成了客体层,主体层和客体层将会出现交互堆积,最终呈现为层状结构。LDHs具有能够将不同类型的阴离子嵌入到LDH中并抑制或控制在水溶液中的性能。在初步的测试中,发现镁(Mg)和铝(Al)碳酸盐层状双氢氧化物(Mg/Al-CO32-LDH)浆料的凝固点是低于蒸馏水的,可以起到降低冰点的效果,因此可用于除冰融雪。但是由于Mg/Al-CO32-LDH降低水的冰点的性能有限,因此利用LDHs中层间阴离子可替换的特性,在LDHs中嵌入不同的阴离子以达到有不同的降低冰点的能力,使其作为一种新型的自融冰沥青的除冰添加剂材料而具有良好的应用前景。
  本文首先通过LDHs层板组成的可控性和层间阴离子的可交换性,研究了改变LDHs的层间阴离子和层板阳离子对其降冰点性能的影响。通过不同类型的阴离子可以嵌入到LDHs中,还有LDHs层板组成的可控性,制备了一系列不同层间阴离子和层板阳离子的LDHs。发现改变LDHs的层间阴离子或者层板阳离子都会对其降冰点性能产生影响。通过差示扫描量热法(DSC)的测试结果表明,Ca/Fe-Cl-LDH的降冰点性能最好,冰点可以降低到-4.44℃。
  本论文还利用LDHs作为除冰添加剂加入沥青混合物的方法成功制备了三种不同除冰添加剂的沥青混合物。利用不同除冰添加剂的含量对比得出沥青混合料表面的凝固点随着添加剂含量的增加而逐渐降低。通过三种不同除冰添加剂的沥青混合物在浸入水中后的电导率变化,得出了LDHs作为除冰添加剂具有良好的耐久性。通过三种不同除冰添加剂的沥青混合物在浸入水中后的凝固点的变化,得出了包含LDHs添加剂的沥青混合物的除冰性质在长时间的沉浸中没有改变,说明LDHs具有可持续的抗冰性能。
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