d o i :10.3963/j
(1.湖北省团风县公路管理局，黄冈438800;2.湖北楚天智能交通股份有限公司，武汉430050;
3.武汉理工大学硅酸盐材料工程研究中心，武汉430070
)摘 要: 通过改性环氧抗滑薄层和高韧性硅橡胶涂层制备具有抑冰功能的防滑环氧-硅橡胶复合薄层罩面，分析薄层罩面与沥青和水泥混凝土路面粘结性能，采用铺砂法和摆式摩擦仪进行表面构造深度和摩擦系数检测，利用拉拔试验和车轮碾压试验检测冰层与环氧-硅橡胶复合薄层罩面的粘结力和路面破冰效果㊂试验结果表明，环氧-硅橡胶复合薄层罩面表面粗糙防滑，同时疏水防结冰，与冰的粘结强度极低，轮胎碾压自动破冰，可有效降低路面除冰难度㊂
关键词: 复合薄层罩面; 疏水抑冰; 粘结强度; 防滑性能
A n a l y s i s o f I c e S u p p
r e s s i o na n dA n t i s k i dP e r f o r m a n c e o f E p o x y -s i l i c o n eR u b b e rC o m p o s i t eO v e r l a y
L O N GY u a n -w u 1,L I J u n -s h u 2,L I NZ h e n -h u a 3
(1.H i g h w a y A d m i n i s t r a t i o no fT u a n f e n g C o u n t y o fH u b e i P r o v i n c e ,H u a n g g a n g 438800,C h i n a ;2.H u b e i C h u t i a nS m a r tC o mm u n i c a t i o nC o ,L t d ,W u h a n430050,C h i n a ;3.S i l i c a t eM a t e r i a l s E n g i n e e r i n g R e s e a r c hC e n t e r ,W u h a nU n i v e r s i t y o fT e c h n o l o g y
,W u h a n430070,C h i n a )A b s t r a c t : M o d i f i e de p o x y a n t i s k i d l a y e r a n d s i l i c o n e r u b b e rw e r e u s e d t o p r e p a r e e p o x y -s i l i c o n e r u b b e r c o m p o s i t e o -
v e r l a y w i t h i c e s u p p r e s s i o na n da n t i s k i d r e s i s t a n c e .T h eb o n d i n gp r o p e r t y b e t w e e na s p h a l t /c e m e n t c o n c r e t e a n d t h eo -v e r l a y w a s i n v e s t i g a t e d .T h e s u r f a c e t e x t u r e r o u g h n e s s a n d f r i c t i o n a l c o e f f i c i e n tw e r e t e s t e db y s a n d -p a t c h m e t h o da n d P e n d u l u m F r i c t i o nT e s t e r .T h e p u l l -
o f f t e s t a n dw h e e l t r a c k i n g t e s tw e r e u s e d t o e x a m i n e t h e i c e b o n d i n g s t r e n g t ha n d t h e i c eb r e a k a g e .T e s t r e s u l t s i n d i c a t e t h a t t h e e p o x y -s i l i c o n e r u b b e r c o m p o s i t e o v e r l a y h a s a r o u g h s u r f a c e f o r a n t i s k i d r e s i s t a n c e .I t a l s o e x h i b i t s a h y d r o p h o b i c s u r f a c e f o r i c e s u p p r e s s i o n ,w h i c h s h o w s a
v e r y l o wb o n d i n g s t r e n g
t hw i t h i c e .T h e i c e l a y e r u p o n t h e o v e r l a y c a nb eb r o k e nu n d e rw h e e l t r a c k i n g a n d t h u s r e d u c e t h e d i f f i c u l t y o f i c e r e m o v i n g .K e y w
o r d s : c o m p o s i t e o v e r l a y ; h y d r o p h o b i c a n d i c e s u p p r e s s i o n ; b o n d i n g s t r e n g t h ; a n t i s k i d r e s i s t a n c e 收稿日期:2023-03-27.
作者简介：龙元武(1981-)，高级工程师.E -m a i l :173518109@q q
.c o m 高速公路桥面直接暴露在大气中，桥梁悬空且不受地热影响，在气温骤降的情况下桥面比普通路面温度
相对低2~3ħ，因此低温阴雨天气条件下桥面比普通路面更容易提前结冰，造成了高速行驶的车辆从无冰
层的路面过渡到薄冰层的桥面时交通事故频发，存在极大的行车安全隐患㊂相对于路面结冰，桥面因提前结冰预警难度大，防冰措施难及时到位，造成的行车安全更为突出㊂目前已运营的高速公路在冬季往往采用被动式除雪化冰工作，而高速公路桥面和局部特殊路面冬季易提前结冰，存在不可预见性，因此在这些路段宜采取具有灵活自主的抑冰㊁破冰㊁防滑㊁安全警示多功能的道路材料㊂
当前，超疏水材料在路面抑冰方面具有很好的应用前景，其可抑制路面表面水滴的成核过程，同时利用
自身的低表面和粗糙结构降低冰与路面之间粘附力，达到轮胎碾压破冰的目的[1,2]㊂鲁浈浈等[3]
制备出超
疏水S i O 2
/聚硅氧烷复合溶液，浸涂在沥青混凝土表面形成超疏水涂层，可降低水与路面之间的黏结力，有效减小了路面的结冰量㊂陈闻博等[4]
采用超疏水作用和密水功能制备出适用于高海拔山区公路超疏水抗凝
2建材世界 2023年 第44卷 第4期
建材世界2023年第44卷第4期冰材料并实现路面抗凝冰的目的㊂李月光等[5]发现Z n O超疏水材料㊁超疏水涂料能延缓路面在寒冷天气下的结冰时间，降低冰与路面之间的黏结力㊂高英力等[6,7]通过微纳米路表构建与超疏水材料涂覆技术相结合显著改善了水泥混凝土路面的疏水和防冰效能，并具有很好的耐久性㊂
研究表明，采用超疏水材料涂覆技术可改善路面的疏水和防冰效能，但普遍存在路面抗滑性能下降和涂层耐磨性不足的问题㊂针对上述问题，提出环氧-硅橡胶复合薄层罩面材料，其由改性环氧抗滑薄层+高
韧性硅橡胶涂层组成，通过对现有路面或桥面的表面处理，在其表面直接铺装表面构造深度大于2mm的超抗滑改性环氧抗滑薄层(厚度3~5mm)，经环氧初步固化后表面喷涂高韧性硅橡胶涂层，在抗滑骨料表面以及间隙内形成具有一定厚度的硅橡胶涂层㊂通过控制硅橡胶对骨料颗粒间隙的填充量，保证路面表面构造深度和抗滑性能㊂环氧-硅橡胶复合薄层罩面充分利用了改性柔性环氧胶黏剂㊁单一粒径耐磨骨料和高韧性硅橡胶的性能特点，解决了路面抗滑除冰的重大难题，其中改性环氧胶作为胶黏剂，与耐磨骨料㊁沥青路面㊁混凝土桥面粘结性好，保证路面与新铺罩面层的层间粘结，同时牢固地粘住耐磨骨料，避免表面骨料剥落㊂由于采用单一粒径(3~5mm)耐磨骨料，复合薄层罩面表面粗糙防滑㊂高韧性硅橡胶涂层疏水防结冰，保证路面湿气或积水即使突然降温结冰时不会粘结在路面表面，同时利用涂层高弹性和疏水原理使冰层在轮胎碾压下自动破冰，解决传统路面结冰难以彻底铲除清扫干净的难题，有效避免路面结冰湿滑，提高冬季雨雪天的行车交通安全㊂
为了分析环氧-硅橡胶复合薄层罩面抑冰防滑性能，结合在沥青混凝土和水泥混凝土路面的应用实际，开展薄层罩面与混凝土粘结强度试验，并通过铺砂法和摆式摩擦仪进行表面构造深度和摩擦系数检测，利用拉拔试验和车轮碾压试验检测冰层与薄层罩面的粘结力和路面破冰效果㊂
1试验
1.1原材料
所用改性环氧胶黏剂由双组分组成，其性能满足‘路面防滑涂料标准“(J T/T712 2008)中规定的通用理化性能和特定理化性能要求㊂改性环氧胶黏剂按一定的比例混合固化后，其抗拉强度不小于10M P a，断裂伸长率不小于50%，粘结抗拉强度不小于5M P a，同时-10ħ低温弯曲不断裂㊂所用改性环氧胶黏剂采购自上海乐辛科技材料有限公司㊂
所用硅橡胶由双组分组成，混合后粘度5000~20000c P，表干时间15~60m i n，固化时间2~4h，固化后拉伸强度大于4M P a，断裂伸长率不小于200%，粘结强度不小于1.5M P a，邵氏硬度为35~45H A㊂所用硅橡胶采购自湖北环宇化工有限公司㊂
防滑耐磨骨料采用精加工玄武岩骨料，粒径为3~5mm单级配骨料，莫氏硬度不低于6级，含水率小于
0.5%，小于0.075mm颗粒含量不大于1.0%㊂
1.2试验方法
环氧-硅橡胶复合薄层罩面成型工艺包括:1)分别在沥青混凝土和水泥混凝土表面进行环氧-硅橡胶复合薄层罩面，罩面前应对混凝土进行处理㊂沥青混凝土表面处理应保持洁净，表面无沥青膜，露骨率须达到60%以上㊂水泥混凝土板表面采用打磨处理，打磨后表面无浮浆㊂2)表面处理后在混凝土表面涂抹改性环氧黏结底涂层，用量为2.0~2.5L/m2㊂经环氧胶自流平后，在10m i n内满撒布耐磨玄武岩骨料，粒径3~
5mm细骨料，用量为7.0~9.0k g/m2㊂常温养生固化1~2h后，清扫回收表面松散和多余骨料，环氧底涂胶与骨料形成的薄层铺装厚度约为3~5mm;3)在改性环氧抗滑薄层表面涂抹高韧性硅橡胶涂层，用量为0.8~1.2k g/m2㊂养生固化3~4h硅橡胶硬化形成强度后可用于检测和开放交通㊂
环氧-硅橡胶复合薄层罩面结构示意图如图1所示，固化成型后分别采用铺砂法和摆式摩擦仪进行表面构造深度和摩擦系数检测㊂为了检测其抑冰效果，在其表面人为洒水后，放入-18ħ冷冻制造表面结冰层，再采用拉拔试验检测冰层与环氧-硅橡胶复合薄层罩面的粘结力㊂
为了模拟车轮碾压时对路面破冰效果，采用沥青混凝土车辙板，经表面处理后成型环氧-硅橡胶复合薄层罩面，在试件表面四周设置高5mm的挡水墙，人为洒满水后放入-18ħ冷冻制造结冰层㊂取出后快速放到车辙试验仪进行碾压试验，检测在橡胶轮压0.7M P a往复碾压100次下冰块的破损和脱落情况㊂
12
2 结果与分析
环氧-硅橡胶复合薄层罩面与沥青或混凝土界面粘结是关键力学性能，若二者粘结不足，易造成表面脱皮现象，直接影响薄层罩面的使用寿命㊂采用沥青和水泥混凝土面板，经表面处理后涂抹改性环氧黏结底涂层㊂养生固化后采用强力胶粘上拉拔头开展改性环氧黏结底涂层与混凝土界面粘结强度试验，结果见表1㊂
拉拔试验结果表明，改性环氧黏结底涂层与混凝土具有很好的界面粘结性能，拉拔断面都发生在沥青或水泥混凝土内部，实际界面粘强度大于混凝土自身内聚强度，因此，经认真表面处理后改性环氧黏结底涂层粘结牢固，可保证整个环氧-硅橡胶复合薄层罩面的使用耐久性㊂表1 改性环氧黏结底涂层与混凝土界面粘结强度试验结果
基面类型水泥混凝土
1
2
3
沥青混凝土
1
2
3
粘结强度/M P a
2.251.921.890.780.670.82
断面模式
水泥混凝土内部断裂
沥青混凝土内部断裂
图2为环氧-硅橡胶复合薄层罩面表面构造深度实际效果图㊂采用铺砂法检测未涂硅橡胶前其表面构造深度达到2.0~2.5mm ，涂硅橡胶后其表面构造深度为1.0~1.5mm ，表明采用单一粒径(3~5mm )作为耐磨骨料，即使表面涂上硅橡胶，仍能提供大于1mm 表面构造深度㊂采用摆式摩擦仪进行摩擦系数检测，未涂硅橡胶前其路面摩擦系数B P N 值达到90以上，而涂硅橡胶后仍大于70，具有良好的抗滑性能㊂整体上涂硅橡胶后其表面构造深度和摩擦系数均有所下降，因此宜控制好硅橡胶用量㊂
表2为冰层与环氧-
硅橡胶复合薄层罩面的粘结拉拔试验检测结果㊂为了对比分析，分别开展了冰层与水泥混凝土和沥青混凝土的粘结力试验㊂拉拔试验检测结果表明冰层与水泥混凝土和沥青混凝土粘结力大，拉拔断面均发生在冰层破坏，而采用环氧-硅橡胶复合薄层罩面后，冰层界面粘结力基本为0，拉拔断面发生在冰层与罩面界面处㊂可见硅橡胶与冰的粘结强度极低，在路面可有效形成冰层隔离层，降低路面除冰
难度㊂
表2 不同路面材料与冰粘结强度试验结果
检测项目水泥混凝土沥青混凝土环氧-硅橡胶复合薄层罩面拉拔强度/M P a 0.22~0.30.32~0.430~0.05断
面模式
冰层破坏
防滑轮胎冰层破坏
冰层与罩面界面破坏
采用车轮碾压100次破冰试验结果见表3，试验结果表明环氧-硅橡胶复合薄层罩面与冰层粘结力极低，车轮碾压1次即可产生冰层脱落，并被直接碾碎㊂而在沥青和水泥混凝土上形成的冰层与混凝土粘结牢固，经车轮反复碾压100次很难产生脱落，特别是沥青混凝土表面粗糙㊁孔隙多，水渗入表面孔隙后结冰形成粘2
2建材世界 2023年 第44卷 第4期
建材世界2023年第44卷第4期结牢固冰层，难以实现碾压脱落㊂整体上，环氧-硅橡胶复合薄层罩面与冰层粘结力弱，脆性冰层在硅橡胶受压弹性变形自动破冰，可及时快速恢复路面抗滑性能，提高行车安全㊂
表3改性环氧黏结底涂层与混凝土界面粘结强度试验结果
基面类型水泥混凝土沥青混凝土环氧-硅橡胶复合薄层罩面
破冰碾压次数1001001
断面模式冰层局部破碎脱落冰层完好界面脱离破碎
3结论
环氧-硅橡胶复合薄层罩面可以很好地解决传统抗滑薄层表面构造深度大，积水结冰后除冰难的问题，同时也解决了路面在直接使用超疏水材料抑冰时造成的路面防滑性能和耐磨性不足的难题㊂环氧-硅橡胶复合薄层罩面表面粗糙防滑，采用单一粒径(3~5mm)耐磨骨料提供表面构造深度大于1mm，摩擦系数B P N值大于70，同时表面疏水防结冰，硅橡胶与冰的粘结强度极低，轮胎碾压自动破冰，可形成冰层隔离层，有效降低路面除冰难度㊂
参考文献
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[2]赵毅，秦旻，文凯琪，等.沥青路面超疏水抗凝冰材料研究进展[J].材料导报,2021,35(1):1141-1153.
[3]鲁浈浈，葛倩倩，陈健，等.超疏水涂层在沥青路面上的抗凝冰性能分析[J].表面技术,2022,51(7):324-333,352.
[4]陈闻博，陈盛斌.适用于高海拔山区公路超疏水抗凝冰材料的制备及性能研究[J].公路,2018,63(3):231-235.
[5]李月光，许荣华，伊书国.Z n O超疏水表面材料用于路面抗凝冰技术性能研究[J].武汉理工大学学报(交通科学与工程
版),2018,42(2):221-225.
[6]高英力，李学坤，代凯明，等.超疏水仿生水泥混凝土路面防覆冰技术及效能评价[J].材料导报,2017,31(14):132-137.
[7]高英力，代凯明，黄亮，等.超疏水-防覆冰技术在公路路面中的研究应用进展[J].材料导报,2017,31(1):103-109.
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