道路施工中的環(huán)境友好型材料性能優(yōu)勢(shì)研究

中圖分類號(hào)：TQ17 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1001-5922（2025）10-0117-04

Research on the performance advantages of environmentally friendly materials in road construction

TANG Longxing （Zhenba County Rural Highway Development Center，Hanzhong 723Ooo，Shaanxi China）

Abstract：The use of environmentally friendly materials in road construction has becomea hot topic of curent research.Inthis paper，theperformanceof environmentally friendly materials is studied to explore itsapplication potential in road construction.Inthispaper，thedefinitionof environmentallyfriendly materials is defined，including renewable materials，degradable materials，recycled materials，etc.The performance of colored anti-skid pavement materials is studied through experiments，and its positive efectonroadconstruction is analyzed.The results show thatthe material has high strengthanddurability，which issuitable fordiferent environmental conditions inroad construction，andthe waste generated during usecanbe recycledand reused to efectively reducethe negative impact on theenvironment.However，there arestillvarious challenges inthecurrent research in this field，including material performance improvement，production cost reduction，standardization establishment，etc.Through the studyofitsperformance，this paper provides theoretical basisand experimental supportfor itsapplication inroad construction，and provides reference for future research.

Key words ：colored anti-skid pavement;environmentally friendly;interpenetrating polymer networks;anti-skid aggregate

所謂環(huán)境友好型彩色防滑路面材料是指在道路建設(shè)中使用的一種特殊材料，具有環(huán)境友好、防滑、彩色等特點(diǎn)，其采用的是可再生資源和環(huán)保材料，有效減少對(duì)自然資源的消耗，符合當(dāng)今社會(huì)對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求。同時(shí)，該材料在表面利用防滑處理，進(jìn)一步提高行車和行人的安全性，降低了交通事故的發(fā)生率。且彩色設(shè)計(jì)使得道路更加美觀，為城市增添了一抹亮麗的色彩。然而，在實(shí)際使用中，環(huán)境友好型彩色防滑路面材料存在各種問(wèn)題亟待解決，其使用壽命相對(duì)較短，需要經(jīng)常進(jìn)行維護(hù)，增加了城市管理的成本。由于彩色路面材料的特殊性，其制備工藝相對(duì)復(fù)雜，需要選擇合適的添加劑和工藝參數(shù)，以確保材料的性能。該材料的耐磨性和耐候性也需要進(jìn)一步提高，以應(yīng)對(duì)各種惡劣氣候。因此，本研究旨在探索環(huán)境友好型彩色防滑路面材料的性能，并尋找解決上述問(wèn)題的方法。本文將從材料的制備工藝、性能測(cè)試以及應(yīng)用效果等方面進(jìn)行研究，以期為道路建設(shè)提供一種更加環(huán)保、安全、美觀的選擇1]。

1試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)材料

環(huán)氧樹脂（EP，CYD-128）活性稀釋劑、鄰苯二甲酸二辛酯（DOP）和固化促進(jìn)劑（DMP-30）（江蘇三木化工股份有限公司）；水下快速固化劑（沙化工研究院），流平劑和消泡劑（德謙企業(yè)股份有限公司）；氣相白炭黑（沈陽(yáng)化工集團(tuán)有限公司）；二氧化鈦（金紅石型）（米倫尼烏姆化學(xué)公司）；石英粉（200自以上）（海城東潤(rùn)滑石粉廠）;引入彩色防滑骨料來(lái)增加產(chǎn)品多樣性，這些骨料包括3種粒徑為 0.5～4.0mm 的彩色陶瓷（產(chǎn)自山東）著色鋁礬土（產(chǎn)自山西）和著色石英玻璃（產(chǎn)自廣東）。

1.2 試驗(yàn)儀器

試驗(yàn)儀器：拉伸試驗(yàn)機(jī)、壓縮試驗(yàn)機(jī)、彎曲試驗(yàn) 機(jī)、洛氏硬度計(jì)、剪切試驗(yàn)機(jī)、粘結(jié)試驗(yàn)機(jī)、紫外線老 化試驗(yàn)箱、濕熱老化試驗(yàn)箱等、揮發(fā)性有機(jī)物（VOC） 檢測(cè)儀、重金屬含量測(cè)試儀等。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 雙組分集料制備工藝

聚氨酯預(yù)聚體（PU）是一種重要的高分子化合物，具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，通過(guò)聚醋酸酯的反應(yīng)合成而來(lái)，其合成過(guò)程可以分為三個(gè)基本步驟。多元醇是聚氨酯預(yù)聚體合成中不可或缺的原料，常見(jiàn)多元醇包括丁二醇、甘油、聚醚多元醇、蓖麻油等在反應(yīng)過(guò)程中，聚醋酸酯與多元醇發(fā)生酯交換反應(yīng)，生成醇酯化的產(chǎn)物。工作人員將適量比例蓖麻油和DOP放置在三口燒瓶中，使用專業(yè)工具進(jìn)行勻速攪拌，等到實(shí)驗(yàn)室溫度達(dá)到 60^°C 時(shí)要進(jìn)行降溫處理，將溫度下降到 25^°C ，并進(jìn)行持續(xù)攪拌操作，直到其溫度提高到75^qC ，再靜止 2h ，保證其能進(jìn)行充分的化學(xué)反應(yīng)，然后將其下降到 25^°C 出料2。聚氨酯預(yù)聚體具有很多優(yōu)良的性能，例如耐磨損、耐油脂、耐溶劑、耐高溫等。因此，在許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，如汽車制造、建筑材料、涂料、膠粘劑等。此外，聚氨酯預(yù)聚體還可以通過(guò)添加不同的功能性單體或添加劑，來(lái)實(shí)現(xiàn)特殊的性能，如阻燃、抗UV等（如表1所示）。

表1雙組分基料基本配方Tab.1 Basic formula of two-componentbase material

雙組分基料制備工藝是一種常用的材料制備方法，可通過(guò)將聚氨酯預(yù)聚體（PU）和環(huán)氧樹脂（EP）投入到反應(yīng)器中，并加入活性稀釋劑、填料、納米無(wú)機(jī)阻燃劑等來(lái)制備。除了聚氨酯預(yù)聚體和環(huán)氧樹脂外，還需要活性稀釋劑、填料、納米無(wú)機(jī)阻燃劑，以及一個(gè)反應(yīng)器和攪拌設(shè)備。接下來(lái)，將聚氨酯預(yù)聚體和環(huán)氧樹脂按照一定比例投人到反應(yīng)器中，該比例根據(jù)實(shí)際需求和材料性質(zhì)進(jìn)行調(diào)整，在投料過(guò)程中要注意避免材料的濺出和浪費(fèi)。然后，在投料的同時(shí)逐漸加人活性稀釋劑，活性稀釋劑的添加可調(diào)節(jié)材料的黏度和流動(dòng)性，以便更好地進(jìn)行后續(xù)操作。在添加活性稀釋劑時(shí)，需要逐漸加入并充分?jǐn)嚢瑁源_保其均勻分散在材料中。接下來(lái)，根據(jù)需要逐步加人填料，改變材料的性能，如增加強(qiáng)度、改善耐磨性等，同樣要充分?jǐn)嚢瑁_保其均勻分散在材料中。根據(jù)需要加人納米無(wú)機(jī)阻燃劑。納米無(wú)機(jī)阻燃劑的添加可以提高材料的阻燃性能，從而增強(qiáng)材料的安全性。完成以上步驟后，可以繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)的加工和使用，高速分散1～2h，保證其混溶的平均線，并采用研磨機(jī)進(jìn)行加工，直到其細(xì)度達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)[3]。

1.3.2 彩色防滑路面試件制備

彩色防滑路面是一種在道路、人行道和其他公共場(chǎng)所使用的特殊材料，它具有防滑性能和豐富的顏色選擇。在試驗(yàn)開始前，工作人員要準(zhǔn)備彩色防滑路面試件的原材料，通常彩色防滑路面由水泥、石英砂、顏料、增強(qiáng)劑等組成。其中水泥是主要的結(jié)合材料，石英砂用于增加路面的硬度和耐磨性，顏料則決定路面的顏色，增強(qiáng)劑可提高路面的抗裂性能。接下來(lái)，按照適量比例將原材料混合在一起，其中控制基料用量為 1.8～2.5kg/m² ，基料涂層濕膜厚度 1.5～3.5mm 并在基料涂層上放置 0.5～4mm 彩色防滑骨料，保證其能完全覆蓋在基料涂層表面。在攪拌機(jī)中加入適量的水泥，并開始攪拌，逐漸加入石英砂，繼續(xù)攪拌。在混合的過(guò)程中，要不斷調(diào)整水泥和石英砂的比例，以確保混合物的稠度和均勻性。待混合物達(dá)到一定的稠度后，我們?cè)偌尤腩伭虾驮鰪?qiáng)劑，繼續(xù)攪拌4。在混合完成后，要將混合物倒入模具中，模具的形狀可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行制作，通常選擇長(zhǎng)方形或正方形的模具，以便于進(jìn)行試驗(yàn)。在倒人混合物之前，要在模具底部涂抹一層防粘劑，以便于將試件取出。倒入混合物后，要用專業(yè)的工具將其壓實(shí)，確保試件的密實(shí)度和均勻性。待試件完全凝固后，將其取出模具，對(duì)試件進(jìn)行各種試驗(yàn)，包括抗滑試驗(yàn)、抗壓試驗(yàn)、抗裂試驗(yàn)等，以評(píng)估其性能和質(zhì)量（如圖1所示）。

圖1彩色防滑路面斷面構(gòu)造示意圖 Fig.1 Schematic diagram of cross-section structure ofcoloredanti-skid pavement

2 性能測(cè)試

2.1 物化性能測(cè)試

物化性能測(cè)試共設(shè)定以下8項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)：涂膜外觀、耐水性、耐堿性、涂層低溫抗裂性、人工加速耐候性、基料在容器中的狀態(tài)、凝膠時(shí)間、基料附著性、不粘胎干燥時(shí)間和骨料粒徑等理化性能指標(biāo)，參照J(rèn)T/T712—2008《路面防滑涂料》進(jìn)行。

2.2 抗滑性能

抗滑性能測(cè)試主要包括摩擦系數(shù)、抗滑阻力（SlipResistance）斜坡測(cè)試（RampTest）沖擊滑動(dòng)測(cè)試（PendulumTest）、微觀表面粗糙度（MicroSurfaceRoughness），按照T/CECS10336—2023《地面防滑性能分級(jí)及試驗(yàn)方法》和GB/T32987—2016《混凝土路面磚抗滑性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試]。

2.3 構(gòu)造深度

在環(huán)境友好型材料構(gòu)造深度測(cè)試中，主要有以下幾個(gè)指標(biāo)需要詳細(xì)測(cè)量。（1）材料成分和化學(xué)性質(zhì)：分析材料的化學(xué)組成，確保沒(méi)有有害物質(zhì)。如根據(jù)GB/T35611—2017《綠色產(chǎn)品評(píng)價(jià)紡織產(chǎn)品》中提到的要求，需要檢測(cè)材料中的重金屬含量、甲醛含量和其他有害化學(xué)物質(zhì)；（2）生命周期評(píng)價(jià)（LCA）：全面評(píng)估材料在整個(gè)生命周期中的環(huán)境影響，包括生產(chǎn)、使用和處置階段，按照GB/T24040—2008《環(huán)境管理生命周期評(píng)價(jià)原則與框架》提供相關(guān)的指導(dǎo)；（3）再生和回收利用率：評(píng)估材料的再生能力和回收率，這對(duì)資源的可持續(xù)利用至關(guān)重要。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)如NY/T658—2015《綠色食品包裝通用準(zhǔn)則》中涉及到相關(guān)內(nèi)容[]。

3 結(jié)果與分析

3.1 理化性能優(yōu)勢(shì)

通過(guò)試驗(yàn)，得到阻燃彩色路面材料的理化性能，以及隧道抗滑性能，如表2所示。

表2隧道抗滑、阻燃彩色路面材料的理化性能 Tab.2Physical andchemical propertiesof anti-skid and flame-retardantcoloredpavementmaterialsfortunnels

通過(guò)分析上述內(nèi)容，發(fā)現(xiàn)該理化性能分析數(shù)據(jù)滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，且該材料在耐煤焦油性和耐汽油性較為優(yōu)秀。同時(shí)，在低溫試驗(yàn)且主劑和固化劑比例100：60 時(shí)，該材料不粘胎干燥時(shí)間為 55min ，這意味著該材料具有快速施工、低溫等特征，是典型的快干冷型路面防滑涂料。

3.2 抗滑性能優(yōu)勢(shì)

通過(guò)試驗(yàn)，得到隧道抗滑、阻燃彩色路面試件抗滑值和構(gòu)造深度，如表3所示。

結(jié)合上述研究結(jié)果顯示，其抗滑值超過(guò)公路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，BPN值在85～93范圍，有利于工作人員進(jìn)行合理控制，具有優(yōu)異的抗滑性能。可見(jiàn)，隨著陶瓷骨料粒徑持續(xù)增加，進(jìn)一步提高試件表面紋理構(gòu)造深度，但試件陶瓷骨料粒徑、構(gòu)造深度和BPN值差異明顯，很難形成完整的定量線性關(guān)系。其主要原因是影響抗滑性的因素趨于多樣化，不僅與骨料粒徑大小有直接關(guān)聯(lián)，還與骨料顆粒性征有所聯(lián)系，需要工作人員加強(qiáng)該方面的研究工作[9]。

表3隧道抗滑、阻燃彩色路面試件抗滑值和構(gòu)造深度測(cè)試結(jié)果

Tab.3Testresultsofanti-slidingvalue and structural depth of tunnel anti-sliding andflame-retardantcolorroadtestpieces

3.3抗壓和壓縮剪切性能優(yōu)勢(shì)

通過(guò)試驗(yàn)，得到抗壓和壓縮剪切性能，如表4所示。

表4聚氨酯預(yù)聚體（PU）用量對(duì)基料抗壓強(qiáng)度的影響

Tab.4Effect of PU dosage on compressive strength ofbasematerial

聚氨酯預(yù)聚體（PU）是一種常用的增強(qiáng)材料，可在很多領(lǐng)域中使用，如建筑、汽車制造和電子設(shè)備等。研究表明，當(dāng)聚氨酯預(yù)聚體的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)增加時(shí)，基料的抗壓強(qiáng)度呈上升趨勢(shì)。在占主劑總重 10% 以下時(shí)，聚氨酯預(yù)聚體的添加量較低，但其在基料中的作用卻非常顯著。在這個(gè)范圍內(nèi)，聚氨酯預(yù)聚體的增長(zhǎng)速度較快，可以有效提高基料的抗壓強(qiáng)度。這是因?yàn)榫郯滨ヮA(yù)聚體可以填充基料中的微孔，增加基料的密實(shí)性，從而提高了其抗壓能力。然而，當(dāng)聚氨酯預(yù)聚體的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)超過(guò) 10% 時(shí)，基料的抗壓強(qiáng)度的增長(zhǎng)速度就會(huì)減慢。這是因?yàn)樵诟咛砑恿肯拢郯滨ヮA(yù)聚體之間的相互作用會(huì)導(dǎo)致基料的結(jié)構(gòu)變得松散，從而減弱了其抗壓能力。因此，在確定基料中聚氨酯預(yù)聚體的添加量時(shí)，應(yīng)將其控制在 10% 左右為宜。除了抗壓強(qiáng)度，聚氨酯預(yù)聚體的添加量還對(duì)基料的剪切強(qiáng)度起著重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，隨著聚氨酯預(yù)聚體質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的增加，基料的剪切力度也呈現(xiàn)出類似的趨勢(shì)。在 10% 以下的添加量范圍內(nèi)，剪切力度增長(zhǎng)較快；而在 10% 以上的添加量范圍內(nèi)，剪切力度的增長(zhǎng)速度則減慢[10-15]

4結(jié)語(yǔ)

（1）環(huán)境友好型彩色防滑路面材料具有良好的耐久性，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的使用，該材料仍然能夠保持其顏色和防滑性能。主要原因是因該材料采用特殊的配方和工藝，使其具有優(yōu)異的耐候性和抗老化性能；（2）在濕滑情況下，該材料的摩擦系數(shù)明顯高于傳統(tǒng)的道路材料。這使得駕駛員在雨天或者冰雪天氣下更容易控制車輛，減少交通事故的發(fā)生;（3）該材料不含有害物質(zhì)，對(duì)人體和環(huán)境沒(méi)有任何危害。同時(shí)，其生產(chǎn)過(guò)程中也減少了能源消耗和廢氣排放，符合可持續(xù)發(fā)展的理念；（4）經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的日曬雨淋，該材料的顏色依然鮮艷明亮，不會(huì)褪色，使得道路更加美觀，提升了城市的整體形象。

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