CN102010150A - 高导热性小粒径沥青混合料 - Google Patents

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裴建中
张小娟
邵立波
常明丰
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Abstract

一种高导热性小粒径沥青混合料，由集料100份、SBS改性沥青5.8～7.0份、纤维稳定剂0.1～0.35份、氮化铝0.1～0.8份、矿粉4～12.5份的质量份配比的原料制成。将本发明高导热性的小粒径沥青混合料铺设在导电沥青层上，铺设厚度为20～25mm，不仅节省了原材料的用量，降低了工程造价，摊铺后的路面平整，减少了振动和噪音，可以满足重交通道路表面层的要求，而且可以使导电沥青层释放的热量更快的传导至表面层，使路面的冰雪尽快融化，提高效率，节约电能，也不会产生漏电现象，可以保证车辆和行人的安全，且施工速度快，交通开放早。

Description

高导热性小粒径沥青混合料
技术领域
本发明涉及沥青路面表面层，尤其涉及一种高导热性小粒径沥青路面。
背景技术
我国北方路面冬季由于雨雪天气结冰现象十分严重，这会极大地影响交通运行，使得本来拥挤的城市交通雪上加霜。道路结冰主要危害有：车轮与路面摩擦作用大大减弱，导致车辆打滑或刹车失灵，易引起交通事故；车速的降低使得道路通行能力也显著下降，极易造成交通阻塞；容易造成行人滑倒、摔伤以及其他意外交通事故的发生。为减少道路结冰带来的种种危害，通常采取人工机械清扫以及撒盐抗冰的方法，但人工清扫效率低，机械除冰影响交通运行；采取撒盐抗冰虽然有效，但会对路面造成腐蚀，影响路面的使用寿命。
申请号为200610046377.6的中国发明专利，公开了一种电加热自动除雪的路面制作方法，将掺加了碳纤维的沥青混凝土直接代替普通混凝土，这种方法不能确保通电时路面不会漏电，一旦漏电会对行人和车辆造成严重的后果。还有人想到了在铺设导电沥青层之上，再加铺普通沥青层，这种方法虽然能克服漏电的缺点，但是一方面加铺的普通沥青面层一般厚度在40mm以上，随着重交通的增加，面层还有加厚的趋势；另一方面由于普通沥青路面的热传导性差，采用上述方法通过导电沥青层来融化面层的积雪，工作效率低，且浪费电能。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服上述除雪防结冰方法的缺点，提供一种绝缘性能好、导热速度快、面层薄、节约材料的高导热性小粒径沥青混合料。
解决上述技术问题采用的技术方案是由下述质量份配比的原料制成：
集料                                    100份
SBS改性沥青                             5.8～7.0份
纤维稳定剂                              0.1～0.35份
氮化铝                                  0.1～0.8份
矿粉                        4～12.5份
上述的集料是由粒径为3～5mm的玄武岩与粒径小于3mm且不小于0.075mm的石英砂按质量比为2.3∶1混合制成；SBS改性沥青由西安乾坤路面材料有限公司提供；纤维稳定剂是木质素纤维，由北京捷路斯新材料有限公司生产；矿粉是由石灰岩经磨细加工成粒径小于0.075mm的矿物质粉末。
本发明的高导热性小粒径沥青混合料优选由下述质量份配比的原料制成：
集料                        100份
SBS改性沥青                 6.1～6.7份
纤维稳定剂                  0.25～0.35份
氮化铝                      0.4～0.8份
矿粉                        8～11.5份
本发明的高导热性小粒径沥青混合料最佳由下述质量份配比的原料制成：
集料                        100份
SBS改性沥青                 6.4份
纤维稳定剂                  0.32份
氮化铝                      0.6份
矿粉                        10.4份
上述高导热性小粒径沥青混合料的施工方法为：
1、制备高导热性小粒径沥青混合料
按照上述原料的质量份配比，将集料和矿粉在110℃烘干12小时，分别加热至190～200℃保持4～6小时，将集料加入拌合锅中，加入纤维稳定剂和氮化铝，干拌5～8秒，加入160～165℃的SBS改性沥青，拌合60秒，加入矿粉，拌合50～60秒，得到高导热性小粒径沥青混合料。
2、摊铺
将上述步骤1制备的高导热小粒径沥青混合料用履带式摊铺机摊铺在导电沥青层上，直接替换普通沥青层，摊铺温度为165～175℃，摊铺厚度为20～25mm，采用刚性碾静压，碾压温度控制在160～170℃。
3、质量检验
按交通部发布的《公路路基路面现场测试规程JTG E60-2008进行检测，检验合格后移交使用。
本发明在导电沥青层上铺设高导热性的小粒径沥青混合料，面层的铺设厚度为20～25mm，不仅节省了原材料的用量，降低了工程造价，摊铺后的路面平整，减少了振动和噪音，可以满足重交通道路表面层的要求，而且可以使导电沥青层释放的热量更快的传导至表面层，使路面的冰雪尽快融化，提高效率，节约电能，也不会产生漏电现象，可以保证车辆和行人的安全，且施工速度快，交通开放早。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。
实施例1
以制备本发明高导热小粒径沥青混合料所用集料10kg为例，所用其他原料及其质量配比如下：
集料                                    10kg
SBS改性沥青                             0.64kg
纤维稳定剂                              0.032kg
氮化铝                                  0.06kg
矿粉                                    1.04kg
上述的集料是由粒径为3～5mm的玄武岩和粒径小于3mm且不小于0.075mm的石英砂按质量比为2.3∶1混合制成；SBS改性沥青由西安乾坤路面材料有限公司提供；纤维稳定剂是木质素纤维，由北京捷路斯新材料有限公司生产；矿粉是由石灰岩经磨细加工成粒径小于0.075mm的矿物质粉末。
其施工方法如下：
1、制备高导热性小粒径沥青混合料
按照上述原料的质量配比，将集料和矿粉在110℃烘干12小时，分别加热至190～200℃保持4～6小时，将集料加入拌合锅中，加入纤维稳定剂和氮化铝，干拌5～8秒，加入160～165℃的SBS改性沥青，拌合60秒，加入矿粉，拌合50～60秒，得到高导热性小粒径沥青混合料。
2、摊铺
将上述步骤1制备的高导热小粒径沥青混合料用履带式摊铺机摊铺在导电沥青层上，直接替换普通沥青层，摊铺温度为165～175℃，摊铺厚度为20～25mm，采用刚性碾静压，碾压温度控制在160～170℃。
3、质量检验
按交通部发布的《公路路基路面现场测试规程JTG E60-2008进行检测，检验合格后移交使用。
实施例2
以制备本发明高导热小粒径沥青混合料所用集料10kg为例，所用其他原料及其质量如下：
集料                                        10kg
SBS改性沥青                                 0.58kg
纤维稳定剂                                  0.01kg
氮化铝                                      0.01kg
矿粉                                        0.4kg
上述原料的规格与实施例1相同。其施工方法与实施例1相同。
实施例3
以制备本发明高导热小粒径沥青混合料所用集料10kg为例，所用其他原料及其质量如下：
集料                                        10kg
SBS改性沥青                                 0.70kg
纤维稳定剂                                  0.035kg
氮化铝                                      0.08kg
矿粉                                        1.25kg
上述原料的规格与实施例1相同。其施工方法与实施例1相同。
实施例4
以制备本发明高导热小粒径沥青混合料所用集料10kg为例，所用其他原料及其质量如下：
集料                                        10kg
SBS改性沥青                                 0.61kg
纤维稳定剂                                  0.025kg
氮化铝                                0.04kg
矿粉                                  0.8kg
上述原料的规格与实施例1相同。其施工方法与实施例1相同。
实施例5
以制备本发明高导热小粒径沥青混合料所用集料10kg为例，所用其他原料及其质量如下：
集料                                  10kg
SBS改性沥青                           0.67kg
纤维稳定剂                            0.035kg
氮化铝                                0.08kg
矿粉                                  1.15kg
上述原料的规格与实施例1相同。其施工方法与实施例1相同。
实施例6
以制备本发明高导热小粒径沥青混合料所用集料10kg为例，所用其他原料及其质量如下：
集料                                  10kg
SBS改性沥青                           0.67kg
纤维稳定剂                            0.03kg
氮化铝                                0.05kg
矿粉                                  0.95kg
上述原料的规格与实施例1相同。其施工方法与实施例1相同。
为了确定本发明的最佳原料配比，发明人进行了大量的实验室研究试验，各种试验情况如下：
1、原料配比确定
(1)氮化铝用量确定
在实施例1中，保持其他原料质量不变，测试氮化铝质量分别为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8g时，按照交通部部颁标准JTJ052-2000《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的T0702-2000试件成型方法成型试件的热传导率。试验结果见表1。
表1不同氮化铝用量的混凝土试件热传导率
  氮化铝用量(g)   0.1   0.2   0.3   0.4   0.5   0.6   0.7   0.8
  试件热传导率(w/m℃)   1.3   1.58   1.65   2.2   2.5   2.8   2.6   2.3
由表1可见，氮化铝用量为0.1～0.8g时，成型的混凝土试件的热传导率均较大，其中氮化铝用量为0.6g时试件的热传导率最大。本发明集料的质量份为100份时，选择氮化铝用量为0.1～0.8份，最佳为0.6份。
(2)确定SBS改性沥青的最佳用量
以实施例1中的集料和矿粉比例，按照交通部部颁标准JTJ052-2000《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的T0702-2000试件成型方法，采用5种油石比，成型试件25个，按照交通部部颁标准《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的T0709-2000试验方法进行稳定度和流值的测定，计算各项体积指标，确定最佳SBS改性沥青用量。试验结果见表2。
表2高导热小粒径沥青混合料马歇尔试验结果
  油石比(％)   5.8   6.1   6.4   6.7   7.0   部颁标准要求
  试件毛体积密度(g/cm3)   2.35   2.39   2.42   2.40   2.37   --
  空隙率(％)   6.0   5.7   5.0   4.5   4.1   4～6
  矿料间隙率(％)   17.4   17.2   17.1   17.8   18.0   ≮17.0
  沥青饱和度(％)   73.6   75.8   77.6   78.4   81.5   75～85
  稳定度(kN)   11.85   12.23   12.58   12.02   11.90   ≥6.0
  流值(mm)   3.12   3.35   3.68   3.96   4.23   2～5.0
注：以上各项指标均为5个试件的算术平均值。
由表2可见，油石比为5.8％～7.0％时，高导热小粒径沥青混合料各项指标均满足部颁标准要求。按照国家部颁标准《公路沥青路面施工技术规范》(JIGF40-2004)中沥青混合料配合比设计的要求，计算最佳油石比，确定采用油石比为6.4％，即集料的质量份为100份时，SBS改性沥青的质量份最佳为6.4份。
为了证明本发明的有益效果，发明人采用本发明实施例1中的原料配比分别成型试件，进行性能测试，各种测试情况如下：
实验仪器：固体热传导率测试仪，由南京大展机电技术研究所提供；LMS-7型全自动马歇尔试验仪，由西安亚星土木仪器有限公司研制；LHPL-6型沥青混合料低温劈裂实验仪，由沧州恒德建筑仪器器材有限公司提供；多用途自动车辙仪，由北京今谷神箭测控技术研究所研制；蠕变试验机，由上海聚德永升测控系统有限公司供应；路面渗水仪，由上海申锐测试设备制造有限公司提供；LD-138型电动铺砂仪，由沧州筑龙工程仪器有限公司提供。
1、测试热传导率试验
用固体热传导率测试仪测试添加氮化铝前后沥青混合料的热传导率，其他原料及其用量与实施例1相同，实验结果见表3。
表3热传导率对比
  混合料类型   热传导率
  普通沥青混合料   1.2w/m℃
  高导热小粒径沥青混合料   2.8w/m℃
由表3可见，不添加氮化铝的普通沥青混合料的热传导率为1.2w/m℃，而添加氮化铝的沥青混合料的热传导率提高到2.8w/m℃。这种高导热性的沥青混合料是普通沥青混合料热传导率的2.3倍。
2、检验高导热小粒径沥青混合料路用性能
(1)水稳定性试验
用冻融劈裂试验来评价高导热小粒径沥青混合料的水稳定性，按照交通部部颁标准JTJ052-2000《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(在本发明中简称为《规程》)中的T0702-2000试件成型方法制成直径为101.6mm±0.25mm、高63.5±1.3mm的圆柱体试件，将试件按《规程》中T0729-2000规定的试验方法进行冻融劈裂试验，结果见表4。
表4冻融劈裂实验结果
Figure BSA00000274792700071
由表4可见，实施例1和实施例6得到的高导热小粒径沥青混合料的冻融劈裂强度比分别为91.7％和84.4％，均满足部颁技术标准不小于80％的要求。
除了用冻融劈裂试验外，还可以用浸水马歇尔试验来评价高导热小粒径沥青混合料的水稳定性。按T0702标准击实方法成型马歇尔试件，直径为101.6mm±0.2mm，高为63.5±1.3mm，按《规程》中T0709-2000进行浸水马歇尔试验，结果见表5。
表5浸水马歇尔试验结果
Figure BSA00000274792700081
由表5可见，实施例1和实施例6得到的高导热小粒径沥青混合料的马歇尔残留稳定度分别为91.4％和87.4％，均满足部颁技术标准不小于80％的要求。
由表4和表5可见，实施例1和实施例6得到的高导热小粒径沥青混合料均具有良好的抗水损害能力。
(2)高温稳定性试验
按照交通部部颁标准《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的T0703-2000试件成型方法分别成型三个尺寸为300mm×300mm×50mm的试件，并按照交通部部颁标准《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的T0719-1993试验方法，采用多用途自动车辙仪进行车辙试验，记录试验数据。实验结果见表6。
表6车辙实验结果
由表6可见，实施例1和实施例6得到的高导热小粒径沥青混合料的平均动稳定度分别为5878次/mm和4659次/mm，均远远大于部颁标准要求的不小于3000次/mm，即实施例1和实施例6得到的高导热小粒径沥青混合料均具有较好的高温抗车辙能力。
(3)低温性能试验
按照交通部部颁标准《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的T0703-2000试件成型方法成型试件，分别切割三个尺寸为250mm×30mm×35mm的试件，并按照交通部部颁标准《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的T0728-2000试验方法采用蠕变试验机进行低温弯曲蠕变试验，记录试验数据。试验结果见表7。
表7小梁弯曲破坏试验结果
Figure BSA00000274792700091
注：《公路沥青路面施工技术规范》中冬寒地区要求改性沥青混合料的破坏应变不小于2000。
由表7可见，实施例1和实施例6得到的高导热小粒径沥青混合料低温性能指标均满足国家部颁技术标准的要求。
(4)抗滑性能及渗水系数试验
按照交通部部颁标准《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的T0703-2000试件成型方法分别成型2个尺寸为300mm×300mm×50mm的试件，按照按交通部部颁标准《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的T0730-2000和T0731-2000的试验方法分别进行构造深度和渗水系数试验。试验结果见表8。
表8抗滑性能及渗水系数检测结果
Figure BSA00000274792700092
由表8可见，实施例1和实施例6得到的高导热小粒径沥青混凝土路面抗滑性能和渗水系数指标均满足交通部部颁技术标准的要求。
综上所述，本发明添加了氮化铝的高导热小粒径沥青混合料的抗水损坏能力和高温稳定性、低温性能、路面抗滑性能、渗水性能均能满足交通部部颁技术标准的要求，即用本发明高导热小粒径沥青混合料铺设路面表面层路用性能良好。

Claims (3)

1.一种高导热性小粒径沥青混合料，其特征在于由下述质量份配比的原料制成：
集料                                    100份
SBS改性沥青                             5.8～7.0份
纤维稳定剂                              0.1～0.35份
氮化铝                                  0.1～0.8份
矿粉                                    4～12.5份
上述的集料是由粒径为3～5mm的玄武岩和粒径小于3mm且不小于0.075mm的石英砂按质量比为2.3∶1混合制成；SBS改性沥青由西安乾坤路面材料有限公司提供；纤维稳定剂是木质素纤维，由北京捷路斯新材料有限公司生产；矿粉是由石灰岩经磨细加工成粒径小于0.075mm的矿物质粉末。
2.根据权利要求1所述的高导热性小粒径沥青混合料，其特征在于由下述质量份配比的原料制成：
集料                                    100份
SBS改性沥青                             6.1～6.7份
纤维稳定剂                              0.25～0.35份
氮化铝                                  0.4～0.8份
矿粉                                    8～11.5份。
3.根据权利要求1所述的高导热性小粒径沥青混合料，其特征在于由下述质量份配比的原料制成：
集料                                    100份
SBS改性沥青                             6.4份
纤维稳定剂                              0.32份
氮化铝                                  0.6份
矿粉                                    10.4份。
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