CN102070312A - 自散热型红外沥青混合料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
自散热型红外沥青混合料及其制备方法，沥青混合料由沥青及粗细集料构成，特征是在该沥青混合料中含有红外粉，红外粉在自散热红外沥青混合料中的重量比例为3~12%。制备方法是：⑴将红外粉和矿粉按混合均匀；⑵将步骤⑴得到的混合均匀的红外粉和矿粉预热到180~190℃；⑶将粗细集料放入拌和机中，再加入步骤⑵得到的混合均匀的红外粉和矿粉进行干拌，时间不低于10s；⑷干拌结束后再加入沥青进行湿拌，时间不低于45s，总体拌合时间以混合料拌合均匀，所有粗细集料全部裹覆沥青为准。本发明在降低自身温度的同时，还增强了混合料本身的整体性和稳定性，并有利于降低城市大气的热量蓄积，有利于缓解城市热岛效应。
Description
技术领域
本发明涉及一种沥青及其制备方法，具体涉及一种具有自散热降温性质的沥青混合料，特别涉及一种将红外粉体作为一种组分制备具有降温效果的沥青混合料的改性配方；以及这种具有自散热降温性质的沥青混合料的制备方法。
背景技术
现有技术：夏季高温季节城市路面易产生高温病害，主要包括车辙、拥包、泛油等高温病害，严重影响路面行车安全和路面使用寿命，同时，路面是城市热岛效应的主要热源，造成大气升温，影响城市人居环境的改善。
长期以来，中国对于处理路面高温病害的主要采取先破坏、后治理的消极应对措施，主要靠优选配比和选用高性能沥青材料，以提高沥青混合料的高温稳定性。对于城市热岛效应的应对措施一般通过增加城市自然下垫面的面积，对城市道路两侧进行大面积绿化，通过树木的遮阴，降低路面接收的直接太阳辐射能。被动处理沥青路面高温破坏问题不经济、不节约，选择高性能沥青材料以及加强城市绿化则需要高额成本，同时城市绿化也要求城市以低密度建筑形态存在，在人口众多的中国难以实现。
目前国内外一些专家开始从沥青路面材料性质着手研究其与太阳辐射之间关系，提出利用彩色沥青和保水型路面提高路面反射率，降低对太阳辐射能的吸收，从而达到降低城市路面温度的目的。采用彩色沥青铺筑路面具有美化环境、降低路面温度等多重优越性，在日本、西欧等国家已有少量应用，效果较为显著，但由于成本较高以及施工工艺较为复杂并未大范围推广应用，保水型路面还处于理论研究阶段。
目前，远红外辐射材料因其自身具有的在远红外波段高发射率的性质而被广泛应用于军事隐身、医疗保健和工业炉窑节能等领域，利用远红外材料的特性并应用于路面降温、缓解城市热岛效应这一方面当前还未见报导。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有自散热降温性质的沥青混合料，特别涉及一种将红外粉体作为一种组分制备具有降温效果的沥青混合料的改性配方；以及这种具有自散热降温性质的沥青混合料的制备方法。本发明是采用矿红外粉作为沥青混合料部分填料，利用红外辐射材料（红外粉）在大气窗口波段的高发射性质，将路面热能转化为大气窗口波段的辐射能并发射到宇宙空间，从而达到降低路面温度、缓解城市热岛效应的双重目的。
完成上述发明任务的方案是：一种具有自散热降温性质的沥青混合料，由沥青及粗细集料构成，其特征在于，在该沥青混合料中含有红外粉（原状粉或改性粉），所述红外粉在自散热红外沥青混合料中的重量比例为3~12%。
所述红外粉的掺入方式：
利用红外粉等量替代部分石灰岩矿粉作为填料以干法的施工工艺掺入到沥青混合料中。
以上方案中所述的“沥青及粗细集料”是指：道路工程中使用的各种沥青及其各种常规粗细集料。
本发明的优化方案是：
1、本申请推荐：所述红外粉在自散热红外沥青混合料中的重量比例最佳值为5~10%。
2、所采用的红外粉是以工业废渣和矿物原料，作为红外辐射基料的基本原材料，以高性能的氧化物材料为外掺组份，经过高温烧结工艺形成具有高发射率结晶相的合成红外粉体材料（也称为矿渣烧结红外粉或原状粉）。经测试，矿渣烧结红外粉在红外窗口波段发射率达到0.94。其主要成分和粒径分别见表1和表2。
表1 矿渣烧结红外粉的主要成分（质量%）
| SiO2 | Fe2O3 | TiO2 | MnO | Al2O3 | VO2 | CaO | |
| 红外粉 | 30~40 | 30~40 | 5~10 | 5~10 | 2~5 | 0~2 | 2~5 |
表2 矿渣烧结红外粉的粒径分布
| 占总量的体积（％） | 10 | 25 | 50 | 75 | 90 |
| 粒度（μm＜） | 1.901 | 4.203 | 8.128 | 12.45 | 16.11 |
表2中各种粒度占总量的体积（％）的比例，是反映各种粒径的颗粒在总量中所占的体积比例，例如：小于1.901μm的粒径占体积小于10%，依次类推。所以各组比例之间有重合，不是总和。
3、为提高红外粉在沥青混合料中的活性，可采用碱处理的方式改性红外粉，使其偏碱性，具体方法如下：首先配置浸泡红外粉的碱液；将原状红外粉放置在碱液中浸泡，取出烘干至恒重，得到所需的碱处理的方式改性红外粉。所述的浸泡红外粉的碱液配方是：常用碱的pH值大于11的溶液，例如：饱和氢氧化钙溶液或饱和氢氧化钠溶液。
本发明通过利用红外粉体在大气窗口波段所具有的高发射性质，将其以一定比例作为填料掺入到沥青混合料中，从而制备了具有自散热性质的红外沥青混合料。
红外粉掺入到沥青混合料中，由于其在红外波段的发射性质，使其能最大程度上吸收沥青混合料蓄积的热能，当吸收能达到一定程度就会激发内部电子跃迁，从而将热能转化为红外辐射能，而其发射波长处于大气窗口波段，因此这部分发射能能穿透大气层，辐射到宇宙空间，从而降低了大气层内部水汽分子、二氧化碳分子对地面长波的吸收，有利于降低大气温度，缓解城市热岛效应。同时，由于红外粉相比于矿粉颗粒较小，分散更为均匀，颗粒级配较好，具有更大的比表面积，容易吸附较多的沥青。另外，红外粉经过碱处理后，与偏酸性的沥青彼此吸附，使沥青充分渗入到混合料内部的空隙与裂缝之中，增加了接触粘合的总的内表面积，从而有利于提高结构沥青的含量，使沥青胶浆的粘结力增大，增强了混合料的整体结构性能，从而大幅提高了材料的力学性能。
红外粉及其改性：
完成本申请第2个发明任务的方案是：上述具有自散热降温性质的沥青混合料的制备方法，其特征在于，步骤如下：
⑴、将红外粉和矿粉按所需比例混合均匀；（这里的“矿粉”是传统“粗细集料”中原有的组分，沥青混合料要求不同粗细的集料有不同的重量比例，为了不破坏混合料中的组成配比，所以将红外粉代替了部分矿粉，因为它们细度上比较接近)；
⑵、将步骤⑴得到的混合均匀的红外粉和矿粉预热到180~190℃；
⑶、将粗细集料放入拌和机中，再加入步骤⑵得到的混合均匀的红外粉和矿粉进行干拌，时间不低于10s；
⑷、干拌结束后再加入沥青进行湿拌，时间不低于45s，总体拌合时间以混合料拌合均匀，所有粗细集料全部裹覆沥青为准。
换言之，本发明的工艺是：混合料拌合前，应将红外粉和矿粉按所需比例混合均匀，预热到180~190℃。拌合设备采用间歇式拌和机，先将粗细集料放入拌和机中，再加入混合均匀的红外粉和矿粉进行干拌，时间不低于10s，干拌结束后再加入沥青进行湿拌不低于45s，总体拌合时间以混合料拌合均匀，所有粗细集料全部裹覆沥青为准。混合料的出厂温度控制在140~160℃。
本发明制备方法的优化方案是：在第⑴步骤前增加有：所述的红外粉是采用碱处理的改性红外粉，该碱处理的改性红外粉的处理方法如下：首先配置浸泡红外粉的碱液；将红外粉放置在碱液中浸泡，取出烘干至恒重，得到所需的碱处理的改性红外粉。
有益效果：自散热型红外沥青混合料掺入了能使自身具备热辐射性质的红外粉，在降低自身温度的同时，还增强了混合料本身的整体性和稳定性，并有利于降低城市大气的热量蓄积，有利于缓解城市热岛效应。在混合料中掺入3~12%红外粉，混合料的热辐射性能、高温稳定性、水稳定性以及低温抗裂性能等取得了以下效果：
热辐射性能：掺入红外粉后，其试件表面平衡温度在相同辐照度条件下降低了5.25~8.12℃。
高温稳定性：掺入红外粉后，试件的马歇尔稳定度从8.024KN提高到8.453KN以上，提高了5.3~12.2%。
水稳定性：掺入红外粉后，试件的残留稳定度从93%提高到99%以上。
低温稳定性：掺入红外粉后，-10℃低温劈裂抗拉强度提高了30.8~50.1%。
附图说明
图1为不同红外粉掺量的试件表面升温曲线图。
图2为不同红外粉掺量混合料的马歇尔稳定度图。
图3为不同红外粉掺量残留稳定度曲线图。
图4为不同红外粉掺量-10℃低温劈裂抗拉强度示意图。
具体实施方式
以下实施例所述含量均指质量百分数。
实施例1：
红外粉以6%的掺入量制备自散热型红外沥青混合料，其表面平衡温度、马歇尔稳定度、残留稳定度、-10℃低温劈裂抗拉强度分别达到61.34℃、9.005KN、99.0％和3.089MPa；与不掺红外粉沥青混合料相比，表面平衡温度降低了5.25℃，马歇尔稳定度、残留稳定度、-10℃低温劈裂抗拉强度分别提高了12.23%、6.34%和30.83%。
实施例2：
红外粉以9%的掺入量制备自散热型红外沥青混合料，其表面平衡温度、马歇尔稳定度、残留稳定度、-10℃低温劈裂抗拉强度分别达到59.49℃、8.742KN、99.1％和3.339MPa；与不掺红外粉沥青混合料相比，表面平衡温度降低了7.1℃，马歇尔稳定度、残留稳定度、-10℃低温劈裂抗拉强度分别提高了8.95%、6.44%和41.42%。
实施例3：
红外粉以12%的掺入量制备自散热型红外沥青混合料，其表面平衡温度、马歇尔稳定度、残留稳定度、-10℃低温劈裂抗拉强度分别达到58.57℃、8.453KN、99.0％和3.535MPa； 与不掺红外粉沥青混合料相比，表面平衡温度降低了8.02℃，马歇尔稳定度、残留稳定度、-10℃低温劈裂抗拉强度分别提高了5.35%、6.34%和49.72%。
实施例4：与实施例1基本相同，但红外粉以3%的掺入量制备自散热型红外沥青混合料。
实施例5~8：与实施例1~4基本相同，但红外粉由原状粉改为采用改性粉（碱处理的改性红外粉）。
Claims (10)
1.一种具有自散热降温性质的沥青混合料，由沥青及粗细集料构成，其特征在于，在该沥青混合料中含有红外粉，所述红外粉在自散热红外沥青混合料中的重量比例为3~12%。
2.根据权利要求1所述的具有自散热降温性质的沥青混合料，其特征在于，所述红外粉的掺入方式是：用红外粉等量替代部分石灰岩矿粉作为填料掺入到沥青混合料中。
3.根据权利要求2所述的具有自散热降温性质的沥青混合料，其特征在于，所述红外粉在自散热红外沥青混合料中的重量比例为3~12%。
4.根据权利要求3所述的具有自散热降温性质的沥青混合料，其特征在于，所述红外粉在自散热红外沥青混合料中的重量比例为5~10%。
5.根据权利要求1~4之一述的具有自散热降温性质的沥青混合料，其特征在于，所述的红外粉是以工业废渣和矿物原料，以氧化物材料为外掺组份，经过高温烧结工艺形成的红外粉体材料；该红外粉体材料成分的重量百分比是：
SiO2 ：30~40；Fe2O3：30~40；TiO2 ：5~10；MnO：5~10；Al2O3：2~5；VO2：0~2； CaO：2~5。
6.根据权利要求5述的具有自散热降温性质的沥青混合料，其特征在于，该红外粉体材料粒径分布的体积百分比是：<1.901μm：10%，<4.203μm：25%；<8.128μm：50；<12.45μm：75%，<16.11μm：90%。
7.根据权利要求6所述的具有自散热降温性质的沥青混合料，其特征在于，所述的矿渣烧结红外粉在红外窗口波段发射率为0.94。
8.根据权利要求7所述的具有自散热降温性质的沥青混合料，其特征在于，所述的红外粉是采用碱处理的改性红外粉，该碱处理的改性红外粉的处理方法如下：首先配置浸泡红外粉的碱液；将红外粉放置在碱液中浸泡，取出烘干至恒重，得到所需的碱处理的改性红外粉；所述的浸泡红外粉的碱液配方是：pH值大于11的碱溶液。
9.一种权利要求1所述的具有自散热降温性质的沥青混合料的制备方法，其特征在于，步骤如下：
⑴、将红外粉按照要求的重量称重，和矿粉按混合均匀；
⑵、将步骤⑴得到的混合均匀的红外粉和矿粉预热到180~190℃；
⑶、将粗细集料放入拌和机中，再加入步骤⑵得到的混合均匀的红外粉和矿粉进行干拌，时间不低于10s；
⑷、干拌结束后再加入沥青进行湿拌，时间不低于45s，总体拌合时间以混合料拌合均匀，所有粗细集料全部裹覆沥青为准。
10.根据权利要求8所述的具有自散热降温性质的沥青混合料的制备方法，其特征在于，在第⑴步骤前增加有：所述的红外粉是采用碱处理的改性红外粉，该碱处理的改性红外粉的处理方法如下：首先配置浸泡红外粉的碱液；将红外粉放置在碱液中浸泡，取出烘干至恒重，得到所需的碱处理的改性红外粉；
所述的浸泡红外粉的碱液是：pH值大于11的碱溶液。
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