CN102702759A - 一种相变改性沥青及其制备方法 - Google Patents

一种相变改性沥青及其制备方法 Download PDF

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边鑫
单丽岩
吕建福
王海朋
姚形傲
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Abstract

一种相变改性沥青及其制备方法，它涉及一种沥青及其制备方法。本发明要解决现有沥青混凝土路面的高温车辙问题。本发明的相变改性沥青由7~8份的沥青和2~3份的有机相变材料组成。制备方法如下：一、称取沥青和有机相变材料；二、加热称取的沥青至140℃~175℃，保持3h，将称取的有机相变材料加热至100℃，待完全融化为液态时，将沥青倒入，同时采用高速剪切乳化机剪切20~40min，即得相变改性沥青。本发明相变改性沥青的相变温度在40~75℃之间，相变潜热大于25J/g，具有相变潜热较大、无毒性、无腐蚀性、制备简单的优点。本发明应用于沥青混凝土路面领域。

Description

一种相变改性沥青及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种沥青及其制备方法，特别涉及一种相变温度在40℃~75℃之间的相变改性沥青及其制备方法。
背景技术
夏季，沥青混凝土路面在高温度场及重车辆轴载的作用下，极易形成高温车辙，据统计，每年85%的道路养护维修费用用于高温车辙的养护和维修。因此，寻求科学有效的方法解决路面高温车辙问题成为研究重点。
沥青混凝土路面车辙病害的产生原因主要包括两个方面：第一，是沥青混凝土路面的温度状况、沥青混合料温度稳定性等内部因素；第二，是气温条件、交通荷载等外部因素。外部因素往往无法人为控制，因此，只能通过改善内部因素，来控制和减轻沥青混凝土路面与温度相关病害的产生与发展。长期以来，国内外重点从提高沥青结合料与混合料的温度稳定性方面开展研究，提出了沥青改性、添加纤维、优化级配组成等技术措施，被动应对沥青混凝土路面使用过程中面临的环境气温变化，解决了一定时期、不同区域、不同条件下的一些具体工程技术问题，但是沥青混凝土路面与温度相关的病害仍然很严重。
相变材料的出现，为我们主动改善沥青混凝土路面温度状况提供了一个全新的思路。相变材料具有高相变潜热性，将其掺入沥青混合料，当外界环境温度升高时或外部有热流进入沥青混凝土路面时，路面沥青混合料的温度也随之上升，当温度升高并达到相变材料的相变温度时，相变材料将进行相态的转变，吸收并储存大量的热，这样用于提高沥青混合料温度的热量相应减少，混合料温升速率降低，相同时刻对应于未掺相变材料的沥青混合料，掺入相变材料的沥青混合料所能达到的温度减小，达到“削峰”效果；当环境气温降低或外部有冷流进入沥青混凝土路面时，与此过程相反，当温度降低并达到相变材料的相变温度时，相变材料发生相态转变，放出大量的热，这些热量将延缓相变沥青混合料温度的降低，从而达到“填谷”效果。
目前国内外对将相变材料应用于路面，来解决其跟温度场有关的问题方面的研究比较少，但这确实是一个解决路面温度相关病害问题的思路。因此，研究路面用相变材料，研制出相变温度范围为40~75℃，相变潜热大，过冷度小、无相分离、性能稳定的路面用相变材料系列，并测定其基本的热物理性质，对于以后其在道路领域的大规模应用，尤为重要。
研究表明，无机物类相变材料存在明显的过冷及相分离现象，一方面，其多为水合物，不适合在路面应用，另一方面会阻碍材料的使用寿命；但有机物类材料几乎没有过冷、相分离、腐蚀性等现象，而且具有性能稳定，毒性小，固体成形好。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有沥青混凝土路面的高温车辙问题，而提供一种相变改性沥青及其制备方法。
本发明的一种相变改性沥青按重量份数是由7~8份的沥青和2~3份的有机相变材料组成。
本发明的一种相变改性沥青的制备方法是按照以下步骤进行的：一、按重量份数称取7~8份的沥青和2~3份的有机相变材料；二、加热步骤一称取的沥青至140℃~175℃，保持3h，将步骤一称取的有机相变材料加热至100℃，待完全融化为液态时，将沥青倒入，同时采用高速剪切乳化机剪切20~40min，即得相变改性沥青。
本发明的有机相变材料指的是肉豆蔻酸、PEG4000或棕榈酸、。
本发明具有以下有益效果：本发明利用相变材料的“移峰消谷”作用调节沥青路面的温度场，减少其发生高温车辙的可能性，达到有效控制沥青路面高温病害的目的。同时对城市“热岛效应”有一定的控制作用，减少了环境污染，维护生态平衡。采用本发明制备的路面用潜热材料，相变过程可逆，相变温度在40~75℃之间，相变潜热大于25J/g，并且具有相变潜热大、无毒性、无腐蚀性、制备简单等特点。
附图说明
图1为试验1采用差示扫描量热仪（DSC）测量相变改性沥青的相变温度和相变潜热图；
图2为试验2采用差示扫描量热仪（DSC）测量相变改性沥青的相变温度和相变潜热图；
图3为试验3采用差示扫描量热仪（DSC）测量相变改性沥青的相变温度和相变潜热图。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式的一种相变改性沥青按重量份数是由7~8份的沥青和2~3份的有机相变材料组成。
本实施方式利用相变材料的“移峰消谷”作用调节沥青路面的温度场，减少其发生高温车辙的可能性，达到有效控制沥青路面高温病害的目的。同时对城市“热岛效应”有一定的控制作用，减少了环境污染，维护生态平衡。采用本实施方式制备的路面用相变改性沥青，相变过程可逆，相变温度在40~75℃之间，相变潜热大于25J/g，材料具有相变潜热大、无毒性、无腐蚀性、制备简单等特点。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的沥青为基质沥青或改性沥青。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一至二不同的是：所述的有机相变材料为肉豆蔻酸、PEG4000或棕榈酸。其它与具体实施方式一至二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述的相变改性沥青按重量份数是由7份的沥青和3份的有机相变材料组成。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式的一种相变改性沥青的制备方法是按照以下步骤进行的：一、按重量份数称取7~8份的沥青和2~3份的有机相变材料；二、加热步骤一称取的沥青至140℃~175℃，保持3h，将步骤一称取的有机相变材料加热至100℃，待完全融化为液态时，将沥青倒入，同时采用高速剪切乳化机剪切20~40min，即得相变改性沥青。
本实施方式利用相变材料的“移峰消谷”作用调节沥青路面的温度场，减少其发生高温车辙的可能性，达到有效控制沥青路面高温病害的目的。同时对城市“热岛效应”有一定的控制作用，减少了环境污染，维护生态平衡。采用本实施方式制备的路面用相变改性沥青，相变过程可逆，相变温度在40~75℃之间，相变潜热大于25J/g，材料具有相变潜热大、无毒性、无腐蚀性、制备简单等特点。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五不同的是：步骤一中所述的沥青为基质沥青或改性沥青。其它与具体实施方式五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式五至六不同的是：步骤一中所述的有机相变材料为肉豆蔻酸、PEG4000或棕榈酸。其它与具体实施方式五至六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式五至七之一不同的是：步骤一中所述的相变改性沥青按重量份数称取7份的沥青和3份的有机相变材料。其它与具体实施方式五至七之一相同。
通过以下实验验证本发明的效果：
试验1
本试验的一种路面用相变改性沥青的制备方法是按照以下步骤进行的：一、称取40g基质沥青和10g的肉豆蔻酸；二、加热步骤一称取的沥青至140℃，保持3h，将步骤一称取的肉豆蔻酸加热至100℃，待完全融化为液态时，将沥青倒入，同时应用高速剪切乳化机剪切30min使其充分混合，即得相变改性沥青。
采用差示扫描量热仪(DSC)测量，本试验制得的肉豆蔻酸相变改性沥青的相变，如图1所示，由图1可知，相变起始温度为39.9℃，结束温度为56.5℃，峰值温度为47.5℃，相变潜热为26.96J/g。
试验2
本试验的一种路面用潜热材料的制备方法是按照以下步骤进行的：一、称取40g基质沥青和10g的PEG4000；二、加热步骤一称取的沥青至140℃，保持3h，将步骤一称取的PEG4000加热至100℃，待完全融化为液态时，将沥青倒入，同时应用高速剪切乳化机剪切30min使其充分混合，即得相变改性沥青。
采用差示扫描量热仪(DSC)测量，本试验制得的PEG4000相变改性沥青的相变，如图2所示，由图2可知，相变起始温度为41.9℃，结束温度为58.5℃，峰值温度为48.5℃，相变潜热为27.86J/g。
试验3
本试验的一种路面用潜热材料的制备方法是按照以下步骤进行的：一、称取40g基质沥青和10g的棕榈酸；二、加热步骤一称取的沥青至140℃，保持3h，将步骤一称取的棕榈酸加热至100℃，待完全融化为液态时，将沥青倒入，同时应用高速剪切乳化机剪切30min使其充分混合，即得相变改性沥青。
采用差示扫描量热仪(DSC)测量，本试验制得的棕榈酸相变改性沥青的相变，如图3所示，由图3可知，相变起始温度为47.0℃，结束温度为64.0℃，峰值温度为55.5℃，相变潜热为31.54J/g。

Claims (8)

1.一种相变改性沥青，其特征在于相变改性沥青按重量份数是由7~8份的沥青和2~3份的有机相变材料组成。
2.根据权利要求1所述的一种相变改性沥青，其特征在于所述的沥青为基质沥青或改性沥青。
3.根据权利要求1或2所述的一种相变改性沥青，其特征在于所述的有机相变材料为肉豆蔻酸、PEG4000或棕榈酸。
4.根据权利要求3所述的一种相变改性沥青，其特征在于所述的相变改性沥青按重量份数是由7份的沥青和3份的有机相变材料组成。
5.如权利要求1所述的一种相变改性沥青的制备方法，其特征在于相变改性沥青的制备方法是按照以下步骤进行的：一、按重量份数称取7~8份的沥青和2~3份的有机相变材料；二、加热步骤一称取的沥青至140℃~175℃，保持3h，将步骤一称取的有机相变材料加热至100℃，待完全融化为液态时，将沥青倒入，同时采用高速剪切乳化机剪切20~40min，即得相变改性沥青。
6.根据权利要求5所述的一种相变改性沥青的制备方法，其特征在于步骤一中所述的沥青为基质沥青或改性沥青。
7.根据权利要求5或6所述的一种相变改性沥青的制备方法，其特征在于步骤一中所述的有机相变材料为肉豆蔻酸、PEG4000或棕榈酸。
8.根据权利要求7所述的一种相变改性沥青的制备方法，其特征在于步骤一中所述的相变改性沥青按重量份数称取7份的沥青和3份的有机相变材料。
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