CN103113032B - 提高沥青路面热辐射及路用性能的红外粉体组合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
提高沥青路面热辐射及路用性能的红外粉体组合物及其制备方法，各组分的质量比如下：基料（原红外粉体）60~80；MgO8~15；ZnO6~12；Co2O32~5；Cr2O32~5；NiO 2~5。其中基料质量比为：SiO2：50~60，Al2O3：40~50，Fe2O3：0~0.2，TiO2：0~0.1，K2O：0~0.04，Na2O：0~0.1。本发明还提供了这种红外粉体组合物的制备方法。本发明根据公路沥青路面施工技术规范对填料的技术规定，在原红外粉体基础上根据红外辐射性能和路用性能要求，寻找出了合理的路用红外粉体性能强化配方，在原红外粉体中掺入金属氧化物，提高了降温效果以及路用性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种红外辐射材料及道路工程材料，特别是一种用于沥青路面的红外粉体热辐射性能及路用性能强化的红外粉体组合物配方。本发明还涉及这种红外粉体组合物的制备方法。
背景技术
以路用红外辐射粉体代替矿粉制备的自散热型沥青混合料可将沥青路面在高温条件下所吸收的热量以窗口波段红外线的形式发射到外太空，从而达到降低沥青路面温度的目的。相比普通沥青混凝土路面，以该自散热型沥青混合料铺筑城市路面，有如下优点：
1、有效降低高温条件下沥青路面温度，改善城市人居环境，缓解城市热岛效应。
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4~7℃。
2、显著提高沥青混合料的路用性能，延长沥青路面使用寿命，节省维护修理相关费用。
（1）高温稳定性：掺入红外粉后，试件的马歇尔稳定度提高了5.3~12.2%。
（2）水稳定性：掺入红外粉后，试件的残留稳定度从92%提高到98%以上。
（3）低温稳定性：掺入红外粉后，-10℃低温劈裂抗拉强度提高30.8~50.1%。
3、随着该自散热型沥青混凝土路面带来的城市下垫面温度降低效果，夏季城市家用空调的电力消耗及车载空调的燃油消耗大大减少，具有很好的节能效益。
该红外粉体的化学组成及其质量比为：SiO2：50~60，Al2O3：40~50，Fe2O3：0~0.2，TiO2：0~0.1，K2O：0~0.04，Na2O：0~0.1。
发明内容
本发明的目的是在原有红外粉体的基础上，根据红外辐射性能和路用性能要求，寻找合理的路用红外粉体性能强化配方，加强该自散热型沥青混合料的降温效果以及路用性能。本发明还将提供这种红外粉体组合物的制备方法。
路用红外粉的物理性能应当符合公路沥青路面施工技术规范（JTG F40-2004）中对填料的技术规定，制备的沥青混凝土试件性能应当满足JTG F40-2004中对沥青混合料性能的规范要求。本发明根据以上要求，立足于对路用红外粉体红外辐射性能和路用性能的强化，在原红外粉体中掺入金属氧化物，以提高降温效果以及路用性能。
完成上述发明任务的技术方案是，一种提高沥青路面热辐射及路用性能的红外粉体组合物，其特征在于，各组分的质量比如下：
基料（原红外粉体） 60~80，
MgO 8~15，
ZnO 6~12，
Co2O3 2~5，
Cr2O3 2~5，
NiO 2~5。
其中，所述基料（原红外粉体）的化学组成及其质量比为：SiO2：50~60，Al2O3：40~50，Fe2O3：0~0.2，TiO2：0~0.1，K2O：0~0.04，Na2O：0~0.1。
本发明的有益效果是：路用红外粉强化后与强化前相比，红外辐射性能和路用性能有不同幅度的提升。
本发明优化方案中，各组分的质量比如下：
基料（原红外粉体） 65~70
MgO 6~10
ZnO 6~8
Co2O3 4.5~5
Cr2O3 3.5~4
NiO 4~4.5
完成本申请第二个发明任务的技术方案是，上述提高沥青路面热辐射及路用性能的红外粉体组合物的制备方法，其特征在于，步骤如下：
⑴.按照上述配方，将强化前路用红外粉及掺杂材料置于球磨机中机械混合，湿磨；
⑵.取出混合后的浆料，置于烘箱中烘烤直至恒重；
⑶.研磨烘干后的粉料；
⑷.而后置于马弗炉中进行固相烧结；
⑸.对烧结后的块状物进行初碎；
⑹.球磨机中碎；
⑺.气流粉碎机超细粉碎；
即可得到强化后的路用红外粉体。
上述提高沥青路面热辐射及路用性能的红外粉体组合物的制备方法，其特征在于，各步骤的具体要求如下：
步骤⑴所述的在球磨机中机械混合，是采用湿磨（加酒精或水）；湿磨时间6~8h；
步骤⑶所述的研磨烘干后的粉料，是研磨后过300目筛；
步骤⑷所述的置于马弗炉中进行固相烧结，其烧结温度1000~1200℃，恒温时长2~4h；
步骤⑸所述的初碎，是粉碎到粒径小于1cm；
步骤⑹所述的中碎，是粉碎后过80~100目筛；
步骤⑺所述的气流粉碎机超细粉碎，是粉碎后过600目以上的筛。
对比分别以强化前、后路用红外粉体制备的沥青混合料及普通沥青混合料的红外辐射性能及路用性能，结果如下：
（1）红外辐射性能
强化前、后红外粉8-14μm波段法向发射率分别为0.88~0.90、0.92~0.95；
在相同辐照度条件下，掺入强化后路用红外粉（3~12%掺入量）制备的自散热型沥青混合料，与掺入强化前红外粉的沥青混合料相比，表面平衡温度多降低了3~5℃，与不掺入红外粉的沥青混合料相比，表面平衡温度降低了5~10℃。
（2）路用性能
a．高温稳定性：掺入强化后红外粉制备的沥青混合料与掺入强化前红外粉的沥青混合料和普通沥青混合料相比，试件的马歇尔稳定度分别提高了1.0~1.5%、6.0~15.0%；；
b．水稳定性：掺入强化后红外粉制备的沥青混合料与掺入强化前红外粉的沥青混合料和普通沥青混合料相比，试件的残留稳定度分别提高了0.3~0.5%、4.0~7.2%；
c．低温稳定性：掺入强化后红外粉制备的沥青混合料与掺入强化前红外粉的沥青混合料和普通沥青混合料相比，-10℃低温劈裂抗拉强度分别提高了2.0~5.0%、32.0~55.0%。
本发明根据公路沥青路面施工技术规范（JTG F40-2004）中对填料的技术规定，在原有红外粉体的基础上，根据红外辐射性能和路用性能要求，寻找出了合理的路用红外粉体性能强化配方，在原红外粉体中掺入金属氧化物，提高了降温效果以及路用性能。
具体实施方式
粉体原料混合物经机械混合（6h）、高温烧结（1100℃，3h）、超细研磨工序后，得到800目超细红外粉体。
实施例1：
各组分质量比：基料65、MgO 15、ZnO 8、Co2O3 4、Cr2O3 4、NiO 4
经检测8-14μm波段法向发射率为0.941，相比强化前红外粉体提高了0.046，以之代替矿粉（12%掺入量）制备的沥青混合料，相比掺入强化前红外粉的沥青混合料和普通沥青混合料，表面平衡温度降低了4.13℃和9.17℃，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1.27%、0.39%、3.82%和13.68%、6.93%、50.25%。
其中，所述基料的化学组成及其质量比为：SiO2：50~60，Al2O3：40~50，Fe2O3：0~0.2，TiO2：0~0.1，K2O：0~0.04，Na2O：0~0.1。
实施例2，与实施例1基本相同，但有以下改变：
各组分质量比：基料70、MgO 10、ZnO 10、Co2O3 4、Cr2O3 2、NiO 4
经检测8-14μm波段法向发射率为0.939，相比强化前红外粉体提高了0.044，以之代替矿粉（12%掺入量）制备的沥青混合料，相比掺入强化前红外粉的沥青混合料和普通沥青混合料，表面平衡温度降低了4.08℃和9.05℃，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1.21%、0.32%、3.13%和11.52%、6.27%、44.51%。
实施例3，与实施例1基本相同，但有以下改变：
各组分质量比：基料80、MgO 8、ZnO 6、Co2O3 2、Cr2O3 2、NiO 2
经检测8-14μm波段法向发射率为0.928，相比强化前红外粉体提高了0.033，以之代替矿粉（12%掺入量）制备的沥青混合料，相比掺入强化前红外粉的沥青混合料和普通沥青混合料，表面平衡温度降低了3.15℃和8.07℃，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1.05%、0.35%、3.03%和6.73%、4.60%、36.30%。
实施例4，与实施例1基本相同，但有以下改变：
各组分质量比为：基料60、MgO 8、ZnO 6、Co2O3 2、Cr2O3 2、NiO 2。
经检测8-14μm波段法向发射率为0.935，相比强化前红外粉体提高了0.040，以之代替矿粉（12%掺入量）制备的沥青混合料，相比掺入强化前红外粉的沥青混合料和普通沥青混合料，表面平衡温度降低了3.53℃和8.51℃，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1.17%、0.35%、3.02%和9.84%、5.58%、40.17%。
实施例5，与实施例1基本相同，但有以下改变：
各组分质量比为：基料80、MgO 15、ZnO 12、Co2O3 5、Cr2O3 5、NiO 5。
经检测8-14μm波段法向发射率为0.943，相比强化前红外粉体提高了0.048，以之代替矿粉（12%掺入量）制备的沥青混合料，相比掺入强化前红外粉的沥青混合料和普通沥青混合料，表面平衡温度降低了4.55℃和9.48℃，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1.32%、0.41%、3.88%和13.87%、7.03%、49.13%。
实施例6，与实施例1基本相同，但有以下改变：
各组分质量比为：基料60、MgO 15、ZnO 6、Co2O3 5、Cr2O3 2、NiO 5。
经检测8-14μm波段法向发射率为0.947，相比强化前红外粉体提高了0.052，以之代替矿粉（12%掺入量）制备的沥青混合料，相比掺入强化前红外粉的沥青混合料和普通沥青混合料，表面平衡温度降低了4.78℃和9.79℃，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1.33%、0.41%、3.86%和13.93%、6.96%、47.27%。
实施例7，与实施例1基本相同，但有以下改变：
各组分质量比为：基料80、MgO 8、ZnO 12、Co2O3 2、Cr2O3 5、NiO 2。
经检测8-14μm波段法向发射率为0.934，相比强化前红外粉体提高了0.039，以之代替矿粉（12%掺入量）制备的沥青混合料，相比掺入强化前红外粉的沥青混合料和普通沥青混合料，表面平衡温度降低了3.51℃和8.49℃，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1.03%、0.34%、3.03%和6.37%、4.43%、35.76%。
实施例8，与实施例1基本相同，但有以下改变：
各组分质量比为：基料80、MgO 15、ZnO 12、Co2O3 2、Cr2O3 2、NiO 2。
经检测8-14μm波段法向发射率为0.930，相比强化前红外粉体提高了0.035，以之代替矿粉（12%掺入量）制备的沥青混合料，相比掺入强化前红外粉的沥青混合料和普通沥青混合料，表面平衡温度降低了3.20℃和8.12℃，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1.03%、0.32%、3.02%和6.41%、4.27%、32.88%。
实施例9，与实施例1基本相同，但有以下改变：
各组分质量比为：基料60、MgO 8、ZnO 6、Co2O3 5、Cr2O3 5、NiO 5。
经检测8-14μm波段法向发射率为0.947，相比强化前红外粉体提高了0.052，以之代替矿粉（12%掺入量）制备的沥青混合料，相比掺入强化前红外粉的沥青混合料和普通沥青混合料，表面平衡温度降低了4.79℃和9.75℃，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1.41%、0.47%、4.77%和14.84%、6.91%、53.86%。
实施例10，与实施例1基本相同，但有有以下改变：
各组分质量比为：基料65、MgO 8、ZnO 8、Co2O3 5、Cr2O3 4、NiO 4.5。
经检测8-14μm波段法向发射率为0.949，相比强化前红外粉体提高了0.054，以之代替矿粉（12%掺入量）制备的沥青混合料，相比掺入强化前红外粉的沥青混合料和普通沥青混合料，表面平衡温度降低了4.87℃和9.89℃，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1.37%、0.44%、4.25%和14.14%、7.11%、51.49%。
实施例11，与实施例1基本相同，但有有以下改变：
各组分质量比为：基料：65，MgO：6，ZnO：6，Co2O3：4.5，Cr2O3 ：3.5，NiO：4。
实施例12，与实施例1基本相同，但有有以下改变：
各组分质量比为：基料：70，MgO：10，ZnO：8，Co2O3：5，Cr2O3 ：4，NiO： 4.5。
实施例13，与实施例1基本相同，但有有以下改变：
各组分质量比为：基料：70，MgO：6，ZnO：8，Co2O3：4.5，Cr2O3 ：4，NiO：4。
实施例14，与实施例1基本相同，但有有以下改变：
各组分质量比为：基料：65，MgO：10，ZnO：6，Co2O3 ：5，Cr2O3 ：3.5，NiO： 4.5。
Claims (4)
1.一种提高沥青路面热辐射及路用性能的红外粉体组合物，其特征在于，各组分的质量比如下：
基料 60~80，
MgO 8~15，
ZnO 6~12，
Co2O3 2~5，
Cr2O3 2~5，
NiO 2~5；
其中，所述基料的化学组成及其质量比为：SiO2：50~60，Al2O3：40~50，Fe2O3：0~0.2，TiO2：0~0.1，K2O：0~0.04，Na2O：0~0.1；
所述红外粉体组合物是指，采用以下方法制备得到的粉体：
⑴.按照上述配方，将强化前路用红外粉及掺杂材料置于球磨机中机械混合，湿磨；
⑵.取出混合后的浆料，置于烘箱中烘烤直至恒重；
⑶.研磨烘干后的粉料；
⑷.而后置于马弗炉中进行固相烧结；
⑸.对烧结后的块状物进行初碎；
⑹.球磨机中碎；
⑺.气流粉碎机超细粉碎；
即可得到强化后的路用红外粉体。
2.根据权利要求1所述的提高沥青路面热辐射及路用性能的红外粉体组合物，其特征在于，所述各组分的质量比如下：
基料 65~70，
MgO 8~10，
ZnO 6~8，
Co2O3 4.5~5，
Cr2O3 3.5~4，
NiO 4~4.5。
3.一种权利要求1所述提高沥青路面热辐射及路用性能的红外粉体组合物的制备方法，其特征在于，步骤如下：
⑴.按照上述配方，将强化前路用红外粉及掺杂材料置于球磨机中机械混合，湿磨；
⑵.取出混合后的浆料，置于烘箱中烘烤直至恒重；
⑶.研磨烘干后的粉料；
⑷.而后置于马弗炉中进行固相烧结；
⑸.对烧结后的块状物进行初碎；
⑹.球磨机中碎；
⑺.气流粉碎机超细粉碎；
即可得到强化后的路用红外粉体；
各步骤的具体要求如下：
步骤⑴所述的在球磨机中机械混合，是采用湿磨；湿磨时间6~8h；
步骤⑶所述的研磨烘干后的粉料，是研磨后过300目筛；
步骤⑷所述的置于马弗炉中进行固相烧结，其烧结温度1000~1200℃，恒温时长2~4h；
步骤⑸所述的初碎，是粉碎到粒径小于1cm；
步骤⑹所述的中碎，是粉碎后过80~100目筛；
步骤⑺所述的气流粉碎机超细粉碎，是粉碎后过600目以上的筛。
4.根据权利要求3所述提高沥青路面热辐射及路用性能的红外粉体组合物的制备方法，其特征在于，步骤⑴所述的湿磨，是研磨时加酒精或水。
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| 杨朝旭.低热蓄积型沥青混合料对城市热环境影响的试验与理论研究.《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑》.2012,(第3期),第49-51页. * |
| 高发射率红外涂层的研究;孙汉东等;《红外研究》;19901231;第9卷(第5期);第401-404页 * |
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