CN103435293B - 一种导热沥青混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种导热沥青混凝土，由以下重量份的原料制成：沥青4～15份，集料100份，矿粉1～5份，碳化硅微粉0.2～5份，复合添加剂0.1～2份；所述复合添加剂由以下质量百分比的成分组成：表面改性剂5%～40%，硫磺粉25%～60%，表面活性剂35%。另外，本发明还公开了该导热沥青混凝土的制备方法。本发明的导热沥青混凝土利用碳化硅微粉对沥青进行改性，获得导热沥青结合料，然后与集料和矿粉拌合形成导热沥青混凝土，所得的导热沥青混凝土的导热系数相对于普通沥青混凝土显著提高。随着碳化硅微粉含量的不同，可以使沥青混凝土的导热系数明显提高，制备的导热沥青混凝土拥有优良的综合路用性能。

Description

一种导热沥青混凝土及其制备方法

技术领域

本发明属于沥青混凝土材料技术领域，具体涉及一种导热沥青混凝土及其制备方法。

背景技术

沥青混凝土是矿质混合料与沥青结合料经拌制和压实成型后所得到的，是现代道路路面结构的主要材料之一，广泛应用于各类道路路面，尤其适合高速行车道路路面。沥青混凝土路面具有良好的力学性质和路用性能，铺面平整无接缝，减振细声，行车舒适、交通安全性高等优点，而且沥青路面可实现路面材料的再生，因此在公路建设中受到广大设计者和建设者的青睐。

寒区冬季路面积雪结冰会给道路畅通和行车安全带来严重的不良影响。由于冰雪覆盖路面是大大降低路面的摩擦系数，使汽车制动距离明显延长，使交通事故的发生率大大增加。因此，为了保障道路畅通和行车安全，避免或减少交通事故，提高道路通行能力和运营效益，必须采取措施清除路面冰雪。目前普遍采用的方法还以传统的撒融雪剂和人工机械清除为主。然而撒融雪剂不仅腐蚀各种道路设施，加速路面破坏，还会污染地下水资源；机械清除法使用的破冰机具也会对路面会产生破坏作用，严重影响路面寿命。

因此，开发节能环保的新型路面除冰雪技术具有重要意义。目前，国内外关于路面积雪结冰问题的解决方法主要包括撒融雪剂、撒布砂石材料、机械清除方法、热力融冰雪方法、自应力弹性路面铺装技术、导电铺面融冰雪技术等。其中，路面热力融冰雪技术是利用对地面加热使冰雪融化，具有良好的应用前景。这种技术采用的方法有地热管法、电热丝法、红外线灯照加热法、发热电缆法等。该技术的基本原理是在路面内部，借助一定的结构将其他形式的能量转化为热能，再将热量传递到路表。为了使该技术能够有效实现路面除冰雪，技术关键是路面材料必须具有良好的导热性。对于沥青路面而言，要求沥青混凝土在满足沥青路面施工技术规范对性能要求的同时，具有优异的导热性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种导热沥青混凝土。该导热沥青混凝土利用碳化硅微粉对沥青进行改性，获得导热沥青结合料，然后与集料和矿粉拌合形成导热沥青混凝土，所得的导热沥青混凝土的导热系数相对于普通沥青混凝土显著提高。随着碳化硅微粉含量的不同，可以使沥青混凝土的导热系数明显提高。同时，拥有优良的综合路用性能，特别是高温稳定性相对于普通沥青混凝土显著提高，能够满足沥青路面施工技术规范对沥青混凝土各项性能的要求，可以用于高等级公路沥青路面的施工。由于导热沥青混凝土突出的导热性能和高温稳定性，可以用于寒区沥青路面除冰雪、沥青路面热量收集利用和重载抗车辙沥青路面。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种导热沥青混凝土，其特征在于，由以下重量份的原料制成：沥青4～15份，集料100份，矿粉1～5份，碳化硅微粉0.2～5份，复合添加剂0.1～2份；所述复合添加剂由以下质量百分比的成分组成：表面改性剂5%～40%，硫磺粉25%～60%，表面活性剂35%。

上述的一种导热沥青混凝土，由以下重量份的原料制成：沥青5～10份，集料100份，矿粉2～4份，碳化硅微粉0.5～3份，复合添加剂0.5～1份；所述复合添加剂由以下质量百分比的成分组成：表面改性剂20%～30%，硫磺粉35%～45%，表面活性剂35%。

上述的一种导热沥青混凝土，由以下重量份的原料制成：沥青5份，集料100份，矿粉3份，碳化硅微粉1份，复合添加剂0.6份；所述复合添加剂由以下质量百分比的成分组成：表面改性剂25%，硫磺粉40%，表面活性剂35%。

上述的一种导热沥青混凝土，所述沥青为石油沥青、煤沥青或聚合物改性沥青，或者为石油沥青、煤沥青、天然沥青和聚合物改性沥青中的至少两种。

上述的一种导热沥青混凝土，所述碳化硅微粉为α-碳化硅微粉和/或β-碳化硅微粉，碳化硅微粉的平均粒度不大于200目。

上述的一种导热沥青混凝土，所述表面改性剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂或硼酸酯偶联剂。

上述的一种导热沥青混凝土，所述硫磺粉的平均粒度不大于100目。

上述的一种导热沥青混凝土，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、聚乙二醇或十二烷基硫酸钠。

另外，本发明还提供了一种制备上述导热沥青混凝土的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将沥青加热至完全熔融，然后在200rpm～500rpm的搅拌条件下向熔融的沥青中依次加入碳化硅微粉和复合添加剂，得到混合物；

步骤二、将步骤一中所述混合物在温度为110℃～180℃的条件下高速剪切搅拌5min～60min，得到导热沥青结合料；所述高速剪切搅拌的剪切速率为2000rpm～5000rpm；

步骤三、将集料和矿粉在160℃～180℃下拌合5s～30s，然后向拌合后的集料和矿粉中加入步骤二中所述导热沥青结合料，拌合45s～180s后成型，得到导热沥青混凝土。

所述重量份可以为克、两、斤、公斤、吨等重量计量单位。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明的导热沥青混凝土利用碳化硅微粉对沥青进行改性，获得导热沥青结合料，然后与集料和矿粉拌合形成导热沥青混凝土，所得的导热沥青混凝土的导热系数相对于普通沥青混凝土显著提高。随着碳化硅微粉含量的不同，可以使沥青混凝土的导热系数明显提高。

2、本发明制备的导热沥青混凝土拥有优良的综合路用性能，特别是高温稳定性相对于普通沥青混凝土显著提高，能够满足沥青路面施工技术规范对沥青混凝土各项性能的要求，可以用于高等级公路沥青路面的施工。由于导热沥青混凝土突出的导热性能和高温稳定性，可以用于寒区沥青路面除冰雪、沥青路面热量收集利用和重载抗车辙沥青路面。

下面通过实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

具体实施方式

实施例1

步骤一、将4kg90号石油沥青加热至完全熔融，然后在200rpm的低速搅拌条件下向熔融的沥青中依次加入0.2kg平均粒度为200目的α-碳化硅微粉和0.1kg复合添加剂，得到混合物；所述复合添加剂由0.005kg硅烷偶联剂KH550，0.06kg平均粒度为100目的硫磺粉和0.035kg十二烷基磺酸钠组成；

步骤二、将步骤一中所述混合物在温度为110℃的条件下高速剪切搅拌5min，得到导热沥青结合料；所述高速剪切搅拌的剪切速率为2000rpm；

步骤三、将100kg集料和1kg矿粉在160℃下拌合5s，然后向拌合后的集料和矿粉中加入步骤二中所述导热沥青结合料，拌合45s后成型，得到导热沥青混凝土。

采用本实施例所用的沥青制备混凝土（表中普通沥青混凝土），与本实施例制备的导热沥青混凝土的性能进行比较，结果见表1。

表1两种沥青混凝土的性能比较

从表1中可以明显看出，本实施例制备的导热沥青混凝土具有优良的高温稳定性和高的导热系数。

实施例2

本实施例与实施例1相同，其中不同之处在于：所述沥青为煤沥青或聚合物改性沥青（如SBR改性沥青、SBS改性沥青、EVA改性沥青或PE改性沥青等），或者为石油沥青、煤沥青、天然沥青（如湖沥青、岩沥青或海底沥青等）和聚合物改性沥青（如SBR改性沥青、SBS改性沥青、EVA改性沥青或PE改性沥青等）中的至少两种；所述碳化硅微粉为β-碳化硅微粉或α-碳化硅微粉和β-碳化硅微粉。

实施例3

步骤一、将5kg70号石油沥青加热至完全熔融，然后在500rpm的低速搅拌条件下向熔融的沥青中依次加入0.5kg平均粒度为400目的β-碳化硅微粉和0.5kg复合添加剂，得到混合物；所述复合添加剂由0.1kg钛酸酯偶联剂，0.225kg平均粒度为200目的硫磺粉和0.175kg聚乙二醇组成；

步骤二、将步骤一中所述混合物在温度为120℃的条件下高速剪切搅拌10min，得到导热沥青结合料；所述高速剪切搅拌的剪切速率为2500rpm；

步骤三、将100kg集料和2kg矿粉在160℃下拌合10s，然后向拌合后的集料和矿粉中加入步骤二中所述导热沥青结合料，拌合60s后成型，得到导热沥青混凝土。

采用本实施例所用的沥青制备混凝土（表中普通沥青混凝土），与本实施例制备的导热沥青混凝土的性能进行比较，结果见表2。

表2两种沥青混凝土的性能比较

从表2中可以明显看出，本实施例制备的导热沥青混凝土具有优良的高温稳定性和高的导热系数。

实施例4

本实施例与实施例3相同，其中不同之处在于：所述沥青为煤沥青或聚合物改性沥青（如SBR改性沥青、SBS改性沥青、EVA改性沥青或PE改性沥青等），或者为石油沥青、煤沥青、天然沥青（如湖沥青、岩沥青或海底沥青等）和聚合物改性沥青（如SBR改性沥青、SBS改性沥青、EVA改性沥青或PE改性沥青等）中的至少两种；所述碳化硅微粉为α-碳化硅微粉或α-碳化硅微粉和β-碳化硅微粉。

实施例5

步骤一、将8kg煤沥青加热至完全熔融，然后在300rpm的低速搅拌条件下向熔融的沥青中依次加入1kg平均粒度为300目的α-碳化硅微粉和1kg复合添加剂，得到混合物；所述复合添加剂由0.4kg铝酸酯偶联剂，0.25kg平均粒度为100目的硫磺粉和0.35kg十二烷基苯磺酸钠组成；

步骤二、将步骤一中所述混合物在温度为140℃的条件下高速剪切搅拌20min，得到导热沥青结合料；所述高速剪切搅拌的剪切速率为3000rpm；

步骤三、将100kg集料和2kg矿粉在170℃下拌合15s，然后向拌合后的集料和矿粉中加入步骤二中所述导热沥青结合料，拌合180s后成型，得到导热沥青混凝土。

采用本实施例所用的沥青制备混凝土（表中普通沥青混凝土），与本实施例制备的导热沥青混凝土的性能进行比较，结果见表3。

表3两种沥青混凝土的性能比较

从表3中可以明显看出，本实施例制备的导热沥青混凝土具有优良的高温稳定性和高的导热系数。

实施例6

本实施例与实施例5相同，其中不同之处在于：所述沥青为石油沥青或聚合物改性沥青（如SBR改性沥青、SBS改性沥青、EVA改性沥青或PE改性沥青等），或者为石油沥青、煤沥青、天然沥青（如湖沥青、岩沥青或海底沥青等）和聚合物改性沥青（如SBR改性沥青、SBS改性沥青、EVA改性沥青或PE改性沥青等）中的至少两种；所述碳化硅微粉为β-碳化硅微粉或α-碳化硅微粉和β-碳化硅微粉。

实施例7

步骤一、将4kg煤沥青、3kg湖沥青和3kg SBR改性沥青加热至完全熔融，然后在400rpm的低速搅拌条件下向熔融的沥青中依次加入2kg平均粒度为200目的α-碳化硅微粉、1kg平均粒度为200目的β-碳化硅微粉和1kg复合添加剂，得到混合物；所述复合添加剂由0.3kg硼酸酯偶联剂，0.35kg平均粒度为300目的硫磺粉和0.35kg十二烷基硫酸钠组成；

步骤二、将步骤一中所述混合物在温度为150℃的条件下高速剪切搅拌30min，得到导热沥青结合料；所述高速剪切搅拌的剪切速率为3500rpm；

步骤三、将100kg集料和4kg矿粉在170℃下拌合20s，然后向拌合后的集料和矿粉中加入步骤二中所述导热沥青结合料，拌合100s后成型，得到导热沥青混凝土。

采用本实施例所用的沥青制备混凝土（表中普通沥青混凝土），与本实施例制备的导热沥青混凝土的性能进行比较，结果见表4。

表4两种沥青混凝土的性能比较

从表4中可以明显看出，本实施例制备的导热沥青混凝土具有优良的高温稳定性和高的导热系数。

实施例8

本实施例与实施例7相同，其中不同之处在于：所述沥青为石油沥青、煤沥青或聚合物改性沥青（如SBR改性沥青、SBS改性沥青、EVA改性沥青或PE改性沥青等），或者为石油沥青、天然沥青（如湖沥青、岩沥青或海底沥青等）、煤沥青和聚合物改性沥青（如SBR改性沥青、SBS改性沥青、EVA改性沥青或PE改性沥青等）中的两种或四种，或者为石油沥青、煤沥青和天然沥青（如湖沥青、岩沥青或海底沥青等），石油沥青、煤沥青和聚合物改性沥青（如SBR改性沥青、SBS改性沥青、EVA改性沥青或PE改性沥青等），石油沥青、天然沥青（如湖沥青、岩沥青或海底沥青等）和聚合物改性沥青（如SBR改性沥青、SBS改性沥青、EVA改性沥青或PE改性沥青等）；所述碳化硅微粉为α-碳化硅微粉或β-碳化硅微粉。

实施例9

步骤一、将12kg SBR改性沥青加热至完全熔融，然后在400rpm的低速搅拌条件下向熔融的沥青中依次加入2kg平均粒度为500目的α-碳化硅微粉、2kg平均粒度为300目的β-碳化硅微粉和1.8kg复合添加剂，得到混合物；所述复合添加剂由0.45kg硼酸酯偶联剂，0.72kg平均粒度为200目的硫磺粉和0.63kg聚乙二醇组成；

步骤二、将步骤一中所述混合物在温度为160℃的条件下高速剪切搅拌40min，得到导热沥青结合料；所述高速剪切搅拌的剪切速率为4000rpm；

步骤三、将100kg集料和3kg矿粉在180℃下拌合25s，然后向拌合后的集料和矿粉中加入步骤二中所述导热沥青结合料，拌合120s后成型，得到导热沥青混凝土。

采用本实施例所用的沥青制备混凝土（表中普通沥青混凝土），与本实施例制备的导热沥青混凝土的性能进行比较，结果见表5。

表5两种沥青混凝土的性能比较

从表5可以明显看出，本实施例制备的导热沥青混凝土具有优良的高温稳定性和高的导热系数。

实施例10

本实施例与实施例9相同，其中不同之处在于：所述沥青为石油沥青或煤沥青，或者为石油沥青、天然沥青（如湖沥青、岩沥青或海底沥青等）、煤沥青和聚合物改性沥青（如SBR改性沥青、SBS改性沥青、EVA改性沥青或PE改性沥青等）中的至少两种；所述碳化硅微粉为α-碳化硅微粉或β-碳化硅微粉。

实施例11

步骤一、将5kg90号石油沥青、2kg岩沥青、3kg煤沥青和5kg SBS改性沥青加热至完全熔融，然后在200rpm的低速搅拌条件下向熔融的沥青中依次加入5kg平均粒度为300目的α-碳化硅微粉和2kg复合添加剂，得到混合物；所述复合添加剂由0.56kg硅烷偶联剂KH560，0.74kg平均粒度为300目的硫磺粉和0.7kg十二烷基磺酸钠组成；

步骤二、将步骤一中所述混合物在温度为170℃的条件下高速剪切搅拌50min，得到导热沥青结合料；所述高速剪切搅拌的剪切速率为4500rpm；

步骤三、将100kg集料和5kg矿粉在170℃下拌合28s，然后向拌合后的集料和矿粉中加入步骤二中所述导热沥青结合料，拌合150s后成型，得到导热沥青混凝土。

采用本实施例所用的沥青制备混凝土（表中普通沥青混凝土），与本实施例制备的导热沥青混凝土的性能进行比较，结果见表6。

表6两种沥青混凝土的性能比较

从表6可以明显看出，本实施例制备的导热沥青混凝土具有优良的高温稳定性和高的导热系数。

实施例12

本实施例与实施例11相同，其中不同之处在于：所述沥青为石油沥青、煤沥青或聚合物改性沥青（如SBR改性沥青、SBS改性沥青、EVA改性沥青或PE改性沥青等），或者为石油沥青、天然沥青（如湖沥青、岩沥青或海底沥青等）、煤沥青和聚合物改性沥青（如SBR改性沥青、SBS改性沥青、EVA改性沥青或PE改性沥青等）中的两种或三种；所述碳化硅微粉为β-碳化硅微粉或α-碳化硅微粉和β-碳化硅微粉。

实施例13

步骤一、将5kg90号石油沥青加热至完全熔融，然后在500rpm的低速搅拌条件下向熔融的沥青中依次加入1kg平均粒度为400目的β-碳化硅微粉和0.6kg复合添加剂，得到混合物；所述复合添加剂由0.15kg铝酸酯偶联剂，0.24kg平均粒度为100目的硫磺粉和0.21kg聚乙二醇组成；

步骤二、将步骤一中所述混合物在温度为180℃的条件下高速剪切搅拌60min，得到导热沥青结合料；所述高速剪切搅拌的剪切速率为5000rpm；

步骤三、将100kg集料和3kg矿粉在180℃下拌合30s，然后向拌合后的集料和矿粉中加入步骤二中所述导热沥青结合料，拌合45s后成型，得到导热沥青混凝土。

采用本实施例所用的沥青制备混凝土（表中普通沥青混凝土），与本实施例制备的导热沥青混凝土的性能进行比较，结果见表7。

表7两种沥青混凝土的性能比较

从表6可以明显看出，本实施例制备的导热沥青混凝土具有优良的高温稳定性和高的导热系数。

实施例14

本实施例与实施例13相同，其中不同之处在于：所述沥青为煤沥青或聚合物改性沥青（如SBR改性沥青、SBS改性沥青、EVA改性沥青或PE改性沥青等），或者为石油沥青、天然沥青（如湖沥青、岩沥青或海底沥青等）、煤沥青和聚合物改性沥青（如SBR改性沥青、SBS改性沥青、EVA改性沥青或PE改性沥青等）中的至少两种；所述碳化硅微粉为α-碳化硅微粉或α-碳化硅微粉和β-碳化硅微粉。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (7)

1.一种导热沥青混凝土，其特征在于，由以下重量份的原料制成：沥青5份，集料100份，矿粉3份，碳化硅微粉1份，复合添加剂0.6份；所述复合添加剂由以下质量百分比的成分组成：表面改性剂25％，硫磺粉40％，表面活性剂35％。

2.根据权利要求1所述的一种导热沥青混凝土，其特征在于，所述沥青为石油沥青、煤沥青或聚合物改性沥青，或者为石油沥青、煤沥青、天然沥青和聚合物改性沥青中的至少两种。

3.根据权利要求1所述的一种导热沥青混凝土，其特征在于，所述碳化硅微粉为α-碳化硅微粉和/或β-碳化硅微粉，碳化硅微粉的平均粒度不大于200目。

4.根据权利要求1所述的一种导热沥青混凝土，其特征在于，所述表面改性剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂或硼酸酯偶联剂。

5.根据权利要求1所述的一种导热沥青混凝土，其特征在于，所述硫磺粉的平均粒度不大于100目。

6.根据权利要求1所述的一种导热沥青混凝土，其特征在于，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、聚乙二醇或十二烷基硫酸钠。

7.一种制备如权利要求1所述导热沥青混凝土的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将沥青加热至完全熔融，然后在200rpm～500rpm的搅拌条件下向熔融的沥青中依次加入碳化硅微粉和复合添加剂，得到混合物；

步骤二、将步骤一中所述混合物在温度为110℃～180℃的条件下高速剪切搅拌5min～60min，得到导热沥青结合料；所述高速剪切搅拌的剪切速率为2000rpm～5000rpm；

步骤三、将集料和矿粉在160℃～180℃下拌合5s～30s，然后向拌合后的集料和矿粉中加入步骤二中所述导热沥青结合料，拌合45s～180s后成型，得到导热沥青混凝土。