CN103482924B

CN103482924B - 一种保水降温路面材料及其应用

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Publication number: CN103482924B
Application number: CN201310370754.1A
Authority: CN
Inventors: 蒋玮; 沙爱民; 肖晶晶; 王振军
Original assignee: Changan University
Current assignee: Changan University
Priority date: 2013-08-22
Filing date: 2013-08-22
Publication date: 2015-01-21
Anticipated expiration: 2033-08-22
Also published as: CN103482924A

Abstract

本发明公开了一种保水降温路面材料及其应用。所公开的保水降温路面材料由膨胀珍珠岩粉、水泥、海泡石粉、石英砂粉、吸水性树脂和减水剂按合适的质量比配置而成。将该保水降温路面材料应用铺筑路面，结合空隙率为20%～30%的多孔沥青混合料或多孔水泥混凝土材料不但提高了路面材料的整理强度和性能，而且可以通过路面材料所吸收的水分蒸发来实现降低路面和路表温度的目的。

Description

一种保水降温路面材料及其应用

技术领域

本发明属于路面材料技术领域，具体涉及一种具有保水降温功能的路面材料及其应用。

背景技术

城市热岛效应是城市区域的气温明显高于外围郊区，随着城市的不断发展扩大，这种小气候变化的综合现象将会越来越明显。其形成的原因主要包括城市下垫面特性、温室气体排放、人为放热、大气污染等，其中最主要原因之一是城市中的密实路面铺装地面和建筑顶面等，改变了原有自然地面的热属性。

城市沥青路面热容小而吸热快，在太阳辐射相同的条件下，升温迅速。例如，在夏季，当树冠或草坪温度达到30℃的时候，水泥路面的温度可以达到57℃，沥青路面的温度则可以达到63℃，有时甚至接近70℃。这些路面铺装在城市中成了巨大热源，烘烤周围大气环境，造成环境气温升高，导致城区温度高于周边地区3℃左右，局部地区的气温有时甚至比郊区高出6℃以上，加剧了城市热岛效应。城市热岛效应带来的不利影响包括增加了居民降温能耗、气体污染物质和温室气体的释放量，劣化了人居环境的舒适度，损坏了居民的身体健康。此外，沥青路面吸收热量后，温度升高，沥青由粘弹性体向粘性体过渡，沥青混合料的抗剪能力下降。在渠化交通的作用下，加速了车辙、拥包、泛油等路面病害的生成和发展。

铺筑保水性路面能够降低路面与路表温度，是缓解城市热岛效应的一种有效方法。保水性路面是在多孔路面的空隙中填充保水性材料，这种保水性材料在雨天（或通过洒水）时能够吸收水分并暂时存储，在高温时通过水分持续蒸发来降低路面表面温度，缓解城市局部的“热岛效应”，为行人和行车提供一个舒爽的道路使用环境。

发明内容

针对目前路面材料存在的热容小而吸热快，导致路面及路面温度高，加重城市热岛效应等问题，本发明的目的之一在于提供一种具有保水降温功能的路面材料，以降低路面及路表温度，从而减弱城市热导效应。

为此，本发明提供的保水降温路面材料由以下原料配比组成：

膨胀珍珠岩粉：1质量份；

水泥：0.4～0.6质量份；

海泡石粉：0.25～0.35质量份；

石英砂粉：0.15～0.25质量份；

吸水性树脂：0.008～0.012质量份；

减水剂：0.015～0.025质量份。

所述的水泥为普通硅酸盐水泥，且普通硅酸盐水泥强度等级为42.5R或52.5R。

本发明另一目的在于提供关于上述保水降温路面材料用于铺筑路面的的应用，该应用包括以下步骤：

在路基上铺筑多孔路面材料，多孔水泥混凝土或多孔沥青混合料，空隙率为20%-30%；

于多孔路面材料中灌注保水降温乳浆材料。

所述的多孔路面材料为多孔水泥混凝土或多孔沥青混合料，且空隙率为20%-30%。

所述的保水降温乳浆材料的制备方法为：首先将膨胀珍珠岩粉、水泥、海泡石粉、石英砂粉混合均匀；而后加入吸水性树脂，拌和均匀后加入水，拌和2分钟～3分钟，其中水的添加量为1.90～2.0质量份；最后加入减水剂拌和均匀得保水降温乳浆材料。

本发明的优点如下：

（1）本发明的保水降温路面材料在吸水后可通过水分的蒸发显著降低路面及路表温度。

（2）本发明的保水降温路面材料的原料主要为无机材料，成本较低。

（3）本发明的保水降温路面材料在以无机材料为主要原材料的基础上，掺加了一定比例的吸水性树脂，增强了乳浆（经养生硬化后）吸水与保水能力；乳浆（经7天养生硬化后）的吸水率能够达到43.1%（体积比），同时，掺加吸水性树脂改善了材料的抗裂性能，为养生期及后期材料强度的形成和增长提供了保障。

（4）掺加减水剂提高了所制备的乳浆的流动性和工作性，使得在不增加用水量的前提下，能够将乳浆顺利灌注进多孔沥青混合料或多孔水泥混凝土的空隙中；在保证乳浆相同的流动性状态时，掺加减水剂相对而言减小了水的用量，因此提高了乳浆经过养生硬化后的强度。

（5）本发明的保水降温路面材料在原材料中掺加了一定比例的水泥，增强了乳浆经过养生硬化后的强度。

（6）本发明保水降温材料的应用是以多孔水泥混凝土或多孔沥青混合料作为路面母体材料，多孔路面铺筑施工完成后，温度不超过40℃时，在路面的空隙中灌注乳浆，由于掺加了减水剂，这种材料施工时具有适宜的流动度和施工和易性，容易实现灌注施工。施工完成后，经过7天养生，乳浆硬化后成具有一定强度的保水性材料，这种保水性材料具有吸水和保水的功能，同时填充在多孔路面材料中，也提高了母体材料的整体强度和性能。通过降雨或人工洒水，保水性材料充分吸收水分，当温度较高时，通过路面材料所吸收的水分蒸发来实现降低路面和路表温度的目的。例如，夏季气温为30℃～40℃时，与普通沥青路面材料相比，这种保水降温路面材料能够降低路面温度12℃，显著提高道路道路周围的舒适度。

（7）在多孔沥青混合料和多孔水泥混凝土路面母体材料中填充的乳浆材料，经养生硬化后具有较高的吸水能力，使得路面在高温天气时的能够通过水分蒸发降低路面温度；此外，本发明中保水降温路面材料具有较高的强度和良好的路用性能，特别是高温抗车辙能力，抗压、抗折强度。

附图说明

图1为降温效果测试中保水降温路面材料试件和普通沥青路面材料试件的降温效果对比。

具体实施方式

本发明中的膨胀珍珠岩粉是由酸性火山玻璃质熔岩（珍珠岩）经破碎，筛分至一定粒度，再经预热，瞬间高温焙烧而制成的一种白色或浅色的材料。

本发明中的海泡石粉是一种富镁粘土矿物海泡石经磨细得到的粉末。

本发明的吸水性树脂可选用常规的化工行业用吸水性树脂，如丙烯酸树脂。

本发明中的减水剂是一种可保持水泥净浆、砂浆和混凝土工作度不变而显著减少其拌和用水量的外加剂，可选用常规的的道路工程用减水剂，如聚羧酸系高性能减水剂。

以下给出本发明的具体优选实施例，用于进一步说明本发明。这些实施例仅用于本领域技术人员充分的理解本发明，而不是用来限制本发明的范围。凡是在本发明技术方案之上进行的等同变换或者替换均属于本发明要求保护的权利范围之内。

实施例：

该实施例中制备乳浆所用原料为：

膨胀珍珠岩粉：信阳市平桥区龙徽珍珠岩厂产膨胀珍珠岩粉，2.5mm筛孔的通过率大于95%，0.15mm筛孔通过率大于92%，其主要化学组成如表1所示。

表1

含量	SiO₂	Al₂O₃	FeO	CaO	烧失量
						指标%	72	13	0.3	0.36	4.9

水泥：陕西秦岭水泥股份有限公司产普通硅酸盐水泥，安定性合格，强度等级为42.5R，性能指标满足《通用硅酸盐水泥》（GB175-2007）要求；

海泡石粉：河北易县海泡石厂产海泡石粉，粒度为200～300目，主要化学成分见表2.

表2

成分	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO
						含量%	49.64	0.35	0.69	6.48	23.19

石英砂粉：莱州金滨硅微粉有限公司产石英砂粉,粒度为325目，主要化学成分见表3

表3

成分	SiO₂	Al₂O₃	FeO	CaO
					含量%	97.50%	0.90%	0.03%	0.35%

吸水性树脂：唐山博亚树脂有限公司产吸水性树脂，型号为BY-V，白色粉末，其技术指标如表4所示。

表4

减水剂为聚羧酸系高性能减水剂，具体型号为SIKA公司的Viscocrete3010。

该实施例中制备空隙率为25%的多孔沥青混合料母体结构，用到的材料为：

粗集料粒径为5～15mm，为玄武岩集料，技术指标符合《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004的技术要求；

细集料粒径为0～3mm，为石灰岩机制砂，技术指标符合《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004的技术要求；

矿粉为石灰岩磨细得到的粉末，技术指标符合《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004的技术要求；

沥青品牌为SK，沥青标号为70号，具体掺量按照油石比为5%控制，技术指标符合《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004的技术要求；

沥青改性剂为日本大有建设产高黏度沥青改性剂TPS，掺量为沥青质量的12%，掺加改性剂后，沥青的黏度值为158322Pa·s。

利用该实施例的保水降温路面材料制备过程如下：

如以每平米路面计，多孔沥青路面路面厚度为5cm，空隙率为25%，需制备保水乳浆体积为12500cm3，保水乳浆密度约为1.8g/cm3(随配比不同略有差异，施工时应根据实际配得的乳浆检测得到),应制备保水乳浆22500g，其中，膨胀珍珠岩粉5583g,水泥2792g,海泡石粉1675g,石英砂粉1117g,吸水性树脂56g,减水剂112,水11166g。具体为：

（1）首先制备空隙率为25%的多孔沥青混合料。其中，沥青改性剂的掺量为沥青质量的12%。

多孔沥青混合料的级配如表5所示。

表5

多孔沥青混合料的制备方法按照现行行业规范《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004和《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011规定的要求进行。

（2）制备保水降温乳浆材料：

按照质量比，其中膨胀珍珠岩粉：水泥：海泡石粉：石英砂粉：吸水性树脂：减水剂：水=1:0.5:0.3:0.2:0.01:0.02:2；所述的水泥是普通硅酸盐水泥42.5R。首先将膨胀珍珠岩粉、水泥、海泡石粉和石英砂粉混合均匀，而后加入吸水性树脂，拌和均匀后加入水，拌和150秒，最后加入减水剂拌和均匀，形成保水降温乳浆材料。

（3）将拌和好的乳浆材料灌注进多孔沥青混合料的空隙中，灌注在振动台上进行，可采用边灌注边振动的方式，振动过程中随时补充保水降温乳浆材料使空隙能充分灌满，至保水降温乳浆充分灌注。

（4）将灌注了保水降温乳浆的多孔路面材料采用覆盖塑料薄膜或者在标准养生室中养生7天，形成强度后最终得到保水降温路面材料。

以下是发明人提供的关于该实施例的保水降温路面材料的性能与功能试验：

试件制备：

（1）按照实施例的粗、细集料，沥青和改性剂原材料，根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E-20-2011）中击实法（T0702）成型多孔沥青混合料马歇尔试件，试件为高度63.5mm，直径101.6mm的圆柱体。

（2）按照实施例的粗、细集料、矿粉，沥青和改性剂原材料，根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E-20-2011）中轮碾法（T0703）成型多孔沥青混合料车辙板试件，试件为300mm×300mm×50mm的板块。

上述成型的多孔沥青混合料马歇尔试件和车辙板试件的空隙率按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E-20-2011）中体积法(T0708)测得为25.0%。

（3）按膨胀珍珠岩粉：水泥：海泡石粉：石英砂粉：吸水性树脂：减水剂：水=1：0.5：0.3：0.2：0.01：0.02：2的质量比进行拌和均匀得到乳浆材料；所述的水泥是普通硅酸盐水泥42.5R。混合时首先将膨胀珍珠岩粉、水泥、海泡石粉、石英砂粉拌和均匀，而后加入吸水性树脂，拌和均匀后加入水，拌和2分钟～3分钟，最后加入减水剂拌和均匀。

（4）将一部分拌和好的乳浆材料倒入4cm×4cm×16cm的长方体金属试模中，倒入前在试模内部涂覆甘油滑石粉隔离剂（甘油与滑石粉的质量比为2:1）；将剩余拌和好的乳浆材料灌注进多孔沥青混合料马歇尔试件中和多孔沥青混合料车辙板试件，灌注在振动台上进行，采用边灌注边振动的方式，使得乳浆充分灌注。

（5）将灌注了保水降温乳浆的马歇尔试件、车辙板试件和倒入试模的乳浆材料在标准养生室（温度20℃，湿度95%）中养生7天，形成强度后最终得到填充有保水降温材料的保水沥青混合料马歇尔试件和保水沥青混合料车辙板试件以及硬化后的保水降温材料试件。

一、保水材料吸水率的试验

利用三个保水降温材料试件，按如下方法测定其吸水率。

①用卡尺量取各试件的长度、高度和宽度（精确至0.1mm），测量时各长度选取3个位置，取其平均值计算试件的体积（V）。

②将试件置于20℃的水中24h，从水中取出试件，用洁净柔软的拧干湿毛巾轻轻擦去试件表面的水，称取试件的饱水质量（m₁）。

③将试件置于60℃的烘箱中48h，称取试件的干重（m₂）。

保水性材料的吸水率k应按下列公式（1）进行计算：

k = \frac{m_{1} - m_{2}}{γ_{w} \times V} - - - (1)

式中：m₁—试件浸水24h后的表干质量（g）；

m₂—试件的干重（g）；

V—试件的体积（cm3）；

γ_w—20℃时水的密度（0.99822g/cm3）。

试验结果应取3个试件吸水率的平均值，测得吸水率为43.1%。

二、保水材料抗压抗折强度

取三个保水降温材料试件，按照《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》（GB/T17671-1999）中的测试方法，测试其在养护7天后的力学性能，其中抗压强度测试加载速率为2400N/s±200N/s，抗折强度测试加载速率为50N/s±10N/s，并按照公式（2）和公式（3）计算抗压强度和抗折强度值，结果见表6。

式中：F_c—施加于试件上的荷载，N；

A—试件受压面积，mm²。

式中：F_f—施加于试件中部的荷载，N；

L—支撑的距离，mm；

b—试件截面的边长，mm。

表6

抗压强度（MPa）	抗折强度（MPa）
		10.1	3.6

三、马歇尔稳定度试验

采用一组三个填充有保水降温乳浆的多孔沥青混合料马歇尔试件，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）中的沥青混合料马歇尔稳定度试验（T0709），测试其在养护7天后的马歇尔稳定度；同时测试未灌注保水降温乳浆的多孔沥青混合料试件的马歇尔稳定度。其中测试加载速率为50mm/min，结果见表7。

表7

序号	马歇尔稳定度（kN）
		实施例	10.5
未灌注保水降温乳浆的多孔沥青混合料	4.8

试验结果表明，灌注保水降温乳浆后，大幅度提高了多孔沥青混合料的马歇尔稳定度。

四、车辙动稳定度试验

对一组三个填充保水降温乳浆的多孔沥青混合料车辙板试件（保水沥青混合料），按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）中的沥青混合料车辙试验（T0719），测试其在养护7天后的车辙动稳定度；同时测试未灌注保水降温乳浆的多孔沥青混合料试件的车辙动稳定度，结果见表8。

表8

序号	动稳定度（次/）
		实施例	13152
未灌注保水降温乳浆的多孔沥青混合料	4331

试验结果表明，灌注保水降温乳浆后，大幅度提高了多孔沥青混合料的车辙动稳定度。

五、降温效果测试

对一组三个填充保水降温乳浆的多孔沥青混合料车辙板试件（保水沥青混合料），采用文献2中所述的辐射热交换测试仪进行测定（文献2，P62-64）。

采用上述降温评价测试装置分别对填充保水降温乳浆的多孔沥青混合料车辙板试件和未填充保水降温乳浆的多孔沥青混合料车辙板试件进行降温效果时间，试验前将两种材料试件均放置在20℃的水中浸泡2小时。测试仪器每隔5s时间记录一次数据试件表面温度，得到试验结果如图1所示。

由表9可以看出，填充保水降温乳浆的多孔沥青混合料在测试时间达到60min时，降温效果达到14.3℃，降温效果显著。

表9

Claims

1. 一种保水降温路面材料，其特征在于，该保水降温路面材料由以下原料配比组成：

膨胀珍珠岩粉：1质量份；

水泥：0.4～0.6质量份；

海泡石粉：0.25～0.35质量份；

石英砂粉：0.15～0.25质量份；

吸水性树脂：0.008～0.012质量份；

减水剂：0.015～0.025质量份。

2.如权利要求1所述的保水降温路面材料，其特征在于，所述的水泥为普通硅酸盐水泥，且普通硅酸盐水泥强度等级为42.5R或52.5R。

3.权利要求1或2所述的保水降温路面材料用于铺筑路面的的应用，其特征在于，该应用包括以下步骤：

在路基上铺筑多孔路面材料，所述的多孔路面材料为多孔水泥混凝土或多孔沥青混合料，且空隙率为20%-30%；

于多孔路面材料中灌注保水降温乳浆材料；

所述的保水降温乳浆材料的制备方法为：首先将膨胀珍珠岩粉、水泥、海泡石粉、石英砂粉混合均匀；而后加入吸水性树脂，拌和均匀后加入水，拌和2分钟~3分钟，其中水的添加量为1.90～2.0质量份；最后加入减水剂拌和均匀得保水降温乳浆材料。