CN103508702A - 一种冷拌相变储热型沥青混合料 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种冷拌相变储热型沥青混合料，其特征在于它由集料、多孔基相变储热颗粒、填料、水、乳化沥青或改性乳化沥青常温拌和而成，各原料的质量比集料︰多孔基相变储热颗粒︰填料︰水︰乳化沥青或改性乳化沥青=100︰20～100︰1～3︰2～4︰5～8。多孔基相变储热颗粒是以多孔火岩集料为基体，在真空条件下将有机固-液相变材料吸附在基体孔结构中，表面采用沉浸法包覆含有导热填料的热固性树脂膜层，常温固化2～4天而得，其相变温度为40～70℃，相变潜热20～60J/g，力学性能良好。本发明制备工艺简单、节能环保，具有良好的降低路面温度的功效。

Description

一种冷拌相变储热型沥青混合料

技术领域

本发明属于功能性路面材料技术领域，特别是涉及一种冷拌相变储热型沥青混合料。

背景技术

沥青路面以其平整度高、行车舒适性好、噪音低等多种优点被广泛应用于公路、城市道路以及机场等交通设施的建设中。但沥青是一种吸热性较强的材料，尤其是夏季极端高温天气频发的区域，高温往往超过40℃，且高温持续时间长，路面温度极高，一方面导致沥青路面易出现车辙、推移等热稳性病害，影响路面使用性能和行车安全；另一方面高温的路面不断蓄热、散热，还不断向大气释放有机挥发物，加剧了城市热岛效应，污染环境。而乳化沥青由于常温下具有较好的流动性，可冷态施工，节约能源，减少环境污染，使用比较方便，省工省力，且还可节省沥青，降低工程造价成本，在道路工程中得到广泛的应用，如路面的维修与养护、旧沥青路面的冷再生与防尘处理，并可用于表面处冶、贯入式、沥青碎石、乳化沥青混凝土等各种结构形式的路面。

相变材料具有物相转变时吸收或释放热量而本身温度保持不变的特性，被广泛应用于各种储能技术领域中。将相变材料应用到沥青混凝土路面材料中，可形成温度自调控路面以减少沥青路面的温度病害，具有非常重要的研究意义，但相变材料在沥青混凝土路面中的应用研究尚处于探索研究阶段。

中国专利CN101029216A“一种自调温公路相变材料及生产方法”，提出一种由脂肪酸、硫酸钾、壳聚糖、聚丙烯酰胺、漂珠、水镁石、叶蜡石、有机硅乳液、石蜡和氢氧化钠十种材料按一定质量比例复合而成的相变材料，从理论上分析了调温机理，但并未提到如何应用到公路中。中国专利CN101333094A“一种相变沥青路面材料的制备方法”，提出在有促凝剂的条件下由相变材料、硅溶胶、支撑材料、偶联剂制备相变沥青改性剂，其中为氯化钙或氯化镁，但二氧化硅溶胶在有氯化钙类促凝剂的加入会降低降乙二醇的结晶性能，甚至形成络合结构，使聚乙二醇的结晶度大大降低，导致相变潜热下降（参考文献见刘少华等，聚乙二醇与钙离子的相互作用研究，生物医学工程杂志，1990，7（4）；庄锦树，聚乙二醇与氯化钙形成配合物的表征，福建师范大学学报（自然科学版）1991，7（2））；并将相变沥青改性剂与集料、填料、沥青、纤维制备相变沥青路面材料。中国专利CN102134829A“自调温冷拌沥青混凝土及其制备方法”，提出由集料、填料、复合相变材料、水和改性乳化沥青获得自调温冷拌沥青混凝土，其中复合相变材料为石蜡与膨胀石墨复合物。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有降低沥青路面温度功能的冷拌相变储热型沥青混合料。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种冷拌相变储热型沥青混合料，其特征在于它由集料、多孔火山岩相变储热颗粒、填料、水（外加用水）、乳化沥青或改性乳化沥青组成，各原料的质量百分数为：集料40~85%、多孔基相变储热颗粒5~60%、填料1~3%、水2~5%、乳化沥青或改性乳化沥青5～8%。

所述集料为石灰岩、玄武岩、花岗岩等，公称最大最粒为13.2mm，其技术性能均满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）要求。

所述多孔基相变储热颗粒是多孔火山岩集料与有机固-液相变材料的复合物，且外表面包覆含有导热填料的热固性树脂膜层。多孔基相变储热颗粒相变温度为40～70℃，相变潜热30～70J/g，力学性能良好。

所述填料为消石灰粉或42.5普通硅酸盐水泥。

所述乳化沥青为阳离子乳化沥青，改性乳化沥青为SBS或SBR阳离子改性乳化沥青。

上述冷拌相变储热型沥青混合料，其特征在于它包括如下步骤：

1）按各原料的质量百分数为：集料40~85%、多孔基相变储热颗粒5~60%、填料1~3%、水2~5%、乳化沥青或改性乳化沥青5～8%，准备材料备用；

2）将集料、多孔基相变储热颗粒和填料在搅拌锅中拌和至均匀，加水拌和至湿润，添加搅均的乳化沥青，拌和至均匀，得混合料；

3）按试验规程压实成型试件，在40℃通风条件下养生48h，得冷拌相变储热型沥青混合料；

所述多孔基相变储热颗粒，其特征在于它由多孔火山岩集料、有机固-液相变材料、热固性树脂A、B组份和导热填料组成，其中原材料质量比为多孔火山岩集料︰有机固-液相变材料︰热固性树脂A 组份︰B组份︰导热填料=100︰15～40︰5～15︰2～6︰0.005～0.12。

所述多孔火山岩集料为多孔火山岩破碎、筛分所得13.2mm、9.5mm、4.75mm、2.36mm等粒径集料，孔隙率为25%～60%。

所述有机固-液相变材料为石蜡、聚乙二醇类、脂脂酸和脂肪醇类及其衍生物中的一种或多种的混合。

所述热固性树脂A 组份为液体环氧树脂或不饱和聚酯，B 组份为相应的固化组份。

所述导热填料为金属铝粉或铜粉、石墨粉。

所述多孔基相变储热颗粒制备方法，其特征在于它包括如下步骤：

1）按各原材料质量比为多孔火山岩集料︰有机固-液相变材料︰热固性树脂A组份︰B组份︰导热填料=100︰15～40︰5～15︰2～6︰0.005～0.12，准备材料备用；

2）以多孔火山岩集料为基体，抽真空，在水浴温度下吸附储存有机固-液相变材料，得吸附颗粒；

3）将热固性树脂A组份和导热填料混合均匀，加B组份，快速搅拌，使混合物充分混合，当混合物达到相应稠度时加入吸附颗粒，使其表面均匀包覆含有导热填料的热固性树脂膜层；

4）取出包覆相变颗粒，常温固化3～4天即可。

研制出的冷拌相变沥青混合料，可主动调节沥青路面温度，在高温条件下可有效降低沥青路面温度2～8℃，减少路面车辙、推移等热稳性病害，缓解城市热岛效应，乃至缓解我国电力供需矛盾、节约能源、保护环境将发挥重要作用。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1。

一种冷拌相变储热沥青混合料，它由玄武岩集料、多孔基相变储热颗粒、42.5普通硅酸盐水泥、水、阳离子乳化沥青组成，各原料的质量百分数为：玄武岩集料60%、多孔基相变储热颗粒32%、42.5普通硅酸盐水泥1%、水2%、乳化沥青5%。

多孔基相变储热颗粒由13.2～16mm、9.5～13.2mm多孔火山岩集料、聚乙二醇2000、液体环氧树脂A组份、B组份和石墨粉组成，其中原材料质量比多孔火山岩集料︰聚乙二醇2000︰液体环氧A组份︰B组份︰石墨粉=100︰35︰10︰4︰0.03。且按照真空吸附法、沉浸包覆法、常温固化步骤制备获得多孔基相变储热颗粒，相变温度为45.3℃，相变焓为30.6J/g。

上述冷拌相变储热沥青混合料的制备方法，它包括如下步骤：

1）按各原料的质量百分数：玄武岩集料60%、多孔基相变储热颗粒32%、42.5普通硅酸盐水泥1%、水2%、乳化沥青5%，准备材料备用；

2）将玄武岩集料、多孔基相变储热颗粒和42.5普通硅酸盐水泥在搅拌锅中拌和30s至均匀，加水拌和30s至湿润，添加搅均的乳化沥青，拌和60s至均匀，得混合料；

3）按试验规程压实成型试件，在40℃、通风条件下养生48h，得冷拌相变储热型沥青混合料。其技术性能如表1所示。

实施例2。

一种冷拌相变储热沥青混合料，它由石灰岩集料、多孔基相变储热颗粒、消石灰、水、SBS阳离子改性乳化沥青组成，各原料的质量百分数为：石灰岩集料65%、多孔基相变储热颗粒25%、消石灰粉1.5%、水3%、SBS阳离子改性乳化沥青5.5%。

多孔基相变储热颗粒由13.2～16mm、9.5～13.2mm多孔火山岩集料、聚乙二醇4000、液体环氧树脂A组份、B组份和石墨粉组成，其中原材料质量比多孔火山岩集料︰聚乙二醇4000︰液体环氧A组份︰B组份︰石墨粉=100︰30︰10︰4︰0.03。且按照真空吸附法、沉浸包覆法、常温固化步骤制备获得多孔基相变储热颗粒，相变温度为47.2℃，相变焓为32.1J/g。

上述冷拌相变储热沥青混合料的制备方法，它包括如下步骤：

1）按各原料的质量百分数：石灰岩集料65%、多孔基相变储热颗粒25%、消石灰粉1.5%、水3%、SBS阳离子改性乳化沥青5.5%，准备材料备用；

2）将石灰岩集料、多孔基相变储热颗粒和消石灰粉在搅拌锅中拌和30s至均匀，加水拌和30s至湿润，添加搅均的SBS阳离子改性乳化沥青，拌和60s至均匀，得混合料；

3）按试验规程压实成型试件，在40℃、通风条件下养生48h，得冷拌相变储热型沥青混合料。其技术性能如表1所示。

实施例3。

一种冷拌相变储热沥青混合料，它由花岗岩集料、多孔基相变储热颗粒、42.5普通硅酸盐水泥、水、乳化沥青组成，各原料的质量百分数为：花岗岩集料40%、多孔基相变储热颗粒50%、42.5普通硅酸盐水泥2%、水2.5%、乳化沥青5.5%。

多孔基相变储热颗粒由9.5～13.2mm、4.75～9.5mm多孔火山岩集料、国产54#石蜡、不饱和聚酯A组份、B组份和铝粉组成，其中原材料质量比多孔火山岩集料︰国产54#石蜡︰液体环氧A组份︰B组份︰铝粉=100︰25︰10︰4︰0.02。且按照真空吸附法、沉浸包覆法、常温固化步骤制备获得多孔基相变储热颗粒，相变温度为48.6℃，相变焓为26.1J/g。

上述冷拌相变储热沥青混合料的制备方法，它包括如下步骤：

1）按各原料的质量百分数为：花岗岩集料40%、多孔基相变储热颗粒50%、42.5普通硅酸盐水泥2%、水2.5%、乳化沥青5.5%，准备材料备用；

2）将花岗岩集料、多孔基相变储热颗粒和42.5普通硅酸盐水泥在搅拌锅中拌和30s至均匀，加水拌和30s至湿润，添加搅均的改性乳化沥青，拌和60s至均匀，得混合料；

3）按试验规程压实成型试件，在40℃、通风条件下养生48h，得冷拌相变储热型沥青混合料。其技术性能如表1所示。

实施例4。

一种冷拌相变储热沥青混合料，它由石灰岩集料、多孔基相变储热颗粒、消石灰粉、水、SBR阳离子改性乳化沥青组成，各原料的质量百分数为：石灰岩集料50%、多孔基相变储热颗粒40%、消石灰粉1%、水2.5%、SBR阳离子改性乳化沥青6.5%。

所述集料为石灰岩，所述多孔基相变储热颗粒由4.75～9.5mm、2.36～4.75 mm多孔火山岩集料、二十二酸、不饱和聚酯A组份、B组份和铝粉组成，其中原材料质量比多孔火山岩集料︰二十二酸︰不饱和聚酯A组份︰B组份︰铝粉=100︰20︰10︰4︰0.02。且按照真空吸附法、沉浸包覆法、常温固化步骤制备获得多孔基相变储热颗粒，相变温度为42.1℃，相变焓为32.2J/g。

上述冷拌相变储热沥青混合料的制备方法，它包括如下步骤：

1）各原料的质量百分数为：石灰岩集料50%、多孔基相变储热颗粒40%、消石灰粉1%、水2.5%、SBR阳离子改性乳化沥青6.5%，准备材料备用；

2）将石灰岩集料、多孔基相变储热颗粒和消石灰粉在搅拌锅中拌和30s至均匀，加水拌和30s至湿润，添加搅均的SBR阳离子改性乳化沥青，拌和60s至均匀，得混合料；

3）按试验规程压实成型试件，在40℃、通风条件下养生48h，得冷拌相变储热型沥青混合料。其技术性能如表1所示。

实施例5。

一种冷拌相变储热沥青混合料，它由玄武岩集料、多孔基相变储热颗粒、42.5普通硅酸盐水泥、水、乳化沥青组成，各原料的质量百分数为：玄武岩集料60%、多孔基相变储热颗粒30%、消石灰粉1%、水2%、乳化沥青7.0%。

所述多孔基相变储热颗粒由9.5～13.2mm、4.75～9.5mm多孔火山岩集料、十八醇、不饱和聚酯A组份、B组份和石墨粉组成，其中原材料质量比多孔火山岩集料︰十八醇︰不饱和聚酯A组份︰B组份︰石墨粉=100︰20︰10︰4︰0.03。且按照真空吸附法、沉浸包覆法、常温固化步骤制备获得多孔基相变储热颗粒，相变温度为55.6℃，相变焓为36.8J/g。

上述冷拌相变储热沥青混合料的制备方法，它包括如下步骤：

1）按各原料的质量百分数为：玄武岩集料60%、多孔基相变储热颗粒30%、消石灰粉1%、水2%、乳化沥青7.0%，准备材料备用；

2）将集料、多孔基相变储热颗粒和填料在搅拌锅中拌和30s至均匀，加水拌和30s至湿润，添加搅均的乳化沥青，拌和60s至均匀，得混合料；

3）按试验规程压实成型试件，在40℃、通风条件下养生48h，得冷拌相变储热型沥青混合料。其技术性能如表1所示。

表1 各实施例冷拌相变储热型沥青混合料技术性能

实施例	降温/℃	稳定度/KN	流值/mm	冻融劈裂强度比/%
					1	3.9	7.3	4.0	82.4
2	3.2	7.0	3.7	76.3
					3	5.2	8.4	3.9	89.6
4	4.7	7.9	3.2	85.7
					5	4.1	8.5	2.9	88.2

注：①在自制温度试验采集箱进行碘钨灯辐照试验，乳化沥青轮碾试件底部中央钻孔，通过预埋温度记录仪探头来测试一个温度循环12h中冷拌相变储热型沥青混合料与未添加多孔基相变储热颗粒的相同级配的基质沥青混合料的最高温度在差值。

Claims (5)

1.一种冷拌相变储热型沥青混合料，其特征在于它由集料、多孔火山岩相变储热颗粒、填料、水（外加用水）、乳化沥青或改性乳化沥青组成，各原料的质量百分数为：集料40～85%、多孔相火山岩变储热颗粒5～60%、填料1～3%、水2～5%、乳化沥青或改性乳化沥青5～8%。

2.权利要求1所述集料为玄武岩、石灰岩或花岗岩，所述的填料为消石灰粉或42.5普通硅酸盐水泥，所述乳化沥青为阳离子乳化沥青，改性乳化沥青为SBS或SBR阳离子改性乳化沥青。

3.权利要求1所述多孔基相变储热颗粒是多孔火山岩集料与有机固-液相变材料的复合物，且外表面包覆含有导热填料的热固性树脂膜层。

4.权利要求1所述多孔基相变储热颗粒，其特征在于它由多孔火山岩集料、有机固-液相变材料、热固性树脂A、B组份和导热填料组成，其中原材料质量比为多孔火山岩集料︰有机固-液相变材料︰热固性树脂A 组份︰B组份︰导热填料=100︰15～40︰5～15︰2～6︰0.005～0.12。

5.一种权利要求1所述冷拌相变储热型沥青混合料，其特征在于它包括如下步骤：

1）按各原料的质量百分数为：集料40～85%、多孔基相变储热颗粒5～60%、填料1～3%、水2～5%、乳化沥青或改性乳化沥青5～8%，准备材料备用；

2）将集料、多孔基相变储热颗粒和填料在搅拌锅中拌和至均匀，加水拌和至湿润，添加搅均的乳化沥青，拌和至均匀，得混合料；

3）按试验规程压实成型试件，在40℃通风条件下养生48h，得冷拌相变储热型沥青混合料。