CN104003657A

CN104003657A - 一种应用于电融雪沥青路面的导热sma沥青混凝土

Info

Publication number: CN104003657A
Application number: CN201410206800.9A
Authority: CN
Inventors: 黄岩; 张胜; 叶奋; 王胜; 吴怀睿; 郑杰
Original assignee: Shanghai Municipal Engineering Design Insitute Group Co Ltd
Current assignee: Shanghai Municipal Engineering Design Insitute Group Co Ltd
Priority date: 2014-05-16
Filing date: 2014-05-16
Publication date: 2014-08-27

Abstract

本发明公开了一种应用于电融雪沥青路面的导热SMA沥青混凝土，其特征在于：所述导热SMA沥青混凝土的质量百分比配方为：沥青6~6.5%，石料83~85%，矿粉7.5~6.5%，石墨2~3%，纤维0.3%-0.5%。本发明中的导热SMA沥青混凝土除满足SMA沥青混凝土的各项性能要求外，还具有导热性能、高温性能好等优点，适用于电融雪沥青路面并可降低融雪能耗。

Description

一种应用于电融雪沥青路面的导热SMA沥青混凝土

技术领域

本发明属于道路材料技术领域，具体涉及一种绿色环保型导热改性沥青混凝土及其制备方法。

背景技术

我国北方冬季降雪时间较长，如新疆地区降雪期有时长达6个月。路面积雪、结冰将影响道路交通畅行及车辆运营安全，特别是城市道路纵坡较大的路段，如高架道路上下匝道，经常因为下雪影响车辆正常行驶。据有关统计，我国冬季30%的交通事故是由于道路积雪结冰导致的，给社会经济造成巨大损失。目前常用的除雪方法主要分为以下三种：1、人工清除法（效率低，工作条件差，影响交通）；2、机械清除法（费用昂贵，往往撒布除冰剂，对路面性能及环境影响较大）；3、电能融雪法：融雪及时，无需中断交通、绿色环保。

在利用电能融雪的过程中，需要开发一种能够导热且路用性能优异的沥青混凝土铺筑在融雪电缆上方，使发热电缆产生的热量能够迅速传递到路表面以达到融雪的目的，同时优良的路用性能能够满足路面的使用要求。目前试验用于电融雪的导热沥青混凝土以在沥青中掺加石墨为主，虽有一定功效，但也存在诸多问题：（1）未采用SMA混合料级配制备导热沥青混凝土；（2）从未应用于电融雪沥青路面实体工程中；（3）石墨密度较大，与沥青混合之后易产生离析，且储存方面存在较大困难；（4）石墨和沥青之间的混合需要特殊的仪器，增加了道路施工工序，造成施工不便，增大了施工成本；（5）石墨沥青生产的混合料石墨分布不均匀，导热效果不够理想；（6）目前使用的石墨掺入沥青的制作方式，没有考虑石墨可以替代部分矿粉，增加了沥青用量，造成部分浪费。

发明内容

本项发明的目的在于提供一种应用于电融雪沥青路面的导热SMA沥青混凝土，除满足SMA沥青混凝土的各项性能要求外，还具有导热性能、高温性能好等优点，适用于电融雪沥青路面并可降低融雪能耗。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种应用于电融雪沥青路面的导热SMA沥青混凝土，其特征在于：所述导热SMA沥青混凝土的质量百分比配方为沥青6~6.5%，石料83~85%，矿粉7.5~6.5%，石墨2~3%，纤维0.3%-0.5%。

所述石墨采用鳞片状石墨，同时需要满足相应的物理、化学指标。石墨规格采用100目，且尽量选用较细石墨。

所述导热SMA沥青混凝土中，所述纤维为木质素纤维或改性木质素纤维、碳纤维。

所述导热SMA沥青混凝土中，所述的沥青为SBS改性沥青、SBR改性沥青或者橡胶沥青。

本发明的另一目的在于提供一种应用于电融雪沥青路面的导热SMA沥青混凝土的制备方法，制备出的导热SMA沥青混凝土除满足SMA沥青混凝土的各项性能要求外，还具有导热性能、高温性能好等优点，适用于电融雪沥青路面并可降低融雪能耗。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种应用于电融雪沥青路面的导热SMA沥青混凝土的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：A、将石料加热至180℃~200℃，然后将纤维及石墨放入搅拌成混合料；B、将加热到170~180℃的改性沥青加入到步骤A的混合料中搅拌；C、将矿粉放入混合料中，再次拌合，再经成型即可制得导热SMA沥青混凝土。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明的导热SMA沥青混凝土，施工工艺和普通沥青混凝土几乎一致，只是利用其中一个不用的料仓，不需要额外添置设备，施工工艺简单、方便。

2、本发明的导热SMA沥青混凝土材料，合理利用了石墨的优良特性，石墨具有热电性能，能够有效传递热能，节省融雪成本，节约能源。另外还可添加稳定剂使得混合料在搅拌、运输过程中减少离析。

3、本发明充分利用石墨的热电性能，使得沥青混凝土在受到发热电缆全范围加热过程中，迅速地将热能扩散到路面表层，融化路面表层积雪，达到除雪化冰目的；此外石墨还具有除尘的功效，能够保持沥青路面表面清洁。同时，掺入石墨能够有效增加沥青混凝土的高温稳定性能，延长道路使用寿命。

综上所述，本发明的优点在于，该改性沥青混凝土中石墨分布均匀，导热效果良好，沥青用量较少，施工工艺简单，且能提高沥青混凝土的高温稳定性能，延长路面使用寿命。同时，掺入石墨可减少静电吸附从而保持路表面清洁。

具体实施方案

下面将通过具体实施方案对发明做进一步详细描述。

一种应用于电融雪沥青路面的导热SMA沥青混凝土，其特征在于：所述导热SMA沥青混凝土的质量百分比配方为：沥青6~6.5%，石料83~85%，矿粉7.5~6.5%，石墨2~3%，纤维0.3%-0.5%，以上各组分的配比之和为100%。所述石料由1号石料、2号石料和3号石料混合而成，其中1号石料占导热SMA沥青混凝土的质量百分比为27~28%，2号石料占导热SMA沥青混凝土的质量百分比为36~37%，3号石料占导热SMA沥青混凝土的质量百分比为19~20%。

该导热SMA沥青混凝土还可还可添加0.3%-0.5%的稳定剂，该稳定剂为合成类物质，作用是引发各分子之间的交联，形成空间网络结构，最后形成宏观上的稳定体系。

所用石料为浙江湖州产玄武岩：1号料(10~15mm)、2号料(5~10mm)，石灰岩：3号料(0~5mm)三档组成。矿粉为磨细石灰岩石粉。各档石料与矿粉的密度和吸水率的测试结果见表1，筛分结果见表2。

表1 各档集料和矿粉的密度和吸水率的试验结果

表2 各种集料和矿粉的筛分结果

实施案例1

本实施例的导热SMA沥青混凝土是先制作石墨沥青，向加热的沥青中添加石墨；然后再按照传统流程制作沥青混合料。所用石墨代替矿粉质量的10%，即添加沥青混合料质量总质量1%的石墨；所用纤维（木质素纤维或改性木质素纤维、碳纤维）含量为沥青混凝土质量的3‰~5‰；所用沥青为SBS改性沥青，掺量为集料质量的6.5%；所用石墨为鳞片状石墨，具体技术指标详见表3；所使用石料为玄武岩，具体级配参照SMA-13执行；所述矿粉为石灰岩，合成级配见表4。

表3 石墨的主要性质

表4 SMA-13混合料合成级配

本实施例导热SMA沥青混凝土的制备方法和传统改性沥青的制备方法一致：1）向加热至175℃的SBS改性沥青中加入石墨，充分搅拌，热存储；2）将纤维加入到180℃~200℃的集料(矿料中的集料)中拌和10~15秒；3）将加热至175℃的沥青加入混合料中拌和90秒；4）再次加入矿粉，再次拌和90~100秒，再经成型工序即可制得导热改性沥青混凝土。

实施案例2

本实施案例中导热SMA沥青混凝土所用材料及用量和案例1基本一致，只是不掺入石墨。施工工艺为：1）向加热到180℃~200℃的集料(矿料中的集料)中加入纤维，搅拌10~15秒；2）将加热至175℃的沥青加入到混合料中拌和90秒；3）向混合料中加入矿粉，拌和90~100秒，再经成型工序即可制得导热SMA沥青混凝土。

实施案例3

本实施案例的导热SMA沥青混凝土所用材料及用量与案例1一致，其施工工艺为：1）向加热到180℃~200℃的集料(矿料中的集料)中加入纤维和石墨，搅拌10~15秒。2）将加热至175℃的沥青加入到混合料中拌和90秒。3）向混合料中加入矿粉，再次拌和90~100秒，再经成型工序即可制得导热SMA沥青混凝土。

实施案例4

本实施案例的导热SMA沥青混凝土所用材料及施工工艺和案例3一致，其中不同之处在于：所述沥青中石墨掺量为代替矿粉质量的20%，即添加沥青混合料质量总质量2%的石墨。

实施案例5

本实施案例的导热SMA沥青混凝土所用材料及施工工艺和案例3一致，其中不同之处在于：所述沥青中石墨掺量为代替矿粉质量的30%，即添加沥青混合料质量总质量3%的石墨。

实施案例6

本实施案例的导热SMA沥青混凝土所用材料及施工工艺和案例3一致，其中不同之处在于：所述木质素纤维或改性木质素纤维、碳纤维含量为沥青混凝土质量的4‰。

实施案例7

本实施案例的导热SMA沥青混凝土所用材料及施工工艺与案例3一致，其中不同之处在于：木质素纤维或改性木质素纤维、碳纤维含量为沥青混凝土质量的5‰。

按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTGE20-2011）》对本发明实施例1~8的SMA沥青混凝土进行高温性能、低温性能、水稳定性试验。试验结果见表5。

表5路用性能试验结果

分析表5数据可以发现：

（1）同等掺量情况下案例1为湿法、案例3为干法工艺，案例3沥青混合料高温性能优于案例1，但低温及水稳定性能却劣于方案1。导热沥青混合料性能均满足《公路沥青路面施工技术规范(JTGF40-2004)》的要求。

（2）同等干法施工工艺下，案例2~案例5石墨掺量分别代替矿粉的0%、10%、20%、30%，其高温稳定性能明显增加，但低温性能及水稳定性能有下降的趋势。但导热沥青混合料性能仍满足《公路沥青路面施工技术规范(JTGF40-2004)》的要求。

（3）在施工工艺相同的情况下，案例5、案例6、案例7纤维的掺量分别为3‰、4‰、5‰。随着纤维掺量的增加，导热沥青混合料性能逐渐增加，且均满足《公路沥青路面施工技术规范(JTGF40-2004)》的要求。

利用瑞典HOT DISK公司生产的TPS3500S型热常数分析仪测量导热沥青混凝土的导热系数，测试结果如表6所示。

表6 SMA-13沥青混合料导热系数

从表6可以看出：

（1）同等掺量情况下案例1为湿法、案例3为干法工艺，案例3沥青混合料导热系数高于案例1，说明干法使得石墨分布较为均匀。

（2）同等干法施工工艺下，案例2~案例5石墨掺量分别代替矿粉的0%、10%、20%、30%，其导热系数明显增加。

（3）在施工工艺相同的情况下，案例5、案例6、案例7纤维的掺量分别为3‰、4‰、5‰。随着纤维掺量的增加，导热沥青混合料导热系数变化较小。

上述试验结果表明，为了得到较好的导热系数，本发明的一种应用于电融雪沥青路面的导热SMA沥青混凝土，其各组分的质量百分比配方为沥青6.0~6.5%，石料80~87%，矿粉7.5~6.5%，石墨2~3%纤维0.3%~0.5%。该导热SMA沥青混凝土的制备方法，包括以下步骤：A、将石料加热至180℃~200℃，然后将纤维及石墨放入搅拌成混合料；B、将加热到170~180℃的改性沥青加入到步骤A的混合料中搅拌；C、将矿粉放入混合料中，再次拌合，再经成型即可制得导热SMA沥青混凝土。

本发明是一种应用于电融雪沥青路面的导热SMA沥青混凝土及其生产工艺，采用石墨、纤维等对SMA沥青混凝土进行改性，用于电融雪沥青路面，既能导热节能、环保防尘，又能增强沥青混合料路用性能，适用于我国北部降雪较多地区的电融雪沥青路面。

根据本发明的优选实施例，具体配比见表7:

表7 绿色环保型导热改性沥青混凝土配比表

注:满足规范对SMA-13混合料级配的要求，见表4。

Claims

1.一种应用于电融雪沥青路面的导热SMA沥青混凝土，其特征在于：所述导热SMA沥青混凝土的质量百分比配方为：沥青6~6.5%，石料83~85%，矿粉7.5~6.5%，石墨2~3%，纤维0.3%-0.5%。

2.如权利要求1所述的导热改性沥青混凝土，其特征在于石墨采用鳞片状石墨，石墨规格采用100目。

3.如权利要求1所述的导热改性沥青混凝土，其特征在于所述石料由三种石料级配而成，其中第一种石料占导热SMA沥青混凝土的质量百分比为27~28%，第二种石料占导热SMA沥青混凝土的质量百分比为36~37%，第三种石料占导热SMA沥青混凝土的质量百分比为19~20%。

4.如权利要求1所述的导热改性沥青混凝土，其特征在于纤维采用木质素纤维、改性木质素纤维或碳纤维。

5.如权利要求1所述的导热改性沥青混凝土，其特征在于沥青为SBS改性沥青、SBR改性沥青、橡胶沥青或其他复合改性沥青。

6.一种应用于电融雪沥青路面的导热SMA沥青混凝土的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：A、将石料加热至180℃~200℃，然后将纤维及石墨放入搅拌成混合料；B、将加热到170~180℃的改性沥青加入到步骤A的混合料中搅拌；C、将矿粉放入混合料中，再次拌合，再经成型即可制得导热SMA沥青混凝土。