CN105523728A - 一种彩色路面材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种彩色路面材料，包括胶结料和集料，其胶结料/集料=5～20/100，其中集料为彩色腔隙陶瓷颗粒，该彩色腔隙陶瓷颗粒的腔隙中吸附有相变材料。多腔陶瓷颗粒在制备的过程中加入造孔剂，一般腔隙率可做到80％，其有效吸附相变材料量体积比可达40％。本发明将相变材料吸附在多腔陶瓷颗粒的腔隙中，让相变过程在多腔隙陶瓷颗粒的腔隙中发生，胶结料不与相变材料发生紧密结合，这样既不会在胶结料中产生微小缺陷而发生应力集中现象，也不会有内应力发生，彩色集料的彩色效果也能充分显现。

Description

一种彩色路面材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种路面材料及其制备方法，特别是一种彩色路面材料及其制备方法。

背景技术

彩色路面具有美化环境和警示交通的功能。彩色路面在欧洲被广泛用来提示道路使用者在哪一时段可以使用哪一部分道路。在欧洲彩色路面广泛应用于提供一个单独的车道给特别的道路使用者，例如专用于公共交通的公交车道，自行车道，小型机动车道，专用于紧急服务和贵宾证持有者的电子收费站车道。彩色路面在一些减速带进行色彩的区分。这样进行区分是十分实用的。可以有效减少交通违规，增加交通行驶安全。另外，彩色路面的普及可以很大程度上改观城市的形象，体现城市的特色。不但体现在城市外观上的改变，还体现在城市居住环境的改变。可以使城市噪音污染减小，这是因为彩色沥青路面有较好的吸音效果，有效改善公路上汽车噪音的现象。

关于彩色路面材料国内外已有很多研究，主要成果是：

1）把普通黑沥青脱色再加所需要颜色的颜料制成彩铺胶结料，再用天然石料做骨料混合制备彩色路面材料；

2）用石油树脂+聚合物+芳香油+颜料等制成彩铺胶结料，再用天然石料做骨料混合制成彩色路面材料；

3）用树脂+固化剂+稀释增韧剂制成反应固化型彩铺胶结料，再与彩色集料混合制成彩色路面材料。

第一种和第二种彩铺胶结料的特点是：都需要在高温条件下生产，工艺复杂、成本高、生产过程污染环境且彩铺料色彩不鲜艳、不持久。

对于第三种彩色路面材料，CN102464863A公开了一种彩色路面胶结料及其应用，该专利中将双酚A环氧树脂、聚酰胺固化剂、以及聚丙二醇二缩水甘油醚或苯甲醇混合均匀，制成彩色路面胶结料。然后与彩色集料混合制成彩色路面混合料，用于铺设彩色路面。在便于彩色路面铺筑的同时，提高彩色路面胶结料的使用性能，延长彩色路面的使用寿命。

CN103924496A公开了一种彩色陶瓷颗粒防滑路面的铺设方法，在干燥清洁的路面上，滩涂拌制好的胶水，撒布事先烧制好的陶瓷颗粒防滑集料，撒布均匀后，利用底胶的粘附性使骨料镶嵌紧密，再压涂面胶，从而形成高强度的彩色陶瓷颗粒路面。

《多孔陶瓷的制备、性能及应用：（1）多孔陶瓷的制造工艺》（中国科学院上海硅酸盐研究所）中介绍了多孔陶瓷制造的几种基本工艺：1）机械挤出法；2）颗粒堆积造孔法；3）添加易挥发物成孔法；4）发泡成孔法5）多孔模板法。6）凝胶结构形成多孔法；7）冷冻干燥制孔法。尽管有这些制造多孔陶瓷方法，但仍无法满足沥青领域的需求。机械挤出法造孔的孔隙率低，且造不出不同粒径的多孔陶瓷颗粒。颗粒堆积造孔法造出的陶瓷颗粒的粒径往往比较大，强度和有效腔隙率低，不能用于铺设彩色路面。添加易挥发物法最大的问题是无法制成致密的陶泥，靠易挥发物制出的孔隙率很低，也不适合用于做彩色路面骨料的多孔陶瓷颗粒。发泡成孔法是通过气相扩散到陶瓷悬浮体中来获得多孔结构的，显然这种方法不适合制造用于铺设彩色路面的多孔陶瓷颗粒。多孔模板法也只适合制造较大多孔陶瓷体。凝胶结构形成多孔法与冷冻干燥法制造的多孔陶瓷材料更适合制造陶瓷过滤器之类产品，也不适合制造用于铺设彩色路面的多孔、高强的陶瓷颗粒。

彩铺材料大多属于面层路面材料，通常需要与基础路面相粘结，而基础路面材料与彩色面层材料分为不同材料，所以有因为两种材料热敏感性不同而产生的层间应力而造成路面破坏问题。

CN102731018A公开了一种陶砂粒状复合相变材料及其制备方法。其将相变材料与陶砂按质量3：7混合均匀，真空干燥加入矿粉，得复合材料。将复合材料浸入环氧乳液，表面撒布铁粉。通过加入相变材料的方式，可以通过相变材料的相变过程有效减小温度变化所带来的彩色路面与基础路面由于材料热敏感度不同所带来的层间应力问题。

但是，这种含有相变材料的颗粒不能直接加入到彩色路面材料之中，因为：1）如果把上述相变材料直接加入到胶结料之中，它会与胶结料发生紧密结合，然而当相变材料发生相变时每一个相变点自然成为路面材料的微小缺陷点，当路面受力时在每个相变点处便会发生应力集中现象；同时，当有相变发生时便会有体积的膨胀和收缩发生，这时又会在材料内部产生内应力，当内应力和应力集中现象发生叠加时会对对路面材料造成更严重的破坏。2）相变材料在相变点温度以下时为不透明固体，彩色路面的色彩显示的是彩色集料的颜色，如果加入上述材料则无法体现彩色路面的彩色效果。

因此，如何使得相变材料不会在路面材料中与胶结料紧密结合，并避免由此而带来的路面应力集中成为目前彩色路面工艺中亟待解决的一个问题。同时如何能够使得相变材料不影响彩色路面的彩色效果，也是实际应用中必需考虑的一个问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种含相变材料的彩色路面材料及其制备方法，以解决由于添加了相变材料所带来的对路面使用性能的影响问题。

本发明的再一目的在于提供一种能在较大温度范围和潮湿条件下施工彩色路面材料及其制备。

本发明提供了一种彩色路面材料，包括胶结料和集料，其胶结料/集料=5～20/100，其中集料为彩色腔隙陶瓷颗粒，其腔隙中吸附有相变材料。多腔陶瓷颗粒在制备的过程中加入造孔剂，其腔隙率可做到80％，一般腔隙率为60%～80％，其有效吸附相变材料量体积比可达40％，一般为20～40％。

本发明将相变材料吸附在多腔隙陶瓷颗粒的腔隙中，让相变过程在多腔隙陶瓷颗粒的腔隙中发生，胶结料不与相变材料发生紧密结合，这样既不会在胶结料中产生微小缺陷而发生应力集中现象，也不会有内应力发生，彩色集料的彩色效果也能充分显现。

陶瓷颗粒集料的腔隙越多、腔隙越大其吸附的相变材料就越多，调节温度的能力就越强。

所述胶结料由以下材料组成：

1.双酚A环氧树脂，如：E-51、或E-44或E-42等；

2.酚醛胺类固化剂，如YH-82等

3.醚类或醇类增韧剂，如聚丙二醇二缩水甘油醚、苯甲醇。

按重量份计，其中环氧树脂100份，固化剂10-50份，增韧剂10-50份。本胶结料可在低温潮湿条件下施工，其施工温度范围为-5℃—30℃。

所述彩色腔隙陶瓷颗粒制备过程中添加了碳酸氢钠及染料，添加比例为：碳酸氢钠/陶土/染料=0.1~10/100/0.1~10。

所述彩色腔隙陶瓷颗粒的制作方法包括：

将碳酸氢钠粉末与陶土粉末、染料按比例：碳酸氢钠/陶土/染料=0.1~10/100/0.1~10混匀；

混捏成含碳酸氢钠的彩色陶泥；

将上一步混捏后的陶泥经螺旋挤出机挤出并制成致密的彩色陶泥颗粒；

加热彩色陶泥颗粒至300℃，保持直至碳酸氢钠全部分解；

继续加热、烧结制成多孔彩色陶瓷颗粒。

步骤所述用加热彩色陶泥颗粒至300℃的具体操作过程最好为：在1~10分钟内把陶泥颗粒烘干箱加热到90~100℃温度，并用蒸汽保护维持1~3小时，然后去掉蒸汽保护，以10～30℃/min的速率继续升温至300℃，升温可采用电源等任何适宜的加热方式。步骤所述的烧结温度为700℃~1700℃。

步骤②中所述的捏合为：加适量水经混捏机混捏制成含有碳酸氢钠的彩色陶泥；

步骤④用水蒸气加热彩色陶泥颗粒，其目的是保护陶泥颗粒在没有硬结前，使其中的碳酸氢钠完全分解，分解后产生的CO₂和水蒸气（碳酸氢钠分解产生的水受热后生成的水蒸气）会在彩色陶泥颗粒中挤占空间，当气体不断受热膨胀，最终会在陶泥颗粒的某一薄弱点冲破束缚从而使彩色陶泥颗粒出现多孔现象，而这些孔多呈现球形状，也就是这些球形状腔隙才是吸附相变材料的有效空间。

本发明同时提供了一种彩色路面材料的制备方法，其中包括如下步骤：

制备彩色腔隙陶瓷颗粒；

利用前述彩色腔隙陶瓷颗粒采用真空吸附法吸附相变材料，制得含相变材料的彩色陶瓷颗粒集料；

将彩色路面胶结料与包含相变材料的彩色陶瓷颗粒集料一起混合制成彩色路面材料。

其中步骤所述的彩色腔隙陶瓷颗粒的制备过程为：将碳酸氢钠粉末与陶土粉末、染料按比例（碳酸氢钠：陶土：染料=0.1~10：100：0.1~10）混匀；混捏成彩色陶泥；将上一步混捏后的陶泥经螺旋挤出机挤出并制成致密的彩色陶泥颗粒；用水蒸气加热彩色陶泥颗粒，在1~10分钟内把陶泥颗粒烘干箱加热到95~100℃温度，并维持1~3小时，然后去掉蒸汽保护继续升温至300℃，直至碳酸氢钠全部分解；再继续加热、烧结制成多孔彩色陶瓷颗粒，烧结温度为700~1700℃。

步骤中所述的真空吸附法为：把腔隙陶瓷颗粒装入密闭容器内，再对容器抽真空并保持10～30分钟，使其颗粒中的腔隙全部处于真空状态，然后向容器内喷入相变材料并不断进行搅动，使其颗粒中的所有腔隙充满相变材料为止。

相变材料及相变材料的相变点的选择和相变材料的加入量决定其对环境温度变化的适应能力。

本发明腔隙彩色陶瓷颗粒的特点：①可根据挤出机的挤出孔径不同制出不同粒径的颗粒；②经过混捏后的陶泥其质地非常致密，因而强度高；③可根据碳酸氢钠加入量的多少调节其腔隙率；④由于颗粒的腔隙才是吸附相变材料的有效空间，同时又对相变材料有包裹效应，在相同孔隙率情况下其吸附相变材料的量更大。

这种彩色路面材料制备简单、受环境温度影响小，因此使其力学性能更优良。本发明除了拓展了彩色路面材料的施工条件范围外，还保持了此类胶结料的所有力学性能和品质，丰富了彩铺胶结料的种类；同时拓展了彩色面层材料的更广泛的适应性。

所述集料可调节基础路面材料与彩色面层材料的热敏感性的差别作用。这种彩色面层材料受温度变化影响小，所以其应用条件范围更宽泛。本发明是把陶瓷或其它硬质无机材料做成多腔隙彩色颗粒，利用其腔隙吸附相变材料，从而制作成在温度有较大变化时有相变过程参与的彩色集料，利用相变材料在相变过程中吸收或释放的大量热量来调节基础路面和彩色面层之间的温度差，从而降低其因温度发生变化而产生的不同材料间的应变不同而造成的破坏。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细描述，具体实施例仅为示例性说明，本发明的保护范围不受具体实施方式的限制。

实施例1-3：配制胶结料

按照表1所示的材料及组成配制胶结料，对应实施例1-3分别得到胶结料A1，A2，A3。

表1胶结料组成及配方

实施例4-6：制备彩色腔隙陶瓷颗粒

本实施例中所用陶土主要由高岭石、蒙脱石、石英、钾钠长石等为主要成分组成的粉砂质粘土，所用染料为氧化铁红、氧化铬绿、铬钛黄等。

将碳酸氢钠粉末与陶土粉末、染料按表2所示比例混匀；加适量水经混捏机混捏制成含有碳酸氢钠的彩色陶泥；将上一步混捏后的陶泥经螺旋挤出机挤出并制成致密的彩色陶泥颗粒；把彩色陶泥颗粒采用二段升温方式（见表3）加热到相应温度，保持一段时间；继续加热、烧结制成多腔隙彩色陶瓷颗粒。对应实施例4-6分别得到彩色腔隙陶瓷颗粒B1，B2及B3。

分阶段加热的过程，使其中的碳酸氢钠完全分解，其分解后产生的CO₂和水蒸气（碳酸氢钠分解产生的水受热后生成的水蒸气）便在彩色陶泥颗粒中挤占空间，当气体不断受热膨胀，最终会在陶泥颗粒的某一薄弱点冲破束缚从而使彩色陶泥颗粒出现多孔现象，而这些孔多呈现球形状，也就是这些球形状腔隙才是吸附相变材料的有效空间。

表2彩色腔隙陶瓷颗粒配方

表3彩色腔隙陶瓷颗粒制备工艺条件

实施例7-9制备彩色路面材料

取实施例4-6所制备的彩色腔隙陶瓷颗粒B1，B2及B3，分别装入密闭容器内，再对容器抽真空并保持5～20分钟，使其颗粒中的腔隙全部处于真空状态，然后向容器内喷入PCM相变材料，喷入量为集料量的10～50％，并不断进行搅动使其颗粒中的所有腔隙充满相变材料为止。

将实施例1-3所制备的彩色路面胶结料A1、A2、A3分别与包含相变材料的彩色陶瓷颗粒集料B1、B2、B3一起混合制成彩色路面材料C1、C2、C3，其混合比例分别为：9/100、10/100、11/100。其路用性能如下表所示：

表4彩色路面材料路用性能评价

表5温度影响评价

（相变温度点50℃，环境温度60℃，相变材料加入量，以重量计，为集料的10％）

由表5温度影响评价可以看出，相变材料加入到彩色路面材料中可以降低环境温度对彩色路面材料产生影响的程度。

Claims (10)

1.一种彩色路面材料，其特征在于：其中包括胶结料和集料，其胶结料/集料=5～20/100，其中集料为彩色腔隙陶瓷颗粒，该彩色腔隙陶瓷颗粒的腔隙中吸附有相变材料。

2.按照权利要求1所述的彩色路面材料，其特征在于：所述彩色腔隙陶瓷颗粒在制备的过程中加入了造孔剂，该彩色腔隙陶瓷颗粒的腔隙率为60%～80％，其有效吸附相变材料量体积比20～40％。

3.按照权利要求1所述的彩色路面材料，其特征在于：所述胶结料由以下材料组成：

双酚A环氧树脂，如：E-51、或E-44或E-42；

酚醛胺类固化剂，如YH-82；

醚类或醇类增韧剂，如聚丙二醇二缩水甘油醚、苯甲醇；

所述胶结料中各组份含量，按重量份计，其中环氧树脂100份，固化剂10-50份，增韧剂10-50份。

4.按照权利要求1所述的彩色路面材料，其特征在于：所述彩色腔隙陶瓷颗粒制备过程中添加了碳酸氢钠及染料，添加比例以重量计为：碳酸氢钠/陶土/染料=0.1~10/100/0.1~10。

5.按照权利要求1所述的彩色路面材料，其特征在于：所述彩色腔隙陶瓷颗粒的制作方法包括：

将碳酸氢钠粉末与陶土粉末、染料按比例：碳酸氢钠/陶土/染料=0.1~10/100/0.1~10混匀；

混捏成含碳酸氢钠的彩色陶泥；

将上一步混捏后的陶泥经螺旋挤出机挤出并制成致密的彩色陶泥颗粒；

加热彩色陶泥颗粒至300℃，保持至碳酸氢钠全部分解；

继续加热、烧结制成多孔的彩色腔隙陶瓷颗粒。

6.按照权利要求5所述的彩色路面材料，其特征在于：步骤所述加热彩色陶泥颗粒至300℃为：在1~10分钟内把陶泥颗粒烘干箱加热到90~100℃温度，并用蒸汽保护维持1~3小时，然后去掉蒸汽保护，以10～30℃/min的速率继续升温至300℃。

7.按照权利要求5所述的彩色路面材料，其特征在于：步骤所述的烧结温度为700℃~1700℃。

8.一种彩色路面材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

制备彩色腔隙陶瓷颗粒；

利用前述彩色腔隙陶瓷颗粒采用真空吸附法吸附相变材料，制得含相变材料的彩色陶瓷颗粒集料；

将彩色路面胶结料与包含相变材料的彩色陶瓷颗粒集料一起混合制成彩色路面材料。

9.按照权利要求8所述的彩色路面材料的制备方法，其特征在于：步骤所述的彩色腔隙陶瓷颗粒的制备过程为：将碳酸氢钠粉末与陶土粉末、染料按比例：碳酸氢钠：陶土：染料=0.1~10：100：0.1~10混匀；混捏成彩色陶泥；将上一步混捏后的陶泥经螺旋挤出机挤出并制成致密的彩色陶泥颗粒；加热彩色陶泥颗粒，在1~10分钟内把陶泥颗粒烘干箱加热到90~100℃温度，并维持1~3小时，然后继续升温至300℃，直至碳酸氢钠全部分解；再继续加热、烧结制成多孔彩色陶瓷颗粒，烧结温度为700~1700℃。

10.按照权利要求8所述的彩色路面材料的制备方法，其特征在于：步骤中所述的真空吸附法为：把腔隙陶瓷颗粒装入密闭容器内，再对容器抽真空并保持10～30分钟，使其颗粒中的腔隙全部处于真空状态，然后向容器内喷入相变材料并不断进行搅动，使其颗粒中的所有腔隙充满相变材料为止。