CN105801009B - 一种自调温金属相变沥青混合料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自调温金属相变沥青混合料及其制备方法，以质量份数计，包括沥青4～20份，集料100份，金属相变材料0.5～12份，矿粉1～5份。本发明利用金属相变材料对沥青进行改性，所得到的自调温金属相变沥青混合料调温作用明显，相对于普通沥青混合料而言，沥青路面抵抗低温开裂能力、高温稳定性能和导电性能显著提高，各项路用性能优良。本发明还提供了自调温金属相变沥青混合料制备方法，该方法制备工艺简单，成本低廉，不需要特殊的设备，环境友好，适合大规模化工业生产。
Description
技术领域
本发明属于沥青混合料材料技术领域，具体涉及一种自调温金属相变沥青混合料及其制备方法。
背景技术
沥青混合料是矿质混合料与沥青结合料经拌和而形成的混合料，是现代道路路面结构的重要材料之一。沥青路面具有良好的力学性质和路用性能，路面平整无接缝，行车舒适安全，可全部采用机械化施工，施工后即可开放交通，可进行再生利用等优点，且可提高行车车速、降低运输成本，因此被广泛应用于各类道路路面材料，尤其是高速行车道路路面。
沥青混合料是一种典型的温度敏感性材料，沥青路面在使用过程中易发生高温产生车辙以及低温开裂等病害。此外，在低温雨雪冰冻气候下，沥青路面结霜、积雪、积冰致使路面摩擦系数大大降低，车辆制动距离大大增加，不仅影响沥青路面正常使用以及使用寿命，同时也严重影响公路交通安全，降低公路运输生产效率。因此，为了保障公路交通安全，避免或减少发生交通事故，必须采取一定的措施提高沥青路面对环境温度的主动适应能力。目前主要是通过沥青改性、添加抗车辙剂和优化矿料级配组成等技术措施被动提高沥青路面对环境温度的适应能力，然而其效果十分有限。因此，主动改善沥青路面的温度状况具有十分重要的现实意义。
目前，国内外关于主动改善沥青路面温度状况的主要技术措施是添加相变材料对沥青进行改性。由于沥青混合料不同于保温砂浆、水泥混凝土等其他建筑材料，需要在高温条件下拌制和碾压成型，这对沥青混合料用相变材料提出了极高的要求。能够应用于沥青路面的相变材料需满足以下条件：优良的耐高温性能、较高的相变焓值、合适的相变温度、可循环使用、安全环保。相变材料分为固态-固态、固态-气态、固态-液态和液态-气态相变材料。其中，固-气和液-气相变材料在相变过程中虽然具有较大的相变焓值，但会产生大量的气体，同时伴随着材料体积的增大，不利于热拌沥青混合料的生产以及施工。当环境温度超过固-液相变材料的相变温度，液态的相变材料同样存在泄漏和损失问题。虽然可以将固-液相变材料封装使用，但沥青混合料严苛的制备条件，对封装材料和工艺提出了极高的要求，限制了固-液相变材料在沥青路面中的应用。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种自调温金属相变沥青混合料及其制备方法，该沥青混合料路用性能优良，导电性能好，调温作用明显；该制备方法操作简单、成本低廉，对设备要求低，环境友好。
本发明是通过以下技术方案来实现：
本发明公开的一种自调温金属相变沥青混合料，以质量份数计，包括沥青4～20份，集料100份，金属相变材料0.5～12份，矿粉1～5份。
优选地，以质量份数计，包括沥青5～15份，集料100份，金属相变材料3～10份，矿粉2～3份。
优选地，以质量份数计，包括沥青5份，集料100份，金属相变材料3份，矿粉2份。
所述金属相变材料为镍钛二元记忆合金、镍钛铜三元记忆合金、镍钛铁三元记忆合金、镍钛铝三元记忆合金、镍钛锆三元记忆合金、镍钛钼三元记忆合金或镍钛钒三元记忆合金中的一种或者几种。
所述金属相变材料选用粒度为0.5mm～12mm的颗粒，或者选用直径为0.5mm～10mm的金属丝。
所述沥青为石油沥青、煤沥青或岩沥青中的一种或者几种。
本发明还公开了一种自调温金属相变沥青混合料的制备方法，包括以下步骤：
1)以质量份数计，取4～20份沥青，100份集料，0.5～12份金属相变材料，1～5份矿粉；
2)将沥青加热至120℃～180℃后，充分搅拌均匀；
3)将金属相变材料、集料和矿粉在120℃～180℃下拌合5s～30s，得到拌合混合物；
4)将拌合混合物加入步骤2)充分搅拌均匀的沥青中，继续搅拌5min～25min，室温冷却，制得自调温金属相变沥青混合料。
步骤2)是将沥青置于高速剪切仪中，在转速为2000rpm～4000rpm的条件下对沥青进行搅拌；步骤4)是将拌合混合物在1min～4min内匀速加入沥青中。
所述金属相变材料为镍钛二元记忆合金、镍钛铜三元记忆合金、镍钛铁三元记忆合金、镍钛铝三元记忆合金、镍钛锆三元记忆合金、镍钛钼三元记忆合金或镍钛钒三元记忆合金中的一种或者几种；且金属相变材料选用粒度为0.5mm～12mm的颗粒，或者选用直径为0.5mm～10mm的金属丝。
所述沥青为石油沥青、煤沥青或岩沥青中的一种或者几种。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开的自调温金属相变沥青混合料，具有马氏体相和奥氏体相且二者能相互转化的两相材料。马氏体相向奥氏体相转变时需要吸收热量，而奥氏体相向马氏体相转变时需要释放热量。在相变温度前后，金属相变材料依然为固态，将该金属相变材料添加到沥青混合料中使用，不存在泄露和挥发的问题，对环境也不会造成污染。同时作为一种金属材料，金属相变材料具有良好的导电性，通电后，可将电能转化为热能，可以实现融冰除雪的目的。利用金属相变材料对沥青进行改性，得到的自调温金属相变沥青混合料调温作用明显。在降温过程中，减小沥青混合料降温速率，大大延迟低温出现时间，提高沥青路面抵抗低温开裂的能力。在升温过程中，可减小沥青混合料升温速率，滞后升温出现时间，提高沥青路面高温稳定性能。同时，所得到的自调温金属相变沥青混合料的导电性能相对于普通沥青混合料显著提高。该自调温金属相变沥青可先通过相变过程放出热量，然后可通过通电加热将电能转化为热能，用于沥青路面除冰雪。本发明公开的自调温金属相变沥青混合料各项路用性能优良，能够满足沥青路面施工技术规范各项要求。
本发明还提供了自调温金属相变沥青混合料制备方法，该方法制备工艺简单，成本低廉，不需要特殊的设备，环境友好，适合大规模化工业生产。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
实施例1
步骤一：将7kg石油沥青加热至120℃后置于高速剪切仪中，转速为2000rpm对沥青进行搅拌；
步骤二：然后将2kg粒度为1mm的镍钛二元记忆合金颗粒、100kg集料和1kg矿粉在120℃下拌合5s，得到拌合混合物；
步骤三：在同样的温度和搅拌条件下，将步骤二拌合后的拌和混合物在1min内匀速加入装有沥青的高速剪切仪中，继续搅拌5min，室温冷却后，得到自调温金属相变沥青混合料。
本实施案例制备的自调温金属相变沥青混合料调温作用明显。在降温过程中，减小沥青混合料降温速率，大大延迟低温出现时间，提高沥青路面抵抗低温开裂的能力。在升温过程中，可减小沥青混合料升温速率，滞后升温出现时间，提高沥青路面高温稳定性能。此外，其导电性能相对于普通沥青混合料显著提高。
实施例2
本实施例配方与实施例1的不同之处在于：所述沥青为煤沥青或岩沥青，或者为石油沥青、煤沥青、岩沥青中的两种或者三种；所述金属相变材料为镍钛铜三元记忆合金、镍钛铁三元记忆合金、镍钛铝三元记忆合金、镍钛锆三元记忆合金、镍钛钼三元记忆合金或镍钛钒三元记忆合金，或者为镍钛二元记忆合金、镍钛铜三元记忆合金、镍钛铁三元记忆合金、镍钛铝三元记忆合金、镍钛锆三元记忆合金、镍钛钼三元记忆合金或镍钛钒三元记忆合金中的至少两种。
本实施例的自调温金属相变沥青混合料的制备方法与实施例1相同。
本实施案例制备的自调温金属相变沥青混合料调温作用明显。在降温过程中，减小沥青混合料降温速率，大大延迟低温出现时间，提高沥青路面抵抗低温开裂的能力。在升温过程中，可减小沥青混合料升温速率，滞后升温出现时间，提高沥青路面高温稳定性能。此外，其导电性能相对于普通沥青混合料显著提高。
实施例3
步骤一：将7kg石油沥青加热至140℃后置于高速剪切仪中，转速为3000rpm对沥青进行搅拌；
步骤二：然后将2kg粒度为1mm的镍钛二元记忆合金颗粒、100kg集料和1kg矿粉在140℃下拌合10s，得到拌合混合物；
步骤三：在同样的温度和搅拌条件下，将步骤二拌合后的拌和混合物在2min内匀速加入装有沥青的高速剪切仪中，继续搅拌10min，室温冷却后，得到自调温金属相变沥青混合料。
本实施案例制备的自调温金属相变沥青混合料调温作用明显。在降温过程中，减小沥青混合料降温速率，大大延迟低温出现时间，提高沥青路面抵抗低温开裂的能力。在升温过程中，可减小沥青混合料升温速率，滞后升温出现时间，提高沥青路面高温稳定性能。此外，其导电性能相对于普通沥青混合料显著提高。
实施例4
本实施例与实施例3配方不同之处在于：所述沥青为煤沥青或岩沥青，或者为石油沥青、煤沥青、岩沥青中的两种或者三种；所述金属相变材料为镍钛铜三元记忆合金、镍钛铁三元记忆合金、镍钛铝三元记忆合金、镍钛锆三元记忆合金、镍钛钼三元记忆合金或镍钛钒三元记忆合金，或者为镍钛二元记忆合金、镍钛铜三元记忆合金、镍钛铁三元记忆合金、镍钛铝三元记忆合金、镍钛锆三元记忆合金、镍钛钼三元记忆合金或镍钛钒三元记忆合金中的至少两种。
本实施例的自调温金属相变沥青混合料的制备方法与实施例3相同。
本实施案例制备的自调温金属相变沥青混合料调温作用明显。在降温过程中，减小沥青混合料降温速率，大大延迟低温出现时间，提高沥青路面抵抗低温开裂的能力。在升温过程中，可减小沥青混合料升温速率，滞后升温出现时间，提高沥青路面高温稳定性能。此外，其导电性能相对于普通沥青混合料显著提高。
实施例5
步骤一：将9kg石油沥青加热至160℃后置于高速剪切仪中，转速为3000rpm对沥青进行搅拌；
步骤二：然后将5kg粒度为3mm的镍钛二元记忆合金颗粒、100kg集料和2kg矿粉在160℃下拌合15s，得到拌合混合物；
步骤三：在同样的温度和搅拌条件下，将步骤二拌合后的拌和混合物在3min内匀速加入装有沥青的高速剪切仪中，继续搅拌15min，室温冷却后，得到自调温金属相变沥青混合料。
本实施案例制备的自调温金属相变沥青混合料调温作用明显。在降温过程中，减小沥青混合料降温速率，大大延迟低温出现时间，提高沥青路面抵抗低温开裂的能力。在升温过程中，可减小沥青混合料升温速率，滞后升温出现时间，提高沥青路面高温稳定性能。此外，其导电性能相对于普通沥青混合料显著提高。
实施例6
本实施例与实施例配方的不同之处在于：所述沥青为煤沥青或岩沥青，或者为石油沥青、煤沥青、岩沥青中的两种或者三种；所述金属相变材料为镍钛铜三元记忆合金、镍钛铁三元记忆合金、镍钛铝三元记忆合金、镍钛锆三元记忆合金、镍钛钼三元记忆合金或镍钛钒三元记忆合金，或者为镍钛二元记忆合金、镍钛铜三元记忆合金、镍钛铁三元记忆合金、镍钛铝三元记忆合金、镍钛锆三元记忆合金、镍钛钼三元记忆合金或镍钛钒三元记忆合金中的至少两种。
本实施例的自调温金属相变沥青混合料的制备方法与实施例5相同。
本实施案例制备的自调温金属相变沥青混合料调温作用明显。在降温过程中，减小沥青混合料降温速率，大大延迟低温出现时间，提高沥青路面抵抗低温开裂的能力。在升温过程中，可减小沥青混合料升温速率，滞后升温出现时间，提高沥青路面高温稳定性能。此外，其导电性能相对于普通沥青混合料显著提高。
实施例7
步骤一：将5kg石油沥青、2kg煤沥青和2kg岩沥青加热至160℃后置于高速剪切仪中，转速为2000rpm对沥青进行搅拌；
步骤二：然后将4kg粒度为5mm的镍钛二元记忆合金颗粒、100kg集料和3kg矿粉在160℃下拌合15s，得到拌合混合物；
步骤三：在同样的温度和搅拌条件下，将步骤二拌合后的拌和混合物在4min内匀速加入装有沥青的高速剪切仪中，继续搅拌20min，室温冷却后，得到自调温金属相变沥青混合料。
本实施案例制备的自调温金属相变沥青混合料调温作用明显。在降温过程中，减小沥青混合料降温速率，大大延迟低温出现时间，提高沥青路面抵抗低温开裂的能力。在升温过程中，可减小沥青混合料升温速率，滞后升温出现时间，提高沥青路面高温稳定性能。此外，其导电性能相对于普通沥青混合料显著提高。
实施例8
本实施例与实施例7配方不同之处在于：所述沥青为煤沥青或岩沥青，或者为石油沥青、煤沥青、岩沥青中的两种或者三种；所述金属相变材料为镍钛铜三元记忆合金、镍钛铁三元记忆合金、镍钛铝三元记忆合金、镍钛锆三元记忆合金、镍钛钼三元记忆合金或镍钛钒三元记忆合金，或者为镍钛二元记忆合金、镍钛铜三元记忆合金、镍钛铁三元记忆合金、镍钛铝三元记忆合金、镍钛锆三元记忆合金、镍钛钼三元记忆合金或镍钛钒三元记忆合金中的至少两种。
本实施例的自调温金属相变沥青混合料的制备方法与实施例7相同。
本实施案例制备的自调温金属相变沥青混合料调温作用明显。在降温过程中，减小沥青混合料降温速率，大大延迟低温出现时间，提高沥青路面抵抗低温开裂的能力。在升温过程中，可减小沥青混合料升温速率，滞后升温出现时间，提高沥青路面高温稳定性能。此外，其导电性能相对于普通沥青混合料显著提高。
实施例9
步骤一：将2kg石油沥青、4kg煤沥青和4kg岩沥青加热至150℃后置于高速剪切仪中，转速为3000rpm对沥青进行搅拌；
步骤二：然后将8kg粒度为7mm的镍钛二元记忆合金颗粒、100kg集料和2kg矿粉在150℃下拌合25s，得到拌合混合物；
步骤三：在同样的温度和搅拌条件下，将步骤二拌合后的拌和混合物在2min内匀速加入装有沥青的高速剪切仪中，继续搅拌15min，室温冷却后，得到自调温金属相变沥青混合料。
本实施案例制备的自调温金属相变沥青混合料调温作用明显。在降温过程中，减小沥青混合料降温速率，大大延迟低温出现时间，提高沥青路面抵抗低温开裂的能力。在升温过程中，可减小沥青混合料升温速率，滞后升温出现时间，提高沥青路面高温稳定性能。此外，其导电性能相对于普通沥青混合料显著提高。
实施例10
本实施例与实施例9配方不同之处在于：所述沥青为煤沥青或岩沥青，或者为石油沥青、煤沥青、岩沥青中的两种或者三种；所述金属相变材料为镍钛铜三元记忆合金、镍钛铁三元记忆合金、镍钛铝三元记忆合金、镍钛锆三元记忆合金、镍钛钼三元记忆合金或镍钛钒三元记忆合金，或者为镍钛二元记忆合金、镍钛铜三元记忆合金、镍钛铁三元记忆合金、镍钛铝三元记忆合金、镍钛锆三元记忆合金、镍钛钼三元记忆合金或镍钛钒三元记忆合金中的至少两种。
本实施例的自调温金属相变沥青混合料的制备方法与实施例9相同。
本实施案例制备的自调温金属相变沥青混合料调温作用明显。在降温过程中，减小沥青混合料降温速率，大大延迟低温出现时间，提高沥青路面抵抗低温开裂的能力。在升温过程中，可减小沥青混合料升温速率，滞后升温出现时间，提高沥青路面高温稳定性能。此外，其导电性能相对于普通沥青混合料显著提高。
实施例11
步骤一：将4kg石油沥青、8kg岩沥青加热至180℃后置于高速剪切仪中，转速为4000rpm对沥青进行搅拌；
步骤二：然后将3kg直径为5mm的镍钛二元记忆合金丝、100kg集料和4kg矿粉在180℃下拌合25s，得到拌合混合物；
步骤三：在同样的温度和搅拌条件下，将步骤二拌合后的拌和混合物在4min内匀速加入装有沥青的高速剪切仪中，继续搅拌25min，室温冷却后，得到自调温金属相变沥青混合料。
本实施案例制备的自调温金属相变沥青混合料调温作用明显。在降温过程中，减小沥青混合料降温速率，大大延迟低温出现时间，提高沥青路面抵抗低温开裂的能力。在升温过程中，可减小沥青混合料升温速率，滞后升温出现时间，提高沥青路面高温稳定性能。此外，其导电性能相对于普通沥青混合料显著提高。
实施例12
本实施例与实施例11配方不同之处在于：所述沥青为煤沥青或岩沥青，或者为石油沥青、煤沥青、岩沥青中的两种或者三种；所述金属相变材料为镍钛铜三元记忆合金、镍钛铁三元记忆合金、镍钛铝三元记忆合金、镍钛锆三元记忆合金、镍钛钼三元记忆合金或镍钛钒三元记忆合金，或者为镍钛二元记忆合金、镍钛铜三元记忆合金、镍钛铁三元记忆合金、镍钛铝三元记忆合金、镍钛锆三元记忆合金、镍钛钼三元记忆合金或镍钛钒三元记忆合金中的至少两种。
本实施例的自调温金属相变沥青混合料的制备方法与实施例11相同。
本实施案例制备的自调温金属相变沥青混合料调温作用明显。在降温过程中，减小沥青混合料降温速率，大大延迟低温出现时间，提高沥青路面抵抗低温开裂的能力。在升温过程中，可减小沥青混合料升温速率，滞后升温出现时间，提高沥青路面高温稳定性能。此外，其导电性能相对于普通沥青混合料显著提高。
实施例13
步骤一：将2kg石油沥青、3kg煤沥青加热至140℃后置于高速剪切仪中，转速为3000rpm对沥青进行搅拌；
步骤二：然后将2kg粒度为1mm的镍钛二元记忆合金颗粒、1kg直径为1mm的镍钛二元记忆合金丝、100kg集料和2kg矿粉在140℃下拌合10s，得到拌合混合物；
步骤三：在同样的温度和搅拌条件下，将步骤二拌合后的拌和混合物在3min内匀速加入装有沥青的高速剪切仪中，继续搅拌15min，室温冷却后，得到自调温金属相变沥青混合料。
本实施案例制备的自调温金属相变沥青混合料调温作用明显。在降温过程中，减小沥青混合料降温速率，大大延迟低温出现时间，提高沥青路面抵抗低温开裂的能力。在升温过程中，可减小沥青混合料升温速率，滞后升温出现时间，提高沥青路面高温稳定性能。此外，其导电性能相对于普通沥青混合料显著提高。
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岩沥青，或者为石油沥青、煤沥青、岩沥青中的两种或者三种；所述金属相变材料为镍钛铜三元记忆合金、镍钛铁三元记忆合金、镍钛铝三元记忆合金、镍钛锆三元记忆合金、镍钛钼三元记忆合金或镍钛钒三元记忆合金，或者为镍钛二元记忆合金、镍钛铜三元记忆合金、镍钛铁三元记忆合金、镍钛铝三元记忆合金、镍钛锆三元记忆合金、镍钛钼三元记忆合金或镍钛钒三元记忆合金中的至少两种。
本实施例的自调温金属相变沥青混合料的制备方法与实施例13相同。
本实施案例制备的自调温金属相变沥青混合料调温作用明显。在降温过程中，减小沥青混合料降温速率，大大延迟低温出现时间，提高沥青路面抵抗低温开裂的能力。在升温过程中，可减小沥青混合料升温速率，滞后升温出现时间，提高沥青路面高温稳定性能。此外，其导电性能相对于普通沥青混合料显著提高。
本发明分别对实施例1、实施例3、实施例5、实施例7、实施例9、实施例11、实施例13中的自调温金属相变沥青混合料，以及普通沥青混合料的性能进行比较，结果见下表1。
表1本发明单数实施例的自调温金属相变沥青混合料与普通沥青混合料性能比较
从上表1可以看出，本发明的自调温金属相变沥青混合料具有优良的感温性能，导热系数较高，具有较低的电阻率。该自调温金属相变沥青混合料调温作用明显。在降温过程中，可大大延迟低温出现时间，提高沥青路面抵抗低温开裂的能力。在升温过程中，可滞后升温出现时间，提高沥青路面高温稳定性能。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种自调温金属相变沥青混合料，其特征在于，以质量份数计，包括沥青4～20份，集料100份，金属相变材料0.5～12份，矿粉1～5份；
所述金属相变材料为镍钛二元记忆合金、镍钛铜三元记忆合金、镍钛铁三元记忆合金、镍钛铝三元记忆合金、镍钛锆三元记忆合金、镍钛钼三元记忆合金或镍钛钒三元记忆合金中的一种或者几种；
所述沥青为石油沥青、煤沥青或岩沥青中的一种或者几种。
2.根据权利要求1所述的一种自调温金属相变沥青混合料，其特征在于，以质量份数计，包括沥青5～15份，集料100份，金属相变材料3～10份，矿粉2～3份。
3.根据权利要求1所述的一种自调温金属相变沥青混合料，其特征在于，以质量份数计，包括沥青5份，集料100份，金属相变材料3份，矿粉2份。
4.根据权利要求1所述的一种自调温金属相变沥青混合料，其特征在于，所述金属相变材料选用粒度为0.5mm～12mm的颗粒，或者选用直径为0.5mm～10mm的金属丝。
5.一种基于权利要求1所述的自调温金属相变沥青混合料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)以质量份数计，取4～20份沥青，100份集料，0.5～12份金属相变材料，1～5份矿粉；
2)将沥青加热至120℃～180℃后，充分搅拌均匀；
3)将金属相变材料、集料和矿粉在120℃～180℃下拌合5s～30s，得到拌合混合物；
4)将拌合混合物加入步骤2)充分搅拌均匀的沥青中，继续搅拌5min～25min，室温冷却，制得自调温金属相变沥青混合料。
6.根据权利要求5所述的自调温金属相变沥青混合料的制备方法，其特征在于，步骤2)是将沥青置于高速剪切仪中，在转速为2000rpm～4000rpm的条件下对沥青进行搅拌；步骤4)是将拌合混合物在1min～4min内匀速加入沥青中。
7.根据权利要求5所述的自调温金属相变沥青混合料的制备方法，其特征在于，所述金属相变材料为镍钛二元记忆合金、镍钛铜三元记忆合金、镍钛铁三元记忆合金、镍钛铝三元记忆合金、镍钛锆三元记忆合金、镍钛钼三元记忆合金或镍钛钒三元记忆合金中的一种或者几种；且金属相变材料选用粒度为0.5mm～12mm的颗粒，或者选用直径为0.5mm～10mm的金属丝。
8.根据权利要求5所述的自调温金属相变沥青混合料的制备方法，其特征在于，所述沥青为石油沥青、煤沥青或岩沥青中的一种或者几种。
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