CN105838096A - 一种基于相变储能放热材料的防冰融冰沥青及其制备方法 - Google Patents

一种基于相变储能放热材料的防冰融冰沥青及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于相变储能放热材料的防冰融冰沥青，由复合相变材料与基质沥青混合制成，其中基质沥青重量占75％～90％、复合相变材料重量占10％～25％；所述的基质沥青是石油沥青、氧化沥青、煤沥青、湖沥青或岩沥青；所述复合相变材料是由十水硫酸钠、十二水磷酸氢二钠、六水氯化钙或石蜡，或其任意重量比的混合物与吸附材料胶粉按重量比75～80:20～25的比例混合制成的胶粉‑相变材料复合物质。本发明制得的防冰融冰沥青利用胶粉负载相变材料，制备成相变材料‑胶粉复合材料，达到能量储存与释放的目的，使其自身具有防冰融冰能力。该沥青制备方法简单，对道路周围环境无负影响，实现了绿色公路交通的目的。

Description

一种基于相变储能放热材料的防冰融冰沥青及其制备方法
技术领域
本发明属于有机胶凝材料技术领域，具体涉及一种基于相变储能放热材料的防冰融冰沥青及其制备方法。
背景技术
公路路面结冰对交通安全带来严重影响，不仅造成交通通行能力下降，而且还存在交通安全隐患。严寒地区结冰会造成公路全线封闭或机场关闭，给国民经济和人民生活造成较大的影响。目前国内外解决路面结冰常采用的方式有撒工业盐或其他融冰盐，以及不同形式的路面材料加热。
沥青是国家公路建设必不可少的原材料，当今世界开创交通“第五代公路”核心之一是利用太阳能，使公路成为自己能量供应者，将引领公路进入新时代。因此，对沥青深化利用及其在能源转换公路防冰融冰技术中的研究成为热点。
专利CN102604297A公开了利用缓释技术改性沥青，在车辆载荷的非周期性作用下，根据路面孔隙渗透压力和毛细管抽提现象，防冰材料被缓慢抽提并从路表层释放出来，与冰雪反应，达到融冰目的。
专利CN103289425B公开了利用相变储热微胶囊技术，将相变储热材料分散在快速固化的双组份环氧沥青中，高速混合后，喷洒在现有沥青铺装表面作为温度调节层，改善了沥青路面的高低温稳定性和疲劳性能，有效延长路面使用寿命。
但是，可持续发展的公路交通运输方式对沥青材料提出了新的更高要求。主动式的防冰融冰沥青是利用相变调温材料高温储能低温放热实现沥青路面除冰，可望实现在能提高路面使用寿命，减少结冰路面安全事故及交通瘫痪发生的同时，避免传统融雪材料对运输工具、桥梁等损坏并克服对土地、植物、水质、环境污染。然而，经检索，具有绿色环保性的基于相变储能放热材料的防冰融冰沥青及其制备方法的专利或文献还未见报道。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明要解决的问题是提供一种基于相变储能放热材料(高温蓄热低温放热)的防冰融冰沥青及其制备方法。
本发明所述的基于相变储能放热材料的防冰融冰沥青，由复合相变材料与基质沥青混合制成，其特征在于：所述防冰融冰沥青组分含量以重量百分比计为：基质沥青75％～90％、复合相变材料10％～25％；其中，所述的基质沥青是石油沥青、氧化沥青、煤沥青、湖沥青或岩沥青；所述复合相变材料是由固-固相变温度在-5℃～5℃之间的相变材料与吸附材料胶粉按重量比75～80:20～25的比例混合制成的胶粉-相变材料复合物质，其中所述的相变材料为十水硫酸钠、十二水磷酸氢二钠、六水氯化钙或石蜡，或其任意重量比的混合物。
上述基于相变储能放热材料的防冰融冰沥青，进一步优选的实施方式是：所述防冰融冰沥青组分含量以重量百分比计为：基质沥青80％、复合相变材料20％；其中，所述的基质沥青是石油沥青或氧化沥青；所述复合相变材料是由固-固相变温度在3℃～5℃之间(高于水的冰点0℃)的相变材料与吸附材料胶粉按重量比80:20的比例混合制成的胶粉-相变材料复合物质，其中所述的相变材料为十水硫酸钠、十二水磷酸氢二钠、六水氯化钙、石蜡之一，或其按重量比30:30:20:20比例的混合物。
其中，所述相变材料优选为十水硫酸钠、十二水磷酸氢二钠、六水氯化钙或石蜡。进一步优选十水硫酸钠或石蜡。
本发明所述基于相变储能放热材料的防冰融冰沥青的制备方法，步骤是：
(1)将相变材料十水硫酸钠、十二水磷酸氢二钠、六水氯化钙、石蜡之一置于容器中，或将所述四种相变材料按重量比30:30:20:20比例的混合物置于容器中，以50～100r/min的转速机械搅拌10±2min；
(2)将胶粉按与相变材料重量比20～25:75～80的比例缓慢加入步骤(1)所述容器中，边加边以800～1500r/min的转速搅拌，待完全加入后，以3000～5000r/min的转速搅拌30±5min，所得到的混合物即为胶粉-相变材料复合物质；
(3)将步骤(3)制得的复合物质缓慢加入基质沥青中，以3000～5000r/min的转速机械搅拌使两者融合均匀，其中组分含量以重量百分比计为：基质沥青75％～90％、复合物质10％～25％，同时加热混合物直至温度达到150℃～170℃；
(4)维持步骤(3)所述混合物150℃～170℃温度不变，在剪切速度5000～8000r/min下搅拌30～60min，即获得基于相变储能放热材料的防冰融冰沥青。
其中：步骤(2)制得的胶粉-相变材料复合物质液固相变优选3～5℃，能够在水结冰时释放相变热，起到防冰融冰效果；步骤(3)所述基质沥青规格及用量没有特别要求，本领域技术人员可根据实际情况需要自行选择；步骤(3)所述加热混合物的温度优选是160℃。
本发明公开了一种基于相变储能放热材料的防冰融冰沥青，其防冰融冰的原理是：以胶粉作为吸附材料，以十水硫酸钠、十二水磷酸氢二钠、六水氯化钙、石蜡其中的一种或者几种混合物作为相变材料，通过复合获得复合相变材料，作为能源转换与储存材料，在高于相变点温度时，材料从环境吸收热量以相变潜热形式储存，当低于相变点温度时，相变材料释放相变潜热，起到防冰融冰效果。
与现有技术相比，本发明的技术优势在于：采用高于水的冰点的相变材料对沥青改性，起到主动防冰融冰效果，相比于人工除冰和机械除冰，避免机械、化学腐蚀对沥青路面的损伤，真正实现了节约能源绿色环保，所述的防冰融冰沥青可广泛用于公路、市政道路及隧道工程领域。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明所保护范围不限于此。此外应理解，在阅读了本发明讲述的内容后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动和修改，而等价形式的修改同样落于本申请权利要求所限定的范围。
实施例1 基于相变储能放热材料的防冰融冰沥青的制备
(1)将相变材料十水硫酸钠、十二水磷酸氢二钠、六水氯化钙、石蜡四种相变材料按重量比30:30:20:20比例的混合物置于容器中，以70r/min的转速机械搅拌10min；
(2)将胶粉按与相变材料重量比20:80的比例缓慢加入步骤(1)所述容器中，边加边以1200r/min的转速搅拌，待完全加入后，以4000r/min的转速搅拌30min，所得到的混合物即为胶粉-相变材料复合物质(固-固相变温度在3℃～5℃之间(高于水的冰点0℃))；
(3)将步骤(3)制得的复合物质缓慢加入基质沥青中，以4000r/min的转速机械搅拌使两者融合均匀，其中组分含量以重量百分比计为：基质沥青85％、复合物质15％，同时加热混合物直至温度达到160℃；
(4)维持步骤(3)所述混合物160℃温度不变，在剪切速度7000r/min下搅拌50min，即获得基于相变储能放热材料的防冰融冰沥青。
实施例2 基于相变储能放热材料的防冰融冰沥青的制备
(1)将相变材料十水硫酸钠置于容器中；
(2)将胶粉按与相变材料重量比25:75的比例缓慢加入步骤(1)所述容器中，边加边以800r/min的转速搅拌，待完全加入后，以3000r/min的转速搅拌35min，所得到的混合物即为胶粉-相变材料复合物质；
(3)将步骤(3)制得的复合物质缓慢加入基质沥青中，以3000r/min的转速机械搅拌使两者融合均匀，其中组分含量以重量百分比计为：基质沥青75％、复合物质25％，同时加热混合物直至温度达到150℃；
(4)维持步骤(3)所述混合物150℃温度不变，在剪切速度5000r/min下搅拌60min，即获得基于相变储能放热材料的防冰融冰沥青。
实施例3 基于相变储能放热材料的防冰融冰沥青的制备
(1)将相变材料十二水磷酸氢二钠置于容器中；
(2)将胶粉按与相变材料重量比22:78的比例缓慢加入步骤(1)所述容器中，边加边以1500r/min的转速搅拌，待完全加入后，以5000r/min的转速搅拌30min，所得到的混合物即为胶粉-相变材料复合物质；
(3)将步骤(3)制得的复合物质缓慢加入基质沥青中，以5000r/min的转速机械搅拌使两者融合均匀，其中组分含量以重量百分比计为：基质沥青90％、复合物质10％，同时加热混合物直至温度达到170℃；
(4)维持步骤(3)所述混合物170℃温度不变，在剪切速度8000r/min下搅拌30min，即获得基于相变储能放热材料的防冰融冰沥青。
实施例4 基于相变储能放热材料的防冰融冰沥青的制备
(1)将相变材料六水氯化钙或石蜡置于容器中；
(2)将胶粉按与相变材料重量比21:79的比例缓慢加入步骤(1)所述容器中，边加边以1500r/min的转速搅拌，待完全加入后，以5000r/min的转速搅拌30min，所得到的混合物即为胶粉-相变材料复合物质；
(3)将步骤(3)制得的复合物质缓慢加入基质沥青中，以5000r/min的转速机械搅拌使两者融合均匀，其中组分含量以重量百分比计为：基质沥青80％、复合物质20％，同时加热混合物直至温度达到170℃；
(4)维持步骤(3)所述混合物170℃温度不变，在剪切速度8000r/min下搅拌30min，即获得基于相变储能放热材料的防冰融冰沥青。
实施例5
以实施例1制得的基于相变储能放热材料的防冰融冰沥青与普通基质沥青进行防冰融冰对比试验，在-10℃条件下进行，在待测沥青试件表面上放置冰块，观测不同时间段的融冰效果，结果显示见表1。
表1：待测沥青试件不同时间段的融冰效果

Claims (6)

1.一种基于相变储能放热材料的防冰融冰沥青，由复合相变材料与基质沥青混合制成，其特征在于：所述防冰融冰沥青组分含量以重量百分比计为：基质沥青75％～90％、复合相变材料10％～25％；其中，所述的基质沥青是石油沥青、氧化沥青、煤沥青、湖沥青或岩沥青；所述复合相变材料是由固-固相变温度在-5℃～5℃之间的相变材料与吸附材料胶粉按重量比75～80:20～25的比例混合制成的胶粉-相变材料复合物质，其中所述的相变材料为十水硫酸钠、十二水磷酸氢二钠、六水氯化钙或石蜡，或其任意重量比的混合物。
2.根据权利要求1所述的基于相变储能放热材料的防冰融冰沥青，其特征在于：所述防冰融冰沥青组分含量以重量百分比计为：基质沥青80％、复合相变材料20％；其中，所述的基质沥青是石油沥青或氧化沥青；所述复合相变材料是由固-固相变温度在3℃～5℃之间的相变材料与吸附材料胶粉按重量比80:20的比例混合制成的胶粉-相变材料复合物质，其中所述的相变材料为十水硫酸钠、十二水磷酸氢二钠、六水氯化钙、石蜡之一，或其按重量比30:30:20:20比例的混合物。
3.根据权利要求2所述的基于相变储能放热材料的防冰融冰沥青，其特征在于：所述相变材料为十水硫酸钠、十二水磷酸氢二钠、六水氯化钙或石蜡。
4.根据权利要求3所述的基于相变储能放热材料的防冰融冰沥青，其特征在于：所述相变材料为十水硫酸钠或石蜡。
5.一种基于相变储能放热材料的防冰融冰沥青的制备方法，步骤是：
(1)将相变材料十水硫酸钠、十二水磷酸氢二钠、六水氯化钙、石蜡之一置于容器中，或将所述四种相变材料按重量比30:30:20:20比例的混合物置于容器中，以50～100r/min的转速机械搅拌10±2min；
(2)将胶粉按与相变材料重量比20～25:75～80的比例缓慢加入步骤(1)所述容器中，边加边以800～1500r/min的转速搅拌，待完全加入后，以3000～5000r/min的转速搅拌30±5min，所得到的混合物即为胶粉-相变材料复合物质；
(3)将步骤(3)制得的复合物质缓慢加入基质沥青中，以3000～5000r/min的转速机械搅拌使两者融合均匀，其中组分含量以重量百分比计为：基质沥青75％～90％、复合物质10％～25％，同时加热混合物直至温度达到150℃～170℃；
(4)维持步骤(3)所述混合物150℃～170℃温度不变，在剪切速度5000～8000r/min下搅拌30～60min，即获得基于相变储能放热材料的防冰融冰沥青。
6.根据权利要求5所述基于相变储能放热材料的防冰融冰沥青的制备方法，其特征在于：步骤(3)所述加热混合物的温度是160℃。
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