CN107572897A - 一种相变控温沥青混凝土的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种相变控温沥青混凝土的制备方法，属于材料工程加工技术领域。本发明取铬粉置于管式气氛炉中，通入氮气调节温度反应得改性铬粉；将改性铬粉置于球磨罐中，通入氩气，反复数次后球磨得球磨改性铬粉；用压片机将球磨改性铬粉压制成圆形块状材料，置于管式气氛炉中，通入氮气反复数次后调节温度，反应得铬氮化物；取多巴胺，将多巴胺溶解在Tris‑HCl缓冲液中，配制成多巴胺盐酸盐溶液；将铬氮化物和多巴胺盐酸盐溶液倒入搅拌机中，并加入粉末丁腈橡胶，搅拌后置于烘箱中烘干；将烘干产品、矿料、沥青和硅烷偶联剂置于搅拌机中，搅拌得搅拌浆料；将搅拌浆料填充至块状模具中，室温下放置脱模，即得一种相变控温沥青混凝土。

Description

一种相变控温沥青混凝土的制备方法

技术领域

本发明涉及一种相变控温沥青混凝土的制备方法，属于材料工程加工技术领域。

背景技术

随着改革开放的深入，中国经济飞速发展，取得了举世瞩目的成就，其中公路交通运输业发展迅猛，它作为国家的基础性、先导性产业，关系到国民经济和社会发展的全局。拥有庞大完善的公路网，是经济社会发展的基本特征和综合竞争力的重要体现。进入21世纪，我国更加重视公路交通的建设，每年投入资金都在2000亿元以上，大大加快了公路网的建设速度。至2011年底，我国公路总里程达到405万公里，其中高速公路总里程为8.5万公里，居世界第二。

在我国高等级路面中，沥青路面占有率高达90%，因为它具有表面平整、无接缝、行车舒适、噪声低、耐磨，维修养护简便等优点，得到了广泛的应用。然而沥青路面在车辆载荷与自然因素（如雨、雪以及温度变化等）的反复作用下，将产生塑性变形、剪力弯拉应变和弹性疲劳等现象。随着交通量的增长，行车载荷的加大，使用期限的延长，或施工设计不妥，维护不当或不及时，会发生这样或那样的破坏。常见的路面损坏形式有:车辙、泛油、翻柴、拥包、松散、坑槽、裂缝等。

车辙是我国高等级公路沥青路面病害的主要形式。车辙的产生除了会影响行车舒适，还会对交通安全有直接影响，比如车辙将会使车辆变换车道时操作困难，车辙内积水会在高速行车时产生水漂，在气候条件恶劣时制动距离不足等。沥青混合料是一种粘弹性材料，它的强度极易受温度影响。产生车辙的主要原因是，在夏季高温季节，沥青路面在高温和车辆碾压的反复作用下，沥青混合料的抗剪强度降低，最后小于载荷的剪应力，路面形成永久变形和塑性流动变形。它容易发生在上坡路段、交叉路口附近，即车速慢、轮胎接地产生的横向应力大的地方。

同时由于沥青是一种黑色材料，吸热能力强（对太阳光福射的吸收率高达0.80-0.95），容易引起沥青混凝土路面温度升高，有时沥青路面温度可高达60~70℃。城市路面高温很容易引起城市热岛效应，城市热岛效应是一种城市中的气温高于外围郊区的现象。随着城市规模的逐渐扩大，城市的热岛效应日渐明显。有研究表明，周围环境温度与人的生理活动紧密相关，当环境温度高于28°C时，人就会感到不舒适;温度再高则容易导致中暑、烦躁、精神紊乱;气温高于34℃，还有可能引发一系列疾病，特别是使脑血管、心脏和呼吸系统疾病的发病概率提高，死亡率增加明显。此外，高温还会使光的化学反应速率加快，结果会使大气中的臭氧浓度上升，加剧大气污染，从而进一步对人体造成伤害。同时沥青路面的辐射造成城市晚间温度居高不下，城市热岛效应在晚间更加明显。所以降低沥青路面温度，是解决城市热岛效应的一个有效措施。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对路面高温会给道路耐久性、交通安全和生态环境带来严重影响，如加速沥青老化、抗滑性能有所降低、诱发交通事故、加剧城市热岛效应这些问题，提供了一种相变控温沥青混凝土的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

（1）取100~120g铬粉，置于管式气氛炉中后通入氮气，以随后以15℃/S的速度将温度调节至750~800℃，反应得改性铬粉；

（2）将改性铬粉置于球磨罐中，抽真空后反复通入氩气，球磨，得球磨改性铬粉；

（3）用压片机将球磨改性铬粉压制成圆形块状材料，置于管式气氛炉中反复通入氮气后，调节温度，反应得铬氮化物；

（4）取300mg多巴胺，将多巴胺溶解在100mL的Tris-HCl缓冲液中，配制成3mg/mL的多巴胺盐酸盐溶液；

（5）将铬氮化物和多巴胺盐酸盐溶液倒入搅拌机中，并加入5~8g粉末丁腈橡胶，搅拌后置于烘箱中烘干，得烘干产品；

（6）将烘干产品、1000~1200g矿料、150~200g沥青和5~8g硅烷偶联剂置于搅拌机中，搅拌后得搅拌浆料；

（7）将搅拌浆料填充至块状模具中，室温下放置后脱模，即得一种相变控温沥青混凝土。

步骤（1）所述的过筛的目数为200。

步骤（2）所述的真空压强为1×10^-1Pa。

步骤（2）所述的氩气的纯度为99.999%。

步骤（3）所述的压制压强为40~50MPa。

步骤（3）所述的通入的氮气的速度为20~30mL/min。

步骤（5）所述的烘箱的温度为55~60℃。

本发明与其他方法相比，有益技术效果是：

（1）本发明在制备相变控温沥青混凝土的过程中，以铬粉为原料，反复通入氮气高温加热，制得的铬氮化物有优良的负热膨胀性能，对于混凝土的吸热能力有了一定的改善；

（2）本发明在制备相变控温沥青混凝土的过程中，用铬氮化物、多巴胺盐酸盐溶液和粉末丁腈橡胶混合制备填充物，由于多巴胺较好的粘结性能和丁腈橡胶较大的摩擦系数，以此制备的混凝土防滑性能会增加，安全性能得到提高。

具体实施方式

取100~120g颗粒大小为200目的铬粉，置于管式气氛炉中，以40~50mL/min的速度通入氮气3~4min，随后以15℃/S的速度将温度调节至750~800℃，反应20~24h，得改性铬粉；将改性铬粉置于球磨罐中，将球磨罐抽真空至1×10^-1Pa，以20~30mL/min的速度通入纯度为99.999%的氩气2~3min，反复3~4次后以300~350r/min的转速球磨改性铬粉5~6min，得球磨改性铬粉；用压片机将球磨改性铬粉在40~50MPa的压力下压制成直径10mm的圆形块状材料，置于管式气氛炉中，以20~30mL/min的速度通入氮气2~3min，反复3~4次，随后以15℃/S的速度将温度调节至850~900℃，反应18~20h，得铬氮化物；取300mg多巴胺，将多巴胺溶解在100mL的Tris-HCl缓冲液中，配制成3mg/mL的多巴胺盐酸盐溶液；将铬氮化物和多巴胺盐酸盐溶液倒入搅拌机中，并加入5~8g粉末丁腈橡胶，以120~150r/min的转速搅拌4~5h，随后置于55~60℃的烘箱中1~2h，得烘干产品；将烘干产品、1000~1200g矿料、150~200g沥青和5~8g硅烷偶联剂置于搅拌机中，以150~180r/min的转速搅拌3~4h，得搅拌浆料；将搅拌浆料在40~50MPa的压力下填充至块状模具中，室温下放置6~7天，脱模，即得一种相变控温沥青混凝土。所述的硅烷偶联剂的型号为KH-550。所述的粉末丁腈橡胶的型号为广胜GM50。所述的矿料是由600~700g硅酸盐水泥、300~400g去离子水和100~200g玄武岩搅拌而成。

实例1

取100g颗粒大小为200目的铬粉，置于管式气氛炉中，以40mL/min的速度通入氮气3min，随后以15℃/S的速度将温度调节至750℃，反应20h，得改性铬粉；将改性铬粉置于球磨罐中，将球磨罐抽真空至1×10^-1Pa，以20mL/min的速度通入纯度为99.999%的氩气2min，反复3次后以300r/min的转速球磨改性铬粉5min，得球磨改性铬粉；用压片机将球磨改性铬粉在40MPa的压力下压制成直径10mm的圆形块状材料，置于管式气氛炉中，以20mL/min的速度通入氮气2min，反复3次，随后以15℃/S的速度将温度调节至850℃，反应18h，得铬氮化物；取300mg多巴胺，将多巴胺溶解在100mL的Tris-HCl缓冲液中，配制成3mg/mL的多巴胺盐酸盐溶液；将铬氮化物和多巴胺盐酸盐溶液倒入搅拌机中，并加入5g型号为广胜GM50的粉末丁腈橡胶，以120r/min的转速搅拌4h，随后置于55℃的烘箱中1h，得烘干产品；将烘干产品、1000g矿料、150g沥青和5g型号为KH-550的硅烷偶联剂置于搅拌机中，以150r/min的转速搅拌3h，得搅拌浆料；将搅拌浆料在40MPa的压力下填充至块状模具中，室温下放置6天，脱模，即得一种相变控温沥青混凝土。所述的矿料是由600g硅酸盐水泥、300g去离子水和100g玄武岩搅拌而成

实例2

取110g颗粒大小为200目的铬粉，置于管式气氛炉中，以45mL/min的速度通入氮气3min，随后以15℃/S的速度将温度调节至780℃，反应22h，得改性铬粉；将改性铬粉置于球磨罐中，将球磨罐抽真空至1×10^-1Pa，以25mL/min的速度通入纯度为99.999%的氩气2min，反复3次后以320r/min的转速球磨改性铬粉5min，得球磨改性铬粉；用压片机将球磨改性铬粉在45MPa的压力下压制成直径10mm的圆形块状材料，置于管式气氛炉中，以25mL/min的速度通入氮气2min，反复3次，随后以15℃/S的速度将温度调节至880℃，反应19h，得铬氮化物；取300mg多巴胺，将多巴胺溶解在100mL的Tris-HCl缓冲液中，配制成3mg/mL的多巴胺盐酸盐溶液；将铬氮化物和多巴胺盐酸盐溶液倒入搅拌机中，并加入6g型号为广胜GM50的粉末丁腈橡胶，以130r/min的转速搅拌4h，随后置于58℃的烘箱中1h，得烘干产品；将烘干产品、1100g矿料、180g沥青和6g型号为KH-550的硅烷偶联剂置于搅拌机中，以160r/min的转速搅拌3h，得搅拌浆料；将搅拌浆料在45MPa的压力下填充至块状模具中，室温下放置6天，脱模，即得一种相变控温沥青混凝土。所述的矿料是由600g硅酸盐水泥、400g去离子水和200g玄武岩搅拌而成

实例3

取120g颗粒大小为200目的铬粉，置于管式气氛炉中，以50mL/min的速度通入氮气4min，随后以15℃/S的速度将温度调节至800℃，反应24h，得改性铬粉；将改性铬粉置于球磨罐中，将球磨罐抽真空至1×10^-1Pa，以30mL/min的速度通入纯度为99.999%的氩气3min，反复4次后以350r/min的转速球磨改性铬粉6min，得球磨改性铬粉；用压片机将球磨改性铬粉在50MPa的压力下压制成直径10mm的圆形块状材料，置于管式气氛炉中，以30mL/min的速度通入氮气3min，反复4次，随后以15℃/S的速度将温度调节至900℃，反应20h，得铬氮化物；取300mg多巴胺，将多巴胺溶解在100mL的Tris-HCl缓冲液中，配制成3mg/mL的多巴胺盐酸盐溶液；将铬氮化物和多巴胺盐酸盐溶液倒入搅拌机中，并加入8g型号为广胜GM50的粉末丁腈橡胶，以150r/min的转速搅拌5h，随后置于60℃的烘箱中2h，得烘干产品；将烘干产品、1200g矿料、200g沥青和8g型号为KH-550的硅烷偶联剂置于搅拌机中，以180r/min的转速搅拌4h，得搅拌浆料；将搅拌浆料在50MPa的压力下填充至块状模具中，室温下放置7天，脱模，即得一种相变控温沥青混凝土。所述的矿料是由700g硅酸盐水泥、300g去离子水和100g玄武岩搅拌而成

路用性能是沥青混合料的一个重要指标，沥青混合料只有具有良好的路用性能，才能具有更好的应用前景。对于相变控温沥青混凝土，它不仅能满足控温要求，更要满足其基本路用性能，保证其使用的耐久性。所以检验相变控温沥青混凝土的路用性能就是一项必不可少的研究工作。

检验结果证明：

（1）水泥沥青复合式混凝土的动稳定度要比普通沥青混凝土大，添加相变材料后动稳定度稍有降低，但仍然达到21000次/mm，结果表明这种结构在60℃高温下抵抗车辙能力很强。

（2）低温弯曲实验表明相变复式混凝土试样的抗弯拉强度和最大弯拉应变介于另外两者之间，表明相变复式混凝土不仅具有水泥混凝土的强度同时兼备沥青混凝土的柔性。

（3）水稳定性实验表明该复式相变控温沥青水泥混凝土水稳定性能良好，并且考虑到水泥胶浆的持续硬化，其后期稳定性也能得到保证。

（4）热学性能测试结果显示相变复式混凝土导热系介于普通沥青混凝土和水泥混凝土之间，体积热容约为普通沥青混凝土的1/2。该结果表明相变复式混凝土，导热散热快，同时因其体积热容小因而储存的热量也小，使路面温度不至过高。

Claims (7)

1.一种相变控温沥青混凝土的制备方法，其特征在与具体制备步骤为：

取100~120g铬粉，置于管式气氛炉中后通入氮气，以随后以15℃/S的速度将温度调节至750~800℃，反应得改性铬粉；

将改性铬粉置于球磨罐中，抽真空后反复通入氩气，球磨，得球磨改性铬粉；

用压片机将球磨改性铬粉压制成圆形块状材料，置于管式气氛炉中反复通入氮气后，调节温度，反应得铬氮化物；

取300mg多巴胺，将多巴胺溶解在100mL的Tris-HCl缓冲液中，配制成3mg/mL的多巴胺盐酸盐溶液；

将铬氮化物和多巴胺盐酸盐溶液倒入搅拌机中，并加入5~8g粉末丁腈橡胶，搅拌后置于烘箱中烘干，得烘干产品；

将烘干产品、1000~1200g矿料、150~200g沥青和5~8g硅烷偶联剂置于搅拌机中，搅拌后得搅拌浆料；

将搅拌浆料填充至块状模具中，室温下放置后脱模，即得一种相变控温沥青混凝土。

2.根据权利要求1所述的一种相变控温沥青混凝土的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的过筛的目数为200。

3.根据权利要求1所述的一种相变控温沥青混凝土的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的真空压强为1×10^-1Pa。

4.根据权利要求1所述的一种相变控温沥青混凝土的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的氩气的纯度为99.999%。

5.根据权利要求1所述的一种相变控温沥青混凝土的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述的压制压强为40~50MPa。

6.根据权利要求1所述的一种相变控温沥青混凝土的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述的通入的氮气的速度为20~30mL/min。

7.根据权利要求1所述的一种相变控温沥青混凝土的制备方法，其特征在于：步骤（5）所述的烘箱的温度为55~60℃。