CN110499688A - 一种可缓解城市热岛效应的沥青路面结构及其制备方法 - Google Patents

一种可缓解城市热岛效应的沥青路面结构及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可缓解城市热岛效应的沥青路面结构及制备方法，从上至下，包括有高发射率的储热上面层，高导热中面层和高导热下面层，层与层之间撒布粘层油，进行铺筑碾压结合。本发明的储热发射上面层一方面可以将部分热量转换为辐射能辐射出去，另一方面可以将部分热量转换为潜热储存，降低温度峰值，还有一部分热量则通过高导热的中下层加速传导至基层，因而可以明显降低路面的温度达到缓解城市热岛效应的效果，本发明的路面结构层数与常规路面结构是一样的，只是通过添加特殊组份使各层的效果不同，达到了缓解城市热岛效应的效果，其制备工艺简单，易于实现。

Description

一种可缓解城市热岛效应的沥青路面结构及其制备方法
技术领域
本发明属于道路工程领域，具体涉及一种可缓解城市热岛效应的沥青路面结构及制备方法。
背景技术
城市热岛效应是指同一时间城区气温普遍高于周围的郊区气温，高温的城区处于低温的郊区包围之中。造成城市热岛效应的原因主要有两个，一个是大量的人工发热，另一个是城市密集的建筑群和沥青路面比郊区的土壤、植被具有更大的吸热率和更小的比热容，使得城市地区升温较快，而散热较慢，显著影响了大气温度。道路路面在城市建筑面积中占比可达30％以上，所以如果能够降低城市道路路表的温度，就能够减小路面辐射到大气中的热量，有助于缓解城市热岛效应。
为缓解城市热岛效应，许多研究者对路面的结构和路面的材料进行了改进，例如专利号为200910185347.7“基于单向导热的缓解城市热岛效应的沥青路面结构”中，采用了不同热导率微纳米粉体添加到不同层的路面材料中，形成梯度热导率结构的路面层，从而达到缓解缓解城市热岛效应的目的，上述结构虽然可以加大热量向地下面的传输，但是路面还是吸收了大量热量，对路面的温度降低有限。又如专利号201810964372.4“一种降低城市热岛效应的保排水路面结构及其施工方法”中，路面结构设置有下封隔水层、大孔隙保水混凝土层等层面，既保证雨季路面无积水，又能够将雨水储存在结构层中，从而使得高温条件下，路面结构中的储水蒸发使得路面温度明显降低，但是上述结构复杂，施工工艺程序多，实施成本高。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单，且能明显降低路面温度的可缓解城市热岛效应的沥青路面结构及其制备方法。
本发明这种可缓解城市热岛效应的沥青路面结构，从上至下，包括有高发射率的储热上面层，高导热中面层和高导热下面层，层与层之间撒布粘层油，进行铺筑碾压结合。
所述高发射率的储热上面层厚度为3～5cm，高导热中面层厚度为4～8cm，高导热下面层厚度为6～10cm。
这种可缓解城市热岛效应的沥青路面的制备方法，包括以下步骤：
1)高导热下面层：将高导热粉体等体积替代普通沥青混合料中的矿粉，得到高导热沥青混合料，将其铺筑压实，得到高导热下面层；
2)高导热中面层：将高导热粉体等体积替代普通沥青混合料中的矿粉，得到高导热沥青混合料，接着在步骤1)中的高导热下面层上撒布一层粘层油，然后再将高导热沥青混合料铺摊在粘层油上，并将其铺筑压实后，得到高导热中面层；
3)高发射率储热上面层：将复合相变材料和CM型红外粉体分别等体积替代普通沥青混合料中相应粒径的集料和矿粉制备，得到高发射率的储热沥青混合料，接着在步骤2)中的高导热中面层上撒布一层粘层油，然后再将高发射率的储热沥青混合料铺摊在粘层油上，并将其铺筑压实后，得到可缓解城市热岛效应的沥青路面。
所述步骤1)中，高导热粉体为氧化铝、碳化硅中的一种，普通沥青混合料为AC-25或Superpave-25密级配混合料。
所述步骤2)中，高导热粉体为氧化铝、碳化硅中的一种，普通沥青混合料为AC-20或Superpave-20密级配混合料。
所述步骤3)中，复合相变材料为吸收了相变剂的多孔材料，CM型红外粉体的粒径为200目，普通沥青混合料为AC-13、Superpave-13、SMA-13、AC-16、Superpave-16和SMA-16密级配混合料中的一种。
所述的多孔材料为陶粒、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石中的一种，相变剂为棕榈酸、月桂酸、肉豆蔻酸、聚乙二醇2000、聚乙二醇4000中的一种或多种。
所述复合相变材料的制备方法包括以下步骤：将多孔材料完全浸没在相变剂中，搅拌吸附4～8h，过滤后即得复合相变材料。
复合相变材料的质量应为多孔材料的1.5～3倍。
本发明的原理：上面层中的热量一部分被CM红外粉转换为在大气窗口波段的辐射能，辐射出近地层，一部分被相变材料吸收转换为潜热储存，还有一部分热量通过高导热的中下面层向下传递，大大减少了面层内的积热，从而降低上面层的温度。
本发明的有益效果：1)本发明的储热发射上面层一方面通过红外粉将部分热量转换为辐射能辐射出去，一方面通过相变材料吸收部分热量转换为潜热储存，还有一部分热量通过高导热的中下层传输至基层，因而可以明显降低路表的温度达到缓解城市热岛效应的效果。2)本发明的路面结构层数与常规路面结构是一样的，只是通过添加特殊组份使各层的效果不同，达到了缓解城市热岛效应的效果，其制备工艺简单，易于实现。3)本发明通过将复合相变材料和CM红外粉体代替了沥青混合料中的集料和矿粉，其性质与集料和矿粉类似，不会改变沥青混合料的性能，保证路面的质量，同时又使路面上层具有了储热发射功能；而且为进一步加速热量的传递，本发明还设置了高导热的下面层加速储热发射上面层的热量传递。4)本发明上面层的红外粉体能够将部分热量转换为辐射能辐射出去，复合相变材料可以吸收热量后进行储存，降低温度峰值，高导热中下面层可以加速热量传输至基层。
附图说明
图1本发明路面的结构示意图；
其中：1-储热发射上面层，2-高导热中面层，3-高导热下面层。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面将结合实施例进一步阐述本发明的内容，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例中路面结构由储热发射上面层1、高导热中面层2和高导热下面层3。
其中储热发射上面层1的厚度为4cm、高导热中面层2的为6cm和高导热下面层3厚度为8cm。
本实施例路面的制备方法：
1)各层沥青混合料的准备：
储热发射上面层1采用AC-13混合料，70#基质沥青，5.0％油石比，矿料级配如表1，其中使用200目的路用CM型红外粉体等体积替代矿粉，使用粒径2.36-4.75mm的复合相变材料等体积替代相应的集料。
表1 AC-13级配
高导热中面层2采用AC-20混合料，70#基质沥青，4.3％油石比，矿料级配如表2，其中使用200目的氧化铝粉体等体积替代矿粉。
表2 AC-20级配
高导热下面层3采用AC-25混合料，70#基质沥青，4.2％油石比，矿料级配如表3，其中使用200目的氧化铝粉体等体积替代矿粉。
表3 AC-25级配
2)路面的制备:
依次将步骤1)准备的高导热下面层3、高导热中面层2和储热发射上面层1的沥青混合料按照上述厚度依次进行铺筑压实，铺筑压实时，层与层之间撒布一层粘层油，即得上述路面结构。
储热发射上面层1中复合相变材料陶粒作为支撑体物理吸附聚乙二醇2000制得，其是将陶粒浸没于聚乙二醇2000溶液中，搅拌吸附6h后，即得复合相变材料。复合相变材料是陶粒重量的1.86倍。
按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E-20-2011)制备上述储热发射上面层(4cm)+高导热中面层(6cm)+高导热下面层(8cm)结构的车辙板试件，并与普通的车辙板试件同时进行室内照射试验，采用本发明所述结构的试件的表面温度比普通试件表面温度降低5.7℃。
实施例2
本实施例中路面结构由储热发射上面层1、高导热中面层2和高导热下面层3。
其中储热发射上面层1的厚度为4cm、高导热中面层2的为6cm和高导热下面层3厚度为8cm。
本实施例路面的制备方法：
1)各层沥青混合料的准备：
储热发射上面层1采用Superpave-13混合料，70#基质沥青，5.2％油石比，矿料级配如表4，其中使用200目的路用CM型红外粉体等体积替代矿粉使用粒径2.36-4.75mm的复合相变材料等体积替代相应的集料。
表4 Superpave-13级配
高导热中面层2采用Superpave-20混合料，70#基质沥青，4.4％油石比，矿料级配如表2，其中使用200目的碳化硅粉体等体积替代矿粉。
表5 Superpave-20级配
高导热下面层3采用Superpave-25混合料，70#基质沥青，4.2％油石比，矿料级配如表5，其中使用200目的碳化硅粉体等体积替代矿粉。
表6 Superpave-25级配
2)路面的制备:
依次将步骤1)准备的高导热下面层3、高导热中面层2和储热发射上面层1的沥青混合料按照上述厚度依次进行铺筑压实，铺筑压实时，层与层之间撒布一层粘层油，即得上述路面结构。
储热发射上面层1中所述复合相变材料为使用膨胀蛭石作为支撑体物理吸附月桂酸制得，其是将膨胀蛭石浸没于月桂酸溶液中，搅拌吸附5h后，即得复合相变材料。复合相变材料是膨胀蛭石重量的2.01倍。
按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E-20-2011)制备上述储热发射上面层(4cm)+高导热中面层(6cm)+高导热下面层(8cm)结构的车辙板试件，并与普通的车辙板试件同时进行室内照射试验，采用本发明所述结构的试件的表面温度比普通试件表面温度降低6.4℃。
由以上实施例可知，本发明所述的可缓解城市热岛效应的沥青路面结构具有良好的降温效果。并且所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (9)

1.一种可缓解城市热岛效应的沥青路面结构，其特征在于，从上至下，包括有高发射率的储热上面层，高导热中面层和高导热下面层，层与层之间撒布粘层油，进行铺筑碾压结合。
2.根据权利要求1所述的可缓解城市热岛效应的沥青路面结构，其特征在于，所述高发射率的储热上面层厚度为3～5cm，高导热中面层厚度为4～8cm，高导热下面层厚度为6～10cm。
3.一种根据权利要求1或2所述的可缓解城市热岛效应的沥青路面的制备方法，包括以下步骤：
1)高导热下面层：将高导热粉体等体积替代普通沥青混合料中的矿粉，得到高导热沥青混合料，将其铺筑压实，得到高导热下面层；
2)高导热中面层：将高导热粉体等体积替代普通沥青混合料中的矿粉，得到高导热沥青混合料，接着在步骤1)中的高导热下面层上撒布一层粘层油，然后再将高导热沥青混合料铺摊在粘层油上，并将其铺筑压实后，得到高导热中面层；
3)高发射率储热上面层：将复合相变材料和CM型红外粉体分别等体积替代普通沥青混合料中相应粒径的集料和矿粉制备，得到高发射率的储热沥青混合料，接着在步骤2)中的高导热中面层上撒布一层粘层油，然后再将高发射率的储热沥青混合料铺摊在粘层油上，并将其铺筑压实后，得到可缓解城市热岛效应的沥青路面。
4.根据权利要求3所述的可缓解城市热岛效应的沥青路面的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，高导热粉体为氧化铝、碳化硅中的一种，普通沥青混合料为AC-25或Superpave-25密级配混合料。
5.根据权利要求3所述的可缓解城市热岛效应的沥青路面的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，高导热粉体为氧化铝、碳化硅中的一种，普通沥青混合料为AC-20或Superpave-20密级配混合料。
6.根据权利要求3所述的可缓解城市热岛效应的沥青路面的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中，复合相变材料为吸收了相变剂的多孔材料，CM型红外粉体的粒径为200目，普通沥青混合料为AC-13、Superpave-13、SMA-13、AC-16、Superpave-16和SMA-16密级配混合料中的一种。
7.根据权利要求3所述的可缓解城市热岛效应的沥青路面的制备方法，其特征在于，所述的多孔材料为陶粒、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石中的一种，相变剂为棕榈酸、月桂酸、肉豆蔻酸、聚乙二醇2000、聚乙二醇4000中的一种或多种。
8.根据权利要求7所述的可缓解城市热岛效应的沥青路面的制备方法，其特征在于，所述复合相变材料的制备方法包括以下步骤：将多孔材料完全浸没在相变剂中，搅拌吸附4～8h，过滤后即得复合相变材料。
9.根据权利要求8所述的可缓解城市热岛效应的沥青路面的制备方法，其特征在于，复合相变材料的质量应为多孔材料的1.5～3倍。
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