CN111116143A - 一种自吸热防结冰路面及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自吸热防结冰路面及其制备方法，属于道路交通技术领域。所述制备方法为将水合盐相变材料进行预处理，经过封装作为储热骨料，然后与集料、胶凝材料、外加剂混合，制备成路面材料，然后经过养护得到自吸热防结冰路面。本发明利用水合盐相变材料的相变储热能力，与混凝土或沥青路面混合，在温度高的白天吸收热量，于温度低的晚上释放热量，保持路面温度，防止路面结冰，适用于白天日照强、昼夜温差大的地区的路面防冻。

Description

一种自吸热防结冰路面及其制备方法
技术领域
本发明涉及道路交通技术领域，特别是涉及一种自吸热防结冰路面及其制备方法。
背景技术
路面结冰问题影响着我国的行车安全，如何有效的去除路面冰层，一直是研究热点。目前的主要方法有人工清除法、机械清除法、撒布融雪剂、在道路上铺设发热电缆、弹性路面材料除冰、在路面铺设疏水涂层材料、在路面摊铺碳钎维发热丝、在路面沥青中外掺防冻材料、路面沥青采用抗凝冰沥青复合材料、多孔陶粒富盐混凝土路面材料、还有粗糙路面除冰等方式。
但是上述方法中，撒布融雪剂的方法存在融雪剂会污染环境、腐蚀路面、降低路面使用寿命的问题；机械清除的方法存在花费时间较长并很难将路面的冰层彻底清除的问题，在路面铺设疏水涂层材料和在沥青中外掺防冻材料的方法仅适用于温度不是特别低的情况，弹性路面材料除冰的主要原理是利用弹性材料的挤压变形破除冰面，这种方法存在不能融化冰雪，在天气较严寒的地区效果不佳的问题，粗糙路面除冰加大了路面与轮胎之间的摩擦力，会对汽车的轮胎造成一定程度的损坏。在路面摊铺碳纤维发热丝、在道路上铺设发热电缆的方法由于施工难度大，能耗高等问题，未被实际使用。目前尚未有一种能够大规模应用、工艺简单、造价低、耐用性好的方法。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提出一种可以被广泛应用、价格低、耐用性好、与现有路面施工方法契合的防冻路面。不需要额外提供能源，在施工完成后利用自然能量时间分布不均匀的特点，采用水合盐相变储能材料，在环境温度高时吸收热量，在环境温度低时放出热量，保持路面温度，使路面不易结冰。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种自吸热防结冰路面的制备方法，包括以下步骤：将水合盐相变材料进行预处理，封装在外壳内部作为储热骨料，然后与集料、胶凝材料、外加剂混合，制备成路面材料，然后经过养护得到自吸热防结冰路面。
优选的，所述外加剂包括早强剂、速凝剂、引气剂、减水剂和调凝剂。
优选的，所述外壳包括无机外壳、金属外壳、有机物外壳。
优选的，所述无机外壳包括黏土、页岩、粉煤灰、煤矸石、污泥中空或多孔陶粒。
优选的，所述金属外壳包括不锈钢或铝。
优选的，所述有机物外壳包括聚乙烯塑料外壳、聚苯乙烯外壳或环氧树脂外壳。
优选的，所述水合盐相变材料为适用于低温的水合盐相变材料。
优选的，所述适用于低温的水合盐相变材料包括单质盐或复合盐。
优选的，所述单质盐包括三水氯化锌、六水磷酸氢钾、六水氯化钙、三水硝酸锂等。
优选的，所述复合盐为66.6％六水氯化钙复合33.4％六水氯化镁或48％氯化钙复合4.3％氯化钠、0.4％氯化钾、47.3％水。
优选的，水合盐相变材料的预处理过程是将其进行破碎和粉磨处理，使其细化。
本发明还提供一种由所述的制备方法制备得到的自吸热防结冰路面。
本发明公开了以下技术效果：
本发明所述方法利用水合盐相变材料的相变储热能力，与混凝土或沥青路面混合后，在温度高的白天吸收热量，于温度低的晚上释放热量，保持路面温度，防止路面结冰，所述方法不需要额外提供能源，在施工完成后利用自然能量时间分布不均匀的特点，采用水合盐相变储能材料，在环境温度高时吸收热量，在环境温度低时放出热量，保持路面温度，使路面不易结冰，保证车辆行驶安全。适用于白天日照强、昼夜温差大的地区的路面防冻。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所述制备方法的流程图；
图2为自吸热防结冰路面结构及原理示意图。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
实施例1
(1)采用空心钢球将66.6％六水氯化钙复合33.4％六水氯化镁封装在其内部，制得富含复合盐的钢球；
(2)以富含复合盐的钢球替代30％的碎石，水灰比为0.4，制备C50混凝土，其中P.O42.5水泥用量为300kg·m-3，粉煤灰用量为75kg·m-3，砂为688kg·m-3，钢球180kg·m-3，碎石860kg·m-3，水量为150kg·m-3；
(3)在搅拌机中将水泥与粉煤灰干混20s，加入砂继续混匀20s，之后加入1/3水搅拌60s，加入钢球与碎石以及剩余的2/3水，搅拌120s，随后成型，制得150mm×150mm×150mm的立方体，标准养护，测得其28d强度≥50MPa，导热系数≥2.5W/(m·K)，包含相变热在内的体积热容≥11.8(MJ/m3·K)。本实施例成功制备强度等级为C50混凝土，混凝土内储热部分固液相变温度25℃左右，液固相变温度19℃左右，制成的材料在应用过程中能显著减少路面结冰，性能符合相关路面使用标准。
实施例2
(1)用粉煤灰多孔陶粒吸附封装三水氯化锌，得到富含三水氯化锌的粉煤灰多孔陶粒；
(2)以富含三水氯化锌的粉煤灰多孔陶粒替代100％的碎石，水灰比为0.5，制备C30混凝土，其中P.O42.5水泥用量为300kg·m-3，粉煤灰用量为120kg·m-3，砂为688kg·m-3，多孔陶粒700kg·m-3，水量为210kg·m-3；
(3)在搅拌机中将水泥与粉煤灰干混20s，加入砂继续混匀20s，之后加入1/3水搅拌60s，加入陶粒与碎石以及剩余的2/3水，搅拌120s，随后成型，制得150mm×150mm×150mm的立方体，标准养护，测得其28d强度≥30MPa，导热系数≥1.8034W/(m·K)，包含相变热在内的体积热容≥15.3(MJ/m3·K)。本实施例成功制备强度等级为C30混凝土，混凝土内储热部分固液相变温度10℃左右，液固相变温度3℃左右，制成的材料在应用过程中能显著减少路面结冰，性能符合相关路面使用标准。
实施例3
(1)用中空污泥陶粒封装六水磷酸氢钾，得到富含六水磷酸氢钾的中空污泥陶粒；
(2)以富含六水磷酸氢钾的中空污泥陶粒替代100％的碎石，水灰比为0.5，制备C20碱激发混凝土，粉煤灰用量为400kg·m-3，砂为700kg·m-3，中空污泥陶粒800kg·m-3，10mol/L的氢氧化钠溶液200kg·m-3；
(3)在搅拌机中将粉煤灰与氢氧化钠搅拌60s，加入陶粒后搅拌120s，随后成型，制得150mm×150mm×150mm的立方体，标准养护，测得其28d强度≥20MPa，导热系数≥1.6034W/(m·K)，包含相变热在内的体积热容≥13.2(MJ/m3·K)。本实施例成功制备强度等级为C20的相变-碱激发混凝土，混凝土内储热部分固液相变温度13℃左右，液固相变温度6℃左右，制成的材料在应用过程中能显著减少路面结冰，性能符合相关路面使用标准。
实施例4
(1)采用聚乙烯塑料外壳将48％氯化钙复合4.3％氯化钠，0.4％氯化钾，47.3％水封装在其内部，制得富含复合盐的聚乙烯塑料球；
(2)以富含复合盐的聚乙烯塑料球替代30％的碎石，水灰比为0.4，制备C30混凝土，其中P.O42.5水泥用量为300kg·m-3，粉煤灰用量为75kg·m-3，砂为688kg·m-3，聚乙烯球900kg·m-3，碎石860kg·m-3，水量为150kg·m-3；
(3)在搅拌机中将水泥与粉煤灰干混20s，加入砂继续混匀20s，之后加入1/3水搅拌60s，加入钢球与碎石以及剩余的2/3水，搅拌120s，随后成型，制得150mm×150mm×150mm的立方体，标准养护，测得其28d强度≥30MPa，导热系数≥1.4235W/(m·K)，包含相变热在内的体积热容≥9.6(MJ/m3·K)。本实施例成功制备强度等级为C30混凝土，
混凝土内储热部分固液相变温度26℃左右，液固相变温度17℃左右，制成的材料在应用过程中能显著减少路面结冰，性能符合相关路面使用标准。
实施例5
(1)采用聚苯乙烯外壳封装三水氯酸锂，制得富含三水氯酸锂的聚苯乙烯球；
(2)以富含三水氯酸锂的聚乙烯球替代100％的碎石，水灰比为0.5，制备C20混凝土，其中P.O42.5水泥用量为300kg·m-3，粉煤灰用量为120kg·m-3，砂为688kg·m-3，聚乙烯球900kg·m-3，水量为210kg·m-3；
(3)在搅拌机中将水泥与粉煤灰干混20s，加入砂继续混匀20s，之后加入1/3水搅拌60s，加入聚乙烯球与碎石以及剩余的2/3水，搅拌120s，随后成型，制得150mm×150mm×150mm的立方体，标准养护，测得其28d强度≥20MPa，导热系数≥1.5634W/(m·K)，包含相变热在内的体积热容≥14.5(MJ/m3·K)。本实施例成功制备强度等级为C20混凝土，混凝土内储热部分固液相变温度8℃左右，液固相变温度2℃左右，制成的材料在应用过程中能显著减少路面结冰，性能符合相关路面使用标准。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种自吸热防结冰路面的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将水合盐相变材料进行预处理，封装在外壳内部作为储热骨料，然后与集料、胶凝材料、外加剂混合，制备成路面材料，然后经过养护得到自吸热防结冰路面。
2.根据权利要求1所述的一种自吸热防结冰路面的制备方法，其特征在于，所述外壳包括无机外壳、金属外壳、有机物外壳。
3.根据权利要求2所述的一种自吸热防结冰路面的制备方法，其特征在于，所述无机外壳包括黏土、页岩、粉煤灰、煤矸石、污泥中空或多孔陶粒。
4.根据权利要求2所述的一种自吸热防结冰路面的制备方法，其特征在于，所述金属外壳包括不锈钢或铝。
5.根据权利要求2所述的一种自吸热防结冰路面的制备方法，其特征在于，所述有机物外壳包括聚乙烯塑料外壳、聚苯乙烯外壳或环氧树脂外壳。
6.根据权利要求1所述的一种自吸热防结冰路面的制备方法，其特征在于，所述水合盐相变材料为适用于低温的水合盐相变材料。
7.根据权利要求6所述的一种自吸热防结冰路面的制备方法，其特征在于，所述适用于低温的水合盐相变材料为单质盐或复合盐。
8.根据权利要求1所述的一种自吸热防结冰路面的制备方法，其特征在于，所述水合盐相变材料的预处理过程是将其进行破碎和粉磨处理。
9.一种自吸热防结冰路面，其特征在于，由权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到。
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