CN111851195A - 一种热分布均匀的沥青路面结构及各层材料的制备方法 - Google Patents

一种热分布均匀的沥青路面结构及各层材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于路面结构技术领域，提供了一种热分布均匀的沥青路面结构及各层材料的制备方法，由上至下依次包括降温上面层、高导热中面层以及吸热下面层；所述降温上面层厚度为3～5cm的彩色排水沥青混合料层，所述高导热中面层为含有破碎铜渣和氧化铝的高导热结构层，厚度为5～7cm；所述吸热下面层为含有复合相变材料的吸热结构层，厚度为7～9cm。本发明由不同功能的结构层组合，形成一种联动，能够主动调节温度场，使热量在结构内部均匀分布，降低各层温差，从根本上减少了高温病害的发生，缓解了城市热岛效应。

Description

一种热分布均匀的沥青路面结构及各层材料的制备方法
技术领域
本发明属于道路工程领域，具体涉及一种热分布均匀的沥青路面结构及各层材料的制备方法。
背景技术
高温病害是沥青路面的主要破坏形式之一，有研究表明，当路表温度达到55～60℃的范围内时，车辙就会以厘米级的速度发展。沥青路面为黑色，吸热率高，且多采用密集配沥青混合料，易吸热而难放热，使得夏季高温病害频发。
目前，针对沥青路面高温病害主要通过优化材料的方式，例如采用高模量沥青，添加纤维、抗车辙剂等，亦或是调整混合料的级配，但由于黑色沥青路面吸热量较大，性能提升有限，并未从根本上解决问题。浅色反射涂层、热阻式沥青混合料等，降低了道路结构的温度，但单纯的涂层式或热阻式路面在夏季高温时期温度仍然较高，且耐久性能和成本是制约其发展的重要因素。近年来许多学者也研究了导热沥青路面结构层，但导热方向并非单相传递，而是向四周传递，因此，导热路面结构层向下导热能力较为不稳定，需要进一步改进，以加快导热的稳定性和速率。路面内部结构的温度自上而下逐渐减小，温度分布很不均匀。在高温季节，路表温度能够达到70℃以上，中面层温度约为56℃，而下面层温度为45-50℃。路表大量吸收太阳辐射导致温度较高，易发车辙的中面层温度也较高，下面层则与中上面层温差较大，热量分布并不均匀。
因此，利用性能良好且成本较低的路面材料，合理组合不同功能的路面结构层，以制作出降温良好，导热快而稳定，热量分布均匀的沥青路面结构是亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是针对以上问题，提供一种主动降温的热分布均匀的沥青路面结构及其各层材料的制备方法，其原料来源广泛，价格低廉，且各层结构分布合理，使路面结构的温度降低且各层温差较小，热量均匀分布。
本发明原理在于：一种热分布均匀的沥青路面结构，其特征在于：由上至下依次包括降温上面层、高导热中面层以及吸热下面层；所述降温上面层厚度为3～5cm的彩色排水沥青混合料层，所述高导热中面层为含有破碎铜渣和氧化铝的高导热结构层，厚度为5～7cm；所述吸热下面层为含有复合相变材料的吸热结构层，厚度为7～9cm。
本申请还公开了一种热分布均匀的沥青路面结构及各层材料的制备方法，适用于上述路面结构，其特征在于：所述降温上面层的材料制备方法包括以下几个步骤：
第一步、将玄武岩集料、脱色沥青和矿粉加热至180℃，拌锅预热至180℃，
第二步、将玄武岩集料、SBS改性剂和高黏改性剂投入拌锅中搅拌90s，
第三步、在拌锅中倒入脱色沥青搅拌90s，
第四步、加入矿粉和色粉搅拌90s，制成彩色排水沥青混合料，随后进行降温上面层的摊铺和碾压。
本发明进一步限定的技术方案为：所述降温上面层的原料组成及占彩色沥青混合料的总重量比分别为玄武岩88％-92％，矿粉3％-6％，色粉0.5％-1％，脱色沥青3.5％-5.5％，SBS改性剂0.15％-0.4％，高黏改性剂0.25％-0.85％，纤维0.1％-0.3％。
作为优选，所述高导热中面层采用AC-20级配，首先将铜渣打碎，筛分后收集19mm，16mm，4.75mm，2.36mm，0.075mm以及0.15mm六档料，并等体积代替相应粒径的集料。
作为优选，所述高导热中面层还包括200-300目的碱性氧化铝粉末。
作为优选，所述吸热下面层选用制备好的复合相变材料，所述的复合相变材料采用膨胀蛭石作为封装基体，并用0.05mol/L的HCL对其进行酸化改性，选用Na2SO4·10H2O或MgSO4·7H2O作为相变材料，并用选用5％硼砂作为成核剂对其进行改性，利用环氧树脂作为封孔剂，三种材料Na2SO4·10H2O或MgSO4·7H2O、膨胀蛭石及封孔剂的质量比为25～30∶10～15∶1。
作为优选，所述复合相变材料的制备包括以下几个步骤：
第一步，称取Na2SO4·10H2O或MgSO4·7H2O晶体，加入Na2SO4·10H2O或MgSO4·7H2O晶体质量5％的硼砂，于40℃的鼓风烘箱中放置48h进行改性；
第二步，将膨胀蛭石放入0.05mol/L浓度的HCL中，并置于65℃的水浴锅中水浴加热并搅拌2h，然后用去离子水洗涤并干燥，制得改性膨胀蛭石；
第三步，将改性Na2SO4·10H2O或MgSO4·7H2O加入去离子水中制得饱和溶液，再加入改性膨胀蛭石，在1000rpm下搅拌2h，并于65℃温度下真空加压浸渍6h；
第四步，取得第三步所得产物，加入环氧树脂作为封孔剂搅拌6h，风干、研碎，获得膨胀蛭石基Na2SO4·10H2O或MgSO4·7H2O复合相变材料。
本发明的有益效果在于：(1)本发明由不同功能的结构层组合，形成一种联动，能够主动调节温度场，使热量在结构内部均匀分布，各层之间温差较小，从根本上减少了高温病害的发生，缓解了城市热岛效应。(2)本发明中降温上面层颜色浅，空隙率高，因此吸热率低，且能够快速散热。(3)本发明的高导热中面层掺入高导热材料提升导热能力，使中上面层热量快速传导至下面层，提高抗车辙能力。(4)本发明吸热下面层能够加速和稳定中上面层热量向下传导的能力，同时内部的相变材料可以减少或滞后高温峰值的出现。
附图说明
图1本发明路面结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。
如图1所示，下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步详细描述。
本实施例中路面结构由上至下依次包括降温上面层1，高导热中面层2以及吸热下面层3。降温上面层厚度为3～5cm的彩色排水沥青混合料层，高导热中面层为含有破碎铜渣和氧化铝的高导热结构层，厚度为5～7cm；吸热下面层为含有复合相变材料的吸热结构层，厚度为7～9cm。本实施例的路面结构改善了高温下路面结构层温度相差较大的问题，令温度较高的上面层较少吸收热量，中面层将热量导入温度较低的下面层，下面层具有一定吸热能力，能够加速和稳定中上面层温度向下传导，并促使导热由上至下定向进行，而非无方向地自由导热，减少了中上面层因高温带来的结构层病害，通过不同功能的结构层组合使各层热量均匀分布，调节温度场，降低各层温差，缓解城市热岛效应。
表1 AC-25级配
Figure BSA0000217526090000051
本实施例从下至上依次摊铺和碾压。其中吸热下面层采用AC-25级配，石料选用玄武岩，级配见表1，采用改性沥青，油石比为4.2％。厚度为7～9cm，沥青混合料中选用膨胀蛭石基Na2SO4·10H2O复合相变材料等体积代替0.075-0.6mm粒径集料以及60％的矿粉。Na2SO4·10H2O、膨胀蛭石、封孔剂的质量比为25～30∶10～15∶1。
其中膨胀蛭石基Na2SO4·10H2O复合相变材料制备步骤为：
第一步，称取200g的Na2SO4·10H2O晶体，加入Na2SO4·10H2O晶体质量5％的硼砂，于40℃的鼓风烘箱中放置48h，制得硼砂改性Na2SO4·10H2O共210g。
第二步，将105g膨胀蛭石放入400ml的0.05mol/L浓度的HCL中，并置于65℃的水浴锅中水浴加热并搅拌2h，然后用去离子水洗涤并干燥，制得改性膨胀蛭石。
第三步，将改性Na2SO4·10H2O加入去离子水中制得饱和溶液，再加入改性膨胀蛭石，在1000rpm下搅拌2h，并于65℃温度下真空加压浸渍6h。
第四步，取得第三步所得产物，加入封孔剂搅拌6h，风干、研碎，获得膨胀蛭石基Na2SO4·10H2O复合相变材料。
第五步，对所得膨胀蛭石基Na2SO4·10H2O复合相变材料进行筛分。
表2 AC-20级配
Figure BSA0000217526090000061
本实施例中的高导热中面层采用AC-20级配厚度在5～7cm，集料选用玄武岩，级配如表2，油石比为4.3％，其中19mm，16mm，4.75mm，2.36mm，0.075mm以及0.15mm六档料采用打碎后的等粒径铜渣代替等体积的原集料，并将300目碱性氧化铝粉末以60％的比例等体积代替矿粉掺入沥青混合料中。中面层采用铜渣、氧化铝等高导热材料提高热传导率，加速温度向下部传导。
表3 PAC-13级配
Figure BSA0000217526090000062
本实施例中的降温上面层采用彩色沥青混合料，本实施例中的降温上面层采用PAC-10或者PAC-13级配，如表3所示，厚度在3～5cm，各原料占彩色沥青混合料总重量的分数为：玄武岩占91.3％，改性沥青占4.5％，矿粉占4％。其制备方法包括以下几个步骤：
第一步，先将玄武岩、矿粉、脱色沥青加热至180℃，拌锅预热至180℃；
第二步，将玄武岩、SBS改性剂和高黏改性剂投入拌锅中搅拌90s，
第三步，在拌锅中倒入脱色沥青搅拌90s；
第四步，加入石灰石矿粉和色粉搅拌90s，制成彩色排水沥青混合料，随后进行降温上面层的摊铺和碾压。
作为本实施例的优选，改性沥青包含脱色沥青，SBS改性剂和高黏改性剂，其中SBS改性剂和高黏改性剂分别占沥青总重量的8％和5％。
作为本实施例的优选，矿粉中包含氧化铁红色粉和石灰石矿粉，其分别占矿粉总质量的15％和85％。
作为本实施例的优选，纤维占所述彩色排水沥青混合料总质量的0.2％。
作为优选，降温上面层的下部铺设有防水黏结层，厚度为1-4mm，以防止水流下渗。
作为优选，还可以采用MgSO4·7H2O复合相变材料代替复合相变材料中的Na2SO4·10H2O，其他材料和制备方法均不变。
本实施例中降温上面层空隙率大，吸热率低于黑色沥青路面，使路表温度较低；高导热中面层增强结构层的导热能力，使中上面层的温度能够快速向下传导；由于上下面层温度差异大，吸热下面层通过加入复合相变材料提高吸热能力，吸收中上面层的多余热量，加速和稳定中上面层热量向下传导，保持各面层温度相近，同时由于复合相变材料本身性质，能够吸热储热，滞后下面层高温峰值的出现，一定程度上防止中下面层的高温病害。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种热分布均匀的沥青路面结构，其特征在于：由上至下依次包括降温上面层、高导热中面层以及吸热下面层；所述降温上面层厚度为3～5cm的彩色排水沥青混合料层，所述高导热中面层为含有破碎铜渣和氧化铝的高导热结构层，厚度为5～7em；所述吸热下面层为含有复合相变材料的吸热结构层，厚度为7～9cm。
2.一种热分布均匀的沥青路面结构各层材料的制备方法，适用于权利要求1所述的路面结构，其特征在于：所述降温上面层的材料制备方法包括以下几个步骤：
第一步、将玄武岩集料、脱色沥青和矿粉加热至180℃，拌锅预热至180℃，
第二步、将玄武岩集料、SBS改性剂和高黏改性剂投入拌锅中搅拌90s，
第三步、在拌锅中倒入脱色沥青搅拌90s，
第四步、加入矿粉和色粉搅拌90s，制成彩色排水沥青混合料，随后进行降温上面层的摊铺和碾压。
3.根据权利要求2所述的热分布均匀的沥青路面结构各层材料的制备方法，其特征在于：所述降温上面层的原料组成及占彩色沥青混合料的总重量占比分别为玄武岩88％-92％，矿粉3％-6％，色粉0.5％-1％，脱色沥青3.5％-5.5％，SBS改性剂0.15％-0.4％，高黏改性剂0.25％-0.85％，纤维0.1％-0.3％。
4.根据权利要求3所述的热分布均匀的沥青路面结构各层材料的制备方法，其特征在于：所述高导热中面层采用AC-20级配，首先将铜渣打碎，筛分后收集19mm，16mm，4.75mm，2.36mm，0.075mm以及0.15mm六档料，并等体积代替相应粒径的集料。
5.根据权利要求4所述的热分布均匀的沥青路面结构各层材料的制备方法，其特征在于：所述高导热中面层还包括200-300目的碱性氧化铝粉末。
6.根据权利要求5所述的热分布均匀的沥青路面结构各层材料的制备方法，其特征在于：所述吸热下面层选用制备好的复合相变材料，所述的复合相变材料采用膨胀蛭石作为封装基体，并用0.05mol/L的HCL对其进行酸化改性，选用MgSO4·7H2O或Na2SO4·10H2O作为相变材料，并用选用5％硼砂作为成核剂对其进行改性，利用环氧树脂作为封孔剂，三种材料Na2SO4·10H2O或MgSO4·7H2O、膨胀蛭石及封孔剂的质量比为25～30∶10～15∶1。
7.根据权利要求6所述的热分布均匀的沥青路面结构各层材料的制备方法，其特征在于：所述复合相变材料的制备包括以下几个步骤：
第一步，称取Na2SO4·10H2O或MgSO4·7H2O晶体，加入Na2SO4·10H2O或MgSO4·7H2O晶体质量5％的硼砂，于40℃的鼓风烘箱中放置48h进行改性；
第二步，将膨胀蛭石放入0.05mol/L浓度的HCL中，并置于65℃的水浴锅中水浴加热并搅拌2h，然后用去离子水洗涤并干燥，制得改性膨胀蛭石；
第三步，将改性Na2SO4·10H2O或MgSO4·7H2O加入去离子水中制得饱和溶液，再加入改性膨胀蛭石，在1000rpm下搅拌2h，并65℃温度下真空加压浸渍6h；
第四步，取得第三步所得产物，加入环氧树脂搅拌6h，风干、研碎，获得膨胀蛭石基Na2SO4·10H2O或MgSO4·7H2O复合相变材料。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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TWI763590B (zh) * 2021-09-22 2022-05-01 謝佩霖 鋪設路面的施工方法
TWI785863B (zh) * 2021-10-27 2022-12-01 謝佩霖 鋪設彩色路面的施工方法

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