CN112608072B - 一种自主调节温度病害的沥青混合料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种自主调节温度病害的沥青混合料及其制备方法，按质量百分比包括如下各组分：80~90%集料、6~8%矿粉、5.5~6.5%沥青、0.3%~0.4%稳定剂、0.3%~0.4%新型高分子晶格相变材料。本发明提出的自主调节温度病害的沥青混合料，通过材料组分的优化，在高温条件下可降低混合料温度最大达5℃，低温条件下可升高混合料温度最大达5℃，有效缓解路面高温车辙及低温结冰开裂等温度病害，能够实现沥青路面“夏季降温、冬季升温”，通过自调节温度进而有效改善路面的高低温病害。

Description

一种自主调节温度病害的沥青混合料及其制备方法
技术领域
本发明属于一种沥青混合料，尤其涉及一种自主调节温度病害的沥青混合料及其制备方法。
背景技术
沥青混合料是一种温度敏感型材料，受热变软、遇冷变硬且热胀冷缩，沥青因其本身具有粘弹特性，导致沥青路面容易受到环境温度变化影响，进而产生诸多温度病害，如夏季易出现车辙病害，冬季易出现裂缝等病害，影响沥青路面长期使用性能及耐久性。
现有技术为了解决沥青路面的温度病害，目前，1)在高温抗车辙材料方面，常用的材料主要通过采用湖沥青、岩沥青等天然沥青或者SBS、橡胶粉、抗车辙剂、高模量剂等改性材料而制得，但所制备的沥青混合料性质不稳定，往往低温稳定性及耐疲劳性能不足，且技术成本较高。2)在低温抗裂防冻方面，常采用的材料有融雪盐、化学抑制类添加剂、降低冰点的填料等，这些材料的使用易对环境造成破坏，且抗冻防裂的效率低，使用周期较短。3)现有的相变材料对沥青路面进行调温，主要利用该材料的相变潜热性能来实现能量储存及应用。然而现有相变材料存在制备工艺难度大、温度调节效果不足、工程应用中循环使用稳定性不高等问题，不能同时实现沥青路面高低温性能的调节，从而不能真正解决沥青路面温度病害问题。
有鉴于上述现有沥青混合料存在的缺陷，本发明人基于从事此类材料多年丰富经验及专业知识，配合理论分析，加以研究创新，以期开发自主调节温度病害的沥青混合料及其制备方法，使其具有更好的抗高低温病害能力。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种自主调节温度病害的沥青混合料，提高抗高低温病害能力。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
本发明提出的自主调节温度病害的沥青混合料，按质量百分比包括如下各组分：80～90％集料、6～8％矿粉、5.5～6.5％沥青、0.3％～0.4％稳定剂、0.3％～0.4％新型高分子晶格相变材料。
作为优选的，其中新型高分子晶格相变材料包括如下各组分：
月桂酸 25～30kg/m2
硬脂酸 5～10kg/m2
硅油乳液 15～20kg/m2
表面活性剂 5～6kg/m2
甲壳素 15～20kg/m2
二氧化硅 8～12kg/m2
三氧化二铝 4～6kg/m2
氢氧化钾 3～4kg/m2
石蜡 10～12kg/m2
聚丙烯 10～15kg/m2。
本发明中选择了石蜡类相变材料(石蜡)和脂肪酸类相变材料(月桂酸、硬脂酸)类两类相变材料配合，其中脂肪酸类相变材料相变温度及相变潜热的变化率都要优于石蜡类相变材料，且脂肪酸类的热稳定性也比石蜡类较好，但造价较高；石蜡类相变材料性能稳定、低腐蚀、无过冷和相分离情况出现，造价低廉；通过复配两类相变材料制备出价格较为合理的新型高分析晶格相变材料。
石蜡、硬脂酸在常温状态下是固态，升温时吸热变成液态，为了避免液态流动现象、降低效率，因此需要有效的吸附材料进行封装，其中石蜡与聚丙烯都是非极性材料，结构具有相似性，因此他们之间具有较好的相容性，经过共混石蜡均匀的分散在聚丙烯形成的网格中，聚丙烯网格的包裹作用，有效的防止了在固液相转变的过程中液体相的泄漏；同时二氧化硅是一种均匀的球形颗粒，且具有明显的团聚作用，团聚形成一种多孔结构，这类多孔结构是脂肪酸类良好的支撑体，脂肪酸类形变材料被充分吸收到二氧化硅的多孔结构中，结构较为紧密，更加进一步防止了液体的泄漏。
添加一定占比的三氧化二铝，通过其较好的导热率，进而提高提高相变材料的导热能力，但是三氧化二铝的掺量过低，达不到预设的性能，过高不利于控制成本和新型高分子晶格相变材料的整体性能；硅油乳液和表面活性剂互相配合，可以均匀提升各种材料之间的相容性，同时添加一定占比的甲壳素，则可以起到增稠作用，以稳定相变材料的状态，更容易形成相变颗粒。
通过优化新型高分子晶格相变材料的组分及配比，整体提高了该材料的性能，实现“在高温条件下可降低混合料温度最大达5℃，低温条件下可升高混合料温度最大达5℃”。
本发明的另一个目的是提供一种自主调节温度病害的沥青混合料制备方法，通过工艺的优化提高沥青混合料抗高低温病害的能力。
本发明的上述技术效果是由以下技术方案实现的：
本发明提出的自主调节温度病害的沥青混合料的制备方法，包括如下操作步骤，
步骤一，按质量比称取80～90％集料、6～8％矿粉、5.5～6.5％沥青、0.3％～0.4％稳定剂和0.3％～0.4％新型高分子晶格相变材料备用；
步骤二，将试模、套筒及击实座置于烘箱中加热备用；
步骤三，将拌和锅提前预热至沥青混合料拌和温度；
步骤四，将集料、新型高分子晶格相变材料同时投入拌和锅中干拌，干拌时间不少于5～10s；
步骤五，然后向步骤四的拌和锅中加入沥青、矿粉、稳定剂，拌和周期不少于50s，拌和均匀后制得自主调节温度病害的沥青混合料；
步骤六，将步骤五制得的沥青混合料在试模中击实成型，厚度为40mm～150mm，在室温条件下冷却静置24h，置脱模机上脱出试件。
作为优选的，其中稳定剂为木质素絮状纤维，添加该成分可以起到抗裂、吸油作用，减少油斑产生，在高温天气下可以起到稳定作用，防止沥青在高温下流动，进一步配合其他组分，实现调节温度的目的。
作为优选的，其中新型高分子晶格相变材料相变形式为固固相变，粒径为2～4mm，潜热值不低于50J/g，相变温度为15～20℃；添加的新型高分子晶格相变材料粒径过大或过小会均会导致至分散不好，材料性能不均匀，稳定性较差，其中潜热值和相变温度不满足相关要求会直接影响相变调温的效果，达不到调温要求。
作为优选的，步骤一中的集料和矿粉置于105℃的烘箱中烘干至恒重，且计量称取后置于180℃的烘箱中加热备用；其中集料应采用石质坚硬、清洁、无风化、无杂质的碎石；矿粉采用干燥、清洁的石灰岩等碱性石料经磨细制得；烘干集料中的自由水，可以有效防止水分造成集料与沥青粘结性能下降。
作为优选的，步骤一中的沥青置于160～170℃的烘箱中加热成液态备用，保证在此温度下沥青呈液态，易于操作。
作为优选的，步骤二中试模、套筒及击实座加热温度为100℃左右，加热时间不低于1h，控制加热时间和温度，可以有效保障混合料与试模的温差不至于过大，有利于成型。
作为优选的，步骤三中沥青混合料的拌和温度为160～170℃，在此温度下混合料易于压实成型操作。
作为优选的，步骤四中集料、新型高分子晶格相变材料需充分搅拌均匀，才可进行下一步操作。
作为优选的，步骤五中，沥青、矿粉、稳定剂分N次加入到步骤四的拌和锅中并持续搅拌，N为大于等于1的正整数；其中沥青、矿粉、稳定剂可以分3次逐渐加入到步骤四的拌和锅中，采用分批次逐渐加入的方式更有利于保证饱和均匀性。
作为优选的，步骤六中，击实前，试模、套筒及击实座应用蘸有少许黄油的棉纱擦净。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1)本发明提出的自主调节温度病害的沥青混合料，通过材料组分的优化，在高温条件下可降低混合料温度最大达5℃，低温条件下可升高混合料温度最大达5℃，有效缓解路面高温车辙及低温结冰开裂等温度病害，能够实现沥青路面“夏季降温、冬季升温”，通过自调节温度进而有效改善路面的高低温病害。
2)本发明制备的自主调节温度病害的沥青混合料便于在新建、扩建及养护工程项目中实施，不增加额外工作量，使用方便。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明所采用的市售材料的来源如下：
石蜡，中国石油大庆炼化公司；
月桂酸、硬脂酸、氢氧化钾、表面活性剂，国药集团化学试剂有限公司生产的级别为分析纯；
聚丙烯，中国石油新疆独子山石化有限公司。
实施例1
采用本发明的方法制备自主调节温度病害的沥青混合料，具体操作步骤如下：
步骤一，选取质量比为87.3％集料、6％矿粉、6％PG-76SBS改性沥青、0.35％木质素絮状纤维稳定剂、0.35％新型高分子晶格相变材料备用；其中集料采用石质坚硬、清洁、无风化、无杂质的碎石，置于105℃的烘箱中烘干至恒重，且计量称取后置于180℃的烘箱中加热备用；矿粉采用干燥、清洁的石灰岩碱性石料经磨细制得，置于105℃的烘箱中烘干至恒重，且计量称取后置于180℃的烘箱中加热备用；沥青置于160℃的烘箱中加热成液态备用；
步骤二，将试模、套筒及击实座等器具置于烘箱中加热至100℃左右，加热1h，备用；
步骤三，将拌和锅提前预热至160℃；
步骤四，将集料、新型高分子晶格相变材料同时投入拌和锅中干拌，干拌时间不少于5s，保证集料和新型高分子晶格相变材料充分搅拌均匀；
步骤五，然后向步骤四得到的拌和锅中分3次加入沥青、矿粉、稳定剂材料，拌和50s，使各材料充分搅拌均匀，拌和均匀后制得自主调节温度病害的沥青混合料；
步骤六，将步骤五制得的混合料在试模中击实成型，击实前，试模、套筒及击实座等器具应用蘸有少许黄油的棉纱擦净，成型试件厚度为40mm，在室温条件下冷却静置24h，置脱模机上脱出试件，其路用性能检测结果如表1所示。
在步骤一中采用的新型高分子晶格相变材料包括如下各组分：
月桂酸 26kg/m2
硬脂酸 7kg/m2
硅油乳液 16kg/m2
表面活性剂 5kg/m2
甲壳素 18kg/m2
二氧化硅 8kg/m2
三氧化二铝 5kg/m2
氢氧化钾 3kg/m2
石蜡 10kg/m2
聚丙烯 13kg/m2。
对比例1
在本对比例中，沥青混合料的组分配比与实施例1相同，不添加新型高分子晶格相变材料。
将实施例1与对比例的沥青混合料分别进行路用性能测试，其结果如表1所示：
表1实施例1与对比例1沥青混合料路用性能测试结果
Figure BDA0002842412290000061
实施例2
采用本发明的方法制备自主调节温度病害的沥青混合料，具体操作步骤如下：
步骤一，选取质量比为87.35％集料、6％矿粉、6％PG-76SBS改性沥青、0.3％木质素絮状纤维稳定剂、0.35％新型高分子晶格相变材料备用；其中集料采用石质坚硬、清洁、无风化、无杂质的碎石，置于105℃的烘箱中烘干至恒重，且计量称取后置于180℃的烘箱中加热备用；矿粉采用干燥、清洁的石灰岩碱性石料经磨细制得，置于105℃的烘箱中烘干至恒重，且计量称取后置于180℃的烘箱中加热备用；沥青置于165℃的烘箱中加热成液态备用。
步骤二，将试模、套筒及击实座等器具置于烘箱中加热至100℃左右，加热1h，备用；
步骤三，将拌和锅提前预热至165℃；
步骤四，将集料、新型高分子晶格相变材料同时投入拌和锅中干拌，干拌时间不少于10s，保证集料和新型高分子晶格相变材料充分搅拌均匀；
步骤五，然后向步骤四得到的拌和锅中分3次加入沥青、矿粉、稳定剂材料，拌和50s，使各材料充分搅拌均匀，拌和均匀后制得自主调节温度病害的沥青混合料；
步骤六，将步骤五制得的混合料在试模中击实成型，击实前，试模、套筒及击实座等器具应用蘸有少许黄油的棉纱擦净，成型试件厚度为60mm，在室温条件下冷却静置24h，置脱模机上脱出试件，其路用性能检测结果如表2所示。
在步骤一中采用的新型高分子晶格相变材料包括如下各组分：
月桂酸 28kg/m2
硬脂酸 5kg/m2
硅油乳液 19kg/m2
表面活性剂 6kg/m2
甲壳素 15kg/m2
二氧化硅 12kg/m2
三氧化二铝 6kg/m2
氢氧化钾 4kg/m2
石蜡 10kg/m2
聚丙烯 12kg/m2。
对比例2
在本对比例中，沥青混合料的组分配比与实施例2相同，不添加新型高分子晶格相变材料。
将实施例2与对比例的沥青混合料分别进行路用性能测试，其结果如表2所示：
表2实施例2与对比例2沥青混合料路用性能测试结果
Figure BDA0002842412290000071
实施例3
采用本发明的方法制备自主调节温度病害的沥青混合料，具体操作步骤如下：
步骤一，选取质量比为87.3％集料、6％矿粉、6％PG-76SBS改性沥青、0.3％木质素絮状纤维稳定剂、0.4％新型高分子晶格相变材料备用；其中集料采用石质坚硬、清洁、无风化、无杂质的碎石，置于105℃的烘箱中烘干至恒重，且计量称取后置于180℃的烘箱中加热备用；矿粉采用干燥、清洁的石灰岩碱性石料经磨细制得，置于105℃的烘箱中烘干至恒重，且计量称取后置于180℃的烘箱中加热备用；沥青置于170℃的烘箱中加热成液态备用。
步骤二，将试模、套筒及击实座等器具置于烘箱中加热至100℃左右，加热1h，备用；
步骤三，将拌和锅提前预热至170℃；
步骤四，将集料、新型高分子晶格相变材料同时投入拌和锅中干拌，干拌时间不少于5s，保证集料和新型高分子晶格相变材料充分搅拌均匀；
步骤五，然后向步骤四得到的拌和锅中分3次加入沥青、矿粉、稳定剂材料，拌和50s，使各材料充分搅拌均匀，拌和均匀后制得自主调节温度病害的沥青混合料；
步骤六，将步骤五制得的混合料在试模中击实成型，击实前，试模、套筒及击实座等器具应用蘸有少许黄油的棉纱擦净，成型试件厚度为80mm，在室温条件下冷却静置24h，置脱模机上脱出试件，其路用性能检测结果如表3所示。
在步骤一中采用的新型高分子晶格相变材料包括如下各组分：
月桂酸 26kg/m2
硬脂酸 7kg/m2
硅油乳液 17kg/m2
表面活性剂 5kg/m2
甲壳素 16kg/m2
二氧化硅 12kg/m2
三氧化二铝 4kg/m2
氢氧化钾 3kg/m2
石蜡 12kg/m2
聚丙烯 15kg/m2。
对比例3
在本对比例中，沥青混合料的组分配比与实施例3相同，不添加新型高分子晶格相变材料。
将实施例3与对比例的沥青混合料分别进行路用性能测试，其结果如表3所示：
表3实施例3与对比例3沥青混合料路用性能测试结果
Figure BDA0002842412290000081
由表1-3所示的检测数据可以看出，通过本发明方法制备的自主调节温度病害的沥青混合料与常规混合料相比，具有优良的调节高低温性能，其高温稳定性能和低温抗裂性能，均得到显著提升。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例展示如上，但并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种自主调节温度病害的沥青混合料，其特征在于：按质量百分比包括如下各组分：80~90%集料、6~8%矿粉、5.5~6.5%沥青、0.3%~0.4%稳定剂、0.3%~0.4%新型高分子晶格相变材料；
所述新型高分子晶格相变材料包括如下各组分：
月桂酸 25~30 kg/m2
硬脂酸 5~10 kg/m2
硅油乳液 15~20 kg/m2
表面活性剂 5~6 kg/m2
甲壳素 15~20 kg/m2
二氧化硅 8~12 kg/m2
三氧化二铝4~6 kg/m2
氢氧化钾3~4 kg/m2
石蜡10~12 kg/m2
聚丙烯 10~15 kg/m2。
2.权利要求1所述的自主调节温度病害的沥青混合料的制备方法，其特征在于：包括如下操作步骤，
步骤一，按质量比称取80~90%集料、6~8%矿粉、5.5~6.5%沥青、0.3%~0.4%稳定剂和0.3%~0.4%新型高分子晶格相变材料备用；
步骤二，将试模、套筒及击实座置于烘箱中加热备用；
步骤三，将拌和锅提前预热至沥青混合料拌和温度；
步骤四，将集料、新型高分子晶格相变材料同时投入拌和锅中干拌，干拌时间不少于5~10s；
步骤五，然后向步骤四的拌和锅中加入沥青、矿粉、稳定剂，拌和周期不少于50s，拌和均匀后制得自主调节温度病害的沥青混合料；
步骤六，将步骤五制得的沥青混合料在试模中击实成型，厚度为40mm~150mm，在室温条件下冷却静置24h，置脱模机上脱出试件。
3.根据权利要求2所述的自主调节温度病害的沥青混合料的制备方法，其特征在于：所述稳定剂为木质素絮状纤维。
4.根据权利要求2或3所述的自主调节温度病害的沥青混合料的制备方法，其特征在于：所述新型高分子晶格相变材料相变形式为固固相变，粒径为2~4mm，潜热值不低于50J/g，相变温度为15~20℃。
5.根据权利要求2或3所述的自主调节温度病害的沥青混合料的制备方法，其特征在于：所述步骤一中的集料和矿粉置于105℃的烘箱中烘干至恒重，且计量称取后置于180℃的烘箱中加热备用。
6.根据权利要求2或3所述的自主调节温度病害的沥青混合料的制备方法，其特征在于：所述步骤一中的沥青置于160~170℃的烘箱中加热成液态备用。
7.根据权利要求6所述的自主调节温度病害的沥青混合料的制备方法，其特征在于：所述步骤二中试模、套筒及击实座加热温度为100℃左右，加热时间不低于1h。
8.根据权利要求6所述的自主调节温度病害的沥青混合料的制备方法，其特征在于：所述步骤三中沥青混合料的拌和温度为160~170℃。
9.根据权利要求7或8所述的自主调节温度病害的沥青混合料的制备方法，其特征在于：所述步骤五中，沥青、矿粉、稳定剂分N次加入到步骤四的拌和锅中并持续搅拌，N为大于等于1的正整数。
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