CN114751679A - 一种复合相变路面用沥青混合料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及沥青混合料制备技术领域，具体公开了一种复合相变路面用沥青混合料及其制备方法，由大孔隙沥青混合料和相变材料混合铺设而成，大孔隙沥青混合料采用水溶胶预处理，待水溶胶干燥形成隔离膜后，再将相变材料加热成流体对大孔隙沥青混合料进行灌注，大孔隙沥青混合料各组分比例以份数划分以表示质量比，分别为集料88‑110份，矿粉3‑7份，沥青3.5‑6份，纤维0.2‑0.6份，其孔隙率为18%‑28%，水溶胶的份数为2‑8份，相变材料3‑8份。解决了传统的沥青混合料中加入的相变材料太少，降温效益不显著的问题。

Description

一种复合相变路面用沥青混合料及其制备方法

技术领域

本申请涉及沥青混合料制备技术领域，具体公开了一种复合相变路面用沥青混合料及其制备方法。

背景技术

现在高速公路90%以上均使用沥青路面，然而，沥青是粘弹性材料，容易受温度影响，高温变软，沥青路面温度比大气温度可能高20-30℃，夏季高温，沥青路面容易出现车辙；

相变材料能利用自身的相变潜热来吸收热量，实现整体温度降低，实现温度的“削峰填谷”效益；

多孔沥青混合料的孔隙率能达到18%-28%之间，将多孔沥青混合料的孔隙经过预处理，在沥青混合料表面包裹一层隔离膜，然后在孔隙中填充相变材料，能实现沥青混合料的降温效果；

现有技术一般处理方法是在沥青中加一定量的相变材料或以一定数量的相变材料代替一定粒径的骨料，存在的问题是相变材料加入的数量太少，降温效益有限，且使用的相变颗粒破损容易造成相变材料泄露到沥青中，影响沥青性能；

因此，发明人有鉴于此，提供了一种复合相变路面用沥青混合料及其制备方法，以便解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于解决传统的沥青混合料中加入的相变材料太少，降温效益不显著的问题。

为了达到上述目的，本发明的基础方案提供一种复合相变路面用沥青混合料，包括大孔隙沥青混合料，大孔隙沥青混合料各组分比例以份数划分以表示质量比，分别为：

集料88-110份，矿粉3-7份，沥青3.5-6份，纤维0.2-0.6份，其孔隙率为18%-28%；

水溶胶的份数为2-8份；

相变材料的份数为3-8份。

进一步，所述水溶胶采用水溶性聚氨酯、水溶性乙烯乙酸酯、水溶性丙烯酸类、水溶性聚乙烯醇类、水性环氧胶、水性酚醛类、水性有机硅类和水性橡胶类的一种或多种复配。

进一步，所述相变材料采用石蜡、聚乙二醇、棕榈酸和肉豆蔻酸类单组分相变材料或复合相变材料。

进一步，所述大孔隙沥青混合料中混合的集料为96份，矿粉4份，沥青4.7份，玄武岩纤维0.21份。

进一步，所述大孔隙沥青混合料中混合的集料为97份，矿粉4份，沥青3.9份，玄武岩纤维0.21份。

本发明的基础方案还提供了一种复合相变路面用沥青混合料的制备方法，包括如下步骤：

步骤S001：对沥青混合料底部及四周做密封和防渗处理；

步骤S002：称取集料88-110份，矿粉3-7份，沥青3.5-6份，并将集料、矿粉和沥青加热至所需温度；

步骤S003：将集料、矿粉和沥青按步骤S002所述的份额混合并按规定方法碾压成大孔隙沥青混合料，保证孔隙率在18%-28%，并静置沥青混合料降至大气温度；

步骤S004：配制水溶胶，水溶胶的主胶成分的质量分数为20%-50%，将水溶胶灌满至大孔隙沥青混合料中，之后刮平大孔隙沥青混合料表面并待水溶胶干燥形成隔离膜；

步骤S005：将相变材料加热至液体，灌满多孔的沥青混合料后刮平表面，养护完成后即得相变沥青混合料，再将相变沥青混合料铺设在沥青路面上即可。

进一步，在步骤S004和步骤S005中，水溶胶和相变材料在灌注至大孔隙沥青混合料中时可使用震动器以进行震动。

进一步，在步骤S002中，采用的矿粉为石灰石矿粉，密度为2.263g/cm³，塑性指数为2.3。

进一步，在步骤S002中，采用的沥青为70号A级沥青，针入度76 0.1mm，软化点47.4℃，15℃延度大于100cm，溶解度99.7%，闪点285℃，25℃密度1030 g/cm³，蜡含量1.9wt.%。

本基础方案的原理和有益效果在于：

1、本发明的基本原理是通过水溶胶在沥青混合料内部形成隔离膜，相变材料在孔隙中吸热或者放热调节沥青混合料的温度，沥青混合料做了防渗处理，能保证高温时，相变材料是液体时也留在孔隙中，温度降低时，相变材料释放热量，又在孔隙中凝固，如此反复的起调节温度的作用，解决了传统的沥青混合料中加入的相变材料太少，降温效益不显著的问题。

2、本发明所提供的制备方法工艺简单、成本低、易实施、降温效果好；

3、本发明所提供的制备方法使沥青混合料路面具有较强抵抗车辙能力，同时具有降低沥青混合料温度功能，延长沥青路面使用寿命；

4、本发明所提供的制备方法避免了传统热拌沥青混凝土的高温拌合摊铺过程对相变材料的热损伤，有效解决了相变材料这沥青混凝土中的植入技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本申请实施例提出的一种复合相变路面用沥青混合料及其制备方法的实施例1的温度对比的示意图；

图2示出了本申请实施例提出的一种复合相变路面用沥青混合料及其制备方法的实施例2的温度对比的示意图；

图3示出了本申请实施例提出的一种复合相变路面用沥青混合料及其制备方法的实施例3的温度对比的示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

下面通过具体实施方式进一步详细的说明：

一种复合相变路面用沥青混合料及其制备方法，实施例一具体实施方法如下：

相变沥青复合式混凝土由大孔隙沥青混合料、水溶胶和相变材料组成，大孔隙混合料为OFGC-13型，大孔隙混合料中，各原料所占重量百分比为：

集料96份，矿粉4份，沥青4.7份；

玄武岩纤维0.21份；

水溶性有机硅为20wt.% 4份；

相变材料石蜡3.86份；集料级配表如下表所示：

其中所使用的沥青为70号A级沥青，针入度76 0.1mm，软化点47.4℃，15℃延度大于100cm，溶解度99.7%，闪点285℃，25℃密度1030 g/cm³，蜡含量1.9wt.%；

其中所使用的矿粉为石灰石矿粉，密度为2.263g/cm³，塑性指数为2.3，且符合《公路沥青及沥青混合料试验规程》中对填料的技术要求；

其中所使用的纤维为玄武岩纤维，直径15μm，平均长度7mm，拉伸强度3000MPa，弹性模量90GPa，熔点1450-1500℃，密度2.63 g/cm³。

其中所使用的水性隔离膜胶为水溶性有机硅20wt.%，

其中所使用的相变材料为石蜡，相变温度54℃，相变焓220J/g，含油量不大于1.5%，光安定性不大于6号；

其中所使用的密封薄膜为聚乙烯薄膜，厚度为1.0mm；在制作相变沥青混合料之前，需对其进行检测，检测方法如下：

（一）将集料、矿粉、试模及沥青烘热至《公路沥青路面施工技术规范》规定的施工温度，按《公路沥青及沥青混合料试验规程》制作沥青混合料车辙板，制作完成后冷却至室温；

（二）车辙板试件脱模，将车辙板底部用电钻钻深5mm长10mm宽5mm小孔，将电子测温计探头植入小孔，电子测温计的电线引出，接温度读数器。将车辙板底部和四周用聚乙烯薄膜密封，放入长305mm宽305mm深55mm的木质模板中；

（三）将4份水溶性有机硅20wt.%倒入车辙板试件中，机械震动，刮平，并静置5-10天，让水溶性有机硅干燥；

（四）将3.86份石蜡加热至100℃，使其熔成液体，将液态石蜡倒入上述沥青混合料车辙板中，机械震动，让液态石蜡充分进入沥青混合料车辙板的孔隙中，将表面刮平，静置养护1-2天，待液态石蜡全部凝固，即制成相变沥青混合料；

重复步骤（一）和步骤（二），制作一块沥青混合料车辙板，脱模，钻孔，安装电子温度计用聚乙烯薄膜密封，放入木制模板中，接温度读数器，即制成空白对照的沥青混合料；

之后将相变沥青混合料和空白对照的沥青混合料埋入细砂中，只露出上表面，测试相变沥青混合料和空白对照的沥青混合料在太阳照射下的温度变化情况，测得到如图1所示温度变化，最大温差为5.4℃，即表明可使用该相变沥青混合料；

当测得该相变沥青混合料符合使用条件时，即可进行制备，制备方法包括如下步骤：

步骤A001：做好沥青混合料底部及四周的密封和防渗处理；

步骤A002：称取集料、矿粉、沥青；将集料和矿粉加热至《公路沥青路面施工技术规范》规定的施工温度；

步骤A003：将集料、矿粉和沥青按《公路沥青路面施工技术规范》和《公路沥青及沥青混合料试验规程》碾压成大孔隙沥青混凝土，其孔隙率约为21%；

步骤A004：将水溶性有机硅20wt.%搅拌均匀，将混合溶液灌入多孔的沥青混合料中并灌满，待5-10天后，待水溶性有机硅20wt.%干燥后进行下一步处理；

步骤A005：将相变材料加热至液体，灌入多孔的沥青混合料中，用橡胶刮板刮除多余的浆液，以暴露出沥青混合料试件表面的凹凸不平为宜，养护1天后即得相变沥青混合料；

实施二：本实施例中所采用的测验步骤和制备步骤均与实施例一所采用的步骤相同，区别之处在于本实施例中所采用的大孔隙混合料为OFGC-16型，所采用的水溶胶为水溶性有机硅50wt.%，其所占原料份额为4.36份，所采用的相变材料为PEG2000，其所占原料份额为5.14份，本实施例的具体集料级配表如下表所示：

其中相变材料PEG2000的具体数值为：乳白色固状物，色泽Pt-Co≤50，羟基51-63mgKOH/g，分子量1800-2200，相变温度48-50℃，相变焓188J/g，水分≤1%；

本实施例在测试时最大温差为3.2℃，符合使用条件，具体相变温度对比图如图2所示；

实施例三：本实施例中所采用的测验步骤和制备步骤均与实施例一所采用的步骤相同，区别之处在于本实施例中所采用的大孔隙混合料为OFGC-20型，其中各原料所占重量份额为：集料97份，矿粉3份，沥青3.9份，玄武岩纤维0.21份；其中所使用的水溶胶为水性丙烯酸树脂溶液，包含水性丙烯酸树脂和助剂，其所占原料份额为4.55；相变材料为肉豆蔻酸，其所占原料份额为4.15份，本实施例的具体集料级配表如下表所示：

其中水性丙烯酸树脂加助剂，加水调节固含量至47wt.%。乳白色液体，PH值7-9.5，粘度1000-3500mPa.s，最低成膜温度19℃，Tg30℃；

其中相变材料为肉豆蔻酸，相变温度52-54℃，相变焓250J/g，密度2.015 g/cm³，比热容2.0159J/（gK），热扩散率0.1542mm/s；

本实施例在测试时最大温差为7.1℃，符合使用条件，具体相变温度对比图如图3所示；

实施例1、实施例2及实施例3的集料配比的总示意表入下表所示：

本发明的基本原理是通过水性胶在沥青混合料内部形成隔离膜，相变材料在孔隙中吸热或者放热调节沥青混合料的温度，沥青混合料做了防渗处理，能保证高温时，相变材料是液体时也留在孔隙中，温度降低时，相变材料释放热量，又在孔隙中凝固，如此反复的起调节温度的作用，解决了传统的沥青混合料中加入的相变材料太少，降温效益不显著的问题。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不驱使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种复合相变路面用沥青混合料，其特征在于：包括大孔隙沥青混合料，大孔隙沥青混合料各组分比例以份数划分以表示质量比，分别为：

集料88-110份，矿粉3-7份，沥青3.5-6份，纤维0.2-0.6份，其孔隙率为18%-28%；

水溶胶的份数为2-8份；

相变材料的份数为3-8份。

2.根据权利要求1所述的一种复合相变路面用沥青混合料，其特征在于，所述水溶胶采用水溶性聚氨酯、水溶性乙烯乙酸酯、水溶性丙烯酸类、水溶性聚乙烯醇类、水性环氧胶、水性酚醛类、水性有机硅类和水性橡胶类的一种或多种复配。

3.根据权利要求2所述的一种复合相变路面用沥青混合料，其特征在于，所述相变材料采用石蜡、聚乙二醇、棕榈酸和肉豆蔻酸类单组分相变材料或复合相变材料。

4.根据权利要求1至3任一所述的一种复合相变路面用沥青混合料，其特征在于，所述大孔隙沥青混合料中混合的集料为96份，矿粉4份，沥青4.7份，玄武岩纤维0.21份。

5.根据权利要求1至3任一所述的一种复合相变路面用沥青混合料，其特征在于，所述大孔隙沥青混合料中混合的集料为97份，矿粉4份，沥青3.9份，玄武岩纤维0.21份。

6.一种基于权利要求3所述的一种复合相变路面用沥青混合料的制备方法，其特征在于制备加工步骤如下：

步骤S001：对沥青混合料底部及四周做密封和防渗处理；

步骤S002：称取集料88-110份，矿粉3-7份，沥青3.5-6份，并将集料、矿粉和沥青加热至所需温度；

步骤S003：将集料、矿粉和沥青按步骤S002所述的份额混合并按规定方法碾压成大孔隙沥青混合料，保证孔隙率在18%-28%，并静置沥青混合料降至大气温度；

步骤S004：配制水溶胶，水溶胶的主胶成分的质量分数为20%-50%，将水溶胶灌满至大孔隙沥青混合料中，之后刮平大孔隙沥青混合料表面并待水溶胶干燥形成隔离膜；

步骤S005：将相变材料加热至液体，灌满多孔的沥青混合料后刮平表面，养护完成后即得相变沥青混合料，再将相变沥青混合料铺设在沥青路面上即可。

7.根据权利要求6所述的一种复合相变路面用沥青混合料的制备方法，其特征在于，在步骤S004和步骤S005中，水溶胶和相变材料在灌注至大孔隙沥青混合料中时可使用震动器以进行震动。

8.根据权利要求6所述的一种复合相变路面用沥青混合料的制备方法，其特征在于，在步骤S002中，采用的矿粉为石灰石矿粉，密度为2.263g/cm³，塑性指数为2.3。

9.根据权利要求6所述的一种复合相变路面用沥青混合料的制备方法，其特征在于，在步骤S002中，采用的沥青为70号A级沥青，针入度76 0.1mm，软化点47.4℃，15℃延度大于100cm，溶解度99.7%，闪点285℃，25℃密度1030 g/cm³，蜡含量1.9wt.%。

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