CN115093163A - 一种“冬暖夏凉”型双相变自调温沥青混合料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种“冬暖夏凉”型双相变自调温沥青混合料，通过将一种高温相变材料及一种低温相变材料复配后掺入沥青混合料中，赋予沥青路面在高温条件下延缓路面升温速率、在低温条件下延缓路面降温速率的功能性，实现沥青路面冬暖夏凉的双相变调温效果。包括天然矿质集料、沥青、矿粉及双相变材料；各原料的质量分数为：集料85～90％，沥青4～6％，填料4～6％，双相变材料1～3％。该“冬暖夏凉”型双相变自调温沥青混合料的最低温度峰值比普通沥青混合料高2℃左右，且当普通沥青混合料降温至0℃时，双相变沥青混合料的温度为2～3℃，说明该“冬暖夏凉”型双相变自调温沥青混合料具有良好的调温效果及融冰化雪效果。
Description
技术领域
本发明为一种“冬暖夏凉”型双相变自调温沥青混合料，属于功能性路面材料技术领域。
背景技术
沥青路面具有铺装成本低、维修养护便利、铺装效果好等优点，在我国高等级路面中占有率超过90％。但由于沥青属于粘弹性材料，具有较高的温度敏感性，在实际工程应用中会面临着温度变化带来的负面影响。在夏季，由于气温较高，太阳辐射较强，沥青路面吸热能力较强，因此沥青路面温度往往高达65℃以上。一方面，路面温度超过沥青的软化点，影响了沥青混合料的热稳定性，导致沥青路面产生车辙、推移等病害；另一方面，高温的沥青路面会不断地储热、散热，提升周围环境的温度，加剧了热岛效应。而在冬季，由于气温较低，沥青路面温度往往会降至0℃以下，一方面，沥青在低温环境下变脆变硬，导致沥青混合料产生开裂现象；另一方面，沥青路面长期保持低温状态，导致路面在低温雨雪冰冻气候下易产生结冰或积雪现象，严重影响交通运输的安全。
而相变材料是一类能够在相变温度范围内通过相态转变进行热量储存或释放的材料。可以将具有不同相变温度的相变材料加入沥青混合料中，在夏季路面升温至某一温度范围时相变材料可通过相态转变吸收热量，延缓沥青路面升温速率，从而降低沥青路面温度最高值，从而起到减少沥青路面车辙病害及降低路面热岛效应的效果；在冬季路面降温至某一温度范围时相变材料可通过相态转变释放热量，来延缓沥青路面降温速率，从而升高沥青路面温度最低值，从而起到减少沥青路面低温开裂及减少路面冰雪的作用。
本发明针对上述状况，提出了一种“冬暖夏凉”型双相变自调温沥青混合料。其目的在于：将一种具有较高相变温度(40℃～50℃)的相变材料及一种较低相变温度(-5℃～5℃)的相变材料复配后掺入沥青混合料中，赋予沥青路面在高温条件下延缓路面升温速率、在低温条件下延缓路面降温速率的功能性，从而缓解沥青路面夏季车辙病害及热岛效应、冬季低温开裂及结冰积雪等问题，实现沥青路面冬暖夏凉的双相变调温效果。
发明内容
本发明为一种“冬暖夏凉”型双相变自调温沥青混合料，将一种高温相变材料及一种低温相变材料复配后制备双相变材料，然后按照本发明规定的制备方法，将集料、沥青、填料及双相变材料按规定比例制备成双相变自调温沥青混合料。通过混合料中两种相变材料的相态转变，在高温温度域(40℃～50℃)及低温温度域(-5℃～5℃)两个温度范围中主动对路面中的热量进行吸收或释放，从而赋予沥青路面在高温条件下延缓路面升温速率、在低温条件下延缓路面降温速率的功能性，实现沥青路面冬暖夏凉的双相变调温效果。与常见调温路面相比，该双相变自调温沥青混合料制备工艺简单，材料成本较低，不需要额外供能，能够在冬、夏两季进行路面调温，突破了调温路面仅能够在一个温度域内进行温度调控的限制。
本发明采用的技术方案为一种“冬暖夏凉”型双相变自调温沥青混合料，包括天然矿质集料、沥青、矿粉及双相变材料；各原料的质量分数为：集料85～90％，沥青4～6％，填料4～6％，双相变材料1～3％。
所述集料为玄武岩、石灰岩、花岗岩等，其公称最大粒径为13.2mm，其性能要求均满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)要求；
所述沥青为SBS改性沥青、高黏高弹改性沥青等；
所述填料为矿渣微粉或者消石灰粉等；
所述双相变材料由一种高温相变材料及一种低温相变材料按照1：1～1：3的比例复配而成。其中高温相变材料由分子量为1500的聚乙二醇(PEG)和50目的膨胀石墨(EG)通过80℃熔融共混后再真空吸附4h复合而成；高温相变材料中PEG1500的质量分数为85～95％，其相变吸热区间为40～50℃，相变潜热160～190J/g；低温相变材料由分子量为400的PEG和50目的EG通过80℃熔融共混后再真空吸附4h复合而成，低温相变材料中PEG400的质量分数为85～95％，其相变放热区间为-5～5℃，相变潜热100～130J/g。
本发明提出一种“冬暖夏凉”型双相变自调温沥青混合料。其制备方法主要包含以下几个步骤：
步骤一：按照各原材料的质量百分比准备材料，其中：集料85～90％，沥青4～6％，填料4～6％，双相变材料1～3％。将矿料及沥青按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011中规定的温度及时间进行提前加热。双相变材料不做加热处理。
步骤二：首先将加热后的粗、细集料及沥青倒入拌和锅中拌和均匀，再加入常温的双相变材料及热矿粉，搅拌至均匀；
步骤三：按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTGE20-2011，通过击实法或压实法制备双相变自调温沥青混合料试件，经24～48h室温养护后可得“冬暖夏凉”型双相变自调温沥青混合料。
本发明的“冬暖夏凉”型双相变自调温沥青混合料，制备工艺简单，材料成本较低，不需要额外供能，可以在高温条件下延缓路面升温速率、在低温条件下延缓路面降温速率，实现沥青路面冬暖夏凉的双相变调温效果，能够缓解沥青路面夏季车辙病害及热岛效应、冬季低温开裂及结冰积雪等问题，对节约能源及环境保护具有重要的作用。
附图说明
图1：双相变沥青混合料在高温条件下的调温效果。
图2：双相变沥青混合料在低温条件下的调温效果。
具体实施方式
下面结合以下实施例对本发明的技术方案进行进一步的说明，但本发明不限于以下实施例。
实施例1：
一种“冬暖夏凉”型双相变自调温沥青混合料。它由玄武岩集料、SBS改性沥青、矿粉、双相变材料组成。各原料的质量百分比为：玄武岩集料89％，沥青5％，填料4％，双相变材料2％。
上述玄武岩集料公称最大粒径为13.2mm。
上述双相变材料制备方式：
首先制备高温复合相变材料。将PEG1500在80℃条件下高温熔融至液态，然后将其与干燥至恒重的50目EG以90：10的质量比在80℃水浴条件下熔融共混，通过高扭矩搅拌机在600r/min的转速下使两者充分搅拌均匀，然后将两者置于真空干燥箱中真空吸附4h后取出陈化1h，即可制得高温相变材料。高温复合相变材料的相变吸热区间为41.0℃-46.5℃，相变潜热为178.5J/g；
然后制备低温复合相变材料。将PEG400在80℃条件下高温熔融至液态，然后将其与干燥至恒重的50目EG以90：10的质量比在80℃水浴条件下熔融共混，通过高扭矩搅拌机在600r/min的转速下使两者充分搅拌均匀，然后将两者置于真空干燥箱中真空吸附4h后取出陈化1h，即可制得低温相变材料。低温复合相变材料的相变放热区间为-4.5℃～2.6℃，相变潜热为118.9J/g；
然后将高温相变材料与低温相变材料按照1：1的比例复配，即可制得双相变材料。
“冬暖夏凉”型双相变自调温沥青混合料的制备步骤为：
步骤一：按照各原材料的质量百分比准备材料，其中：集料89％，沥青5％，填料4％，双相变材料2％。将集料及沥青按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTGE20-2011中规定的温度及时间进行提前加热，矿料185℃加热4h，沥青175℃加热3h。双相变材料不做加热处理。
步骤二：首先将加热后的粗、细集料及沥青倒入拌和锅中拌和90s，再加入常温的双相变材料及热矿粉，搅拌90s；
步骤三：按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTGE20-2011，通过击实法或压实法制备双相变自调温沥青混合料试件，经24h或48h室温养护后可得“冬暖夏凉”型双相变自调温沥青混合料。
该“冬暖夏凉”型双相变自调温沥青混合料的体积参数如表1所示。
表1双相变自调温沥青混合料的体积参数
该“冬暖夏凉”型双相变自调温沥青混合料的高温性能如表2所示。
表2双相变自调温沥青混合料的高温性能
| 测试参数 | 动稳定度(60℃，0.7MPa，次/mm) | 车辙深度(mm) |
| 双相变自调温沥青混合料 | 5075 | 1.135 |
| 规范要求 | ≥3000 | / |
该“冬暖夏凉”型双相变自调温沥青混合料的高温调温性能如图1所示。
图中可以看出，在升温过程中，该“冬暖夏凉”型双相变自调温沥青混合料的最高温度峰值比普通沥青混合料低2～3℃，具有良好的调温效果。
该“冬暖夏凉”型双相变自调温沥青混合料的低温调温性能如图2所示。
图中可以看出，在降温过程中，该“冬暖夏凉”型双相变自调温沥青混合料的最低温度峰值比普通沥青混合料高2℃左右，且当普通沥青混合料降温至0℃时，双相变沥青混合料的温度为2～3℃，说明该“冬暖夏凉”型双相变自调温沥青混合料具有良好的调温效果及融冰化雪效果。
Claims (6)
1.一种“冬暖夏凉”型双相变自调温沥青混合料，其特征在于：包括天然矿质集料、沥青、矿粉及双相变材料；各原料的质量分数为：集料85～90％，沥青4～6％，填料4～6％，双相变材料1～3％。
2.根据权利要求1所述的一种“冬暖夏凉”型双相变自调温沥青混合料，其特征在于：所述集料为玄武岩、石灰岩或花岗岩，集料的公称最大粒径为13.2mm。
3.根据权利要求1所述的一种“冬暖夏凉”型双相变自调温沥青混合料，其特征在于：所述沥青为SBS改性沥青、高黏高弹改性沥青。
4.根据权利要求1所述的一种“冬暖夏凉”型双相变自调温沥青混合料，其特征在于：所述填料为矿渣微粉或者消石灰粉。
5.根据权利要求1所述的一种“冬暖夏凉”型双相变自调温沥青混合料，其特征在于：所述双相变材料由一种高温相变材料及一种低温相变材料按照1：1～1：3的比例复配而成；其中高温相变材料由分子量为1500的聚乙二醇PEG和50目的膨胀石墨EG通过80℃熔融共混后再真空吸附4h复合而成；高温相变材料中PEG1500的质量分数为85～95％，其相变吸热区间为40～50℃，相变潜热160～190J/g；低温相变材料由分子量为400的PEG和50目的EG通过80℃熔融共混后再真空吸附4h复合而成，低温相变材料中PEG400的质量分数为85～95％，其相变放热区间为-5～5℃，相变潜热100～130J/g。
6.根据权利要求1所述的一种“冬暖夏凉”型双相变自调温沥青混合料的制备方法，其特征在于：包含以下几个步骤：
步骤一：按照各原材料的质量百分比准备材料，其中：集料85～90％，沥青4～6％，填料4～6％，双相变材料1～3％；将矿料及沥青按照规定的温度及时间进行提前加热；双相变材料不做加热处理；
步骤二：首先将加热后的粗、细集料及沥青倒入拌和锅中拌和均匀，再加入常温的双相变材料及热矿粉，搅拌至均匀；
步骤三：按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTGE20-2011，通过击实法或压实法制备双相变自调温沥青混合料试件，经24～48h室温养护后可得“冬暖夏凉”型双相变自调温沥青混合料。
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