CN117585929B - 一种具有包覆层的骨料的制备方法和一种降温路面材料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有包覆层的骨料的制备方法和一种降温路面材料，具有包覆层的骨料从内到外包括骨料、可见光‑近红外光谱辐射反射层（反射层）和太阳辐射光谱全反射‑红外发射层（发射层）、反射层的厚度为10‑20μm；发射层的厚度为20‑30μm；骨料包括石灰岩或玄武岩，骨料粒径范围不低于4.75mm。反射层为白色乳胶漆，发射层的原料包括第二水性高分子乳液、纳米颗粒和助剂，其中第二水性高分子乳液与纳米粒子的质量比范围为2:1‑3:1。降温路面材料包括具有包覆层的骨料，还包括矿粉、沥青、不具有包覆层的骨料。
Description
技术领域
本发明涉及沥青路面材料技术领域，尤其涉及一种具有包覆层的骨料的制备方法和一种降温路面材料。
背景技术
沥青混合料是一种由沥青、矿物集料和空隙组成的多相材料。其中，黑褐色表观的沥青作为胶结料均匀地裹覆在集料表面，使沥青路面表现出高达0.9-0.95的太阳辐射吸收率。吸收的光能转化为沥青路面的内能，以热能的形式表现出来，导致沥青路面的温度的上升。炎热夏季，沥青路面的最高温度可以达到60℃以上，某些极端炎热天气甚至可以达到70℃。过高的路面温度不仅会对沥青路面的路用性能和使用寿命产生影响，还会加剧城市热岛效应。
太阳辐射主要由波长小于380nm的紫外辐射（约占6%）、波长范围在380-780nm的可见光辐射（约占52%）和波长范围在780-2500nm的近红外光辐射（约占42%）组成。因此，降低沥青路面对太阳可见和近红外辐射的吸收可大幅降低沥青路面温度。
此外，任何温度高于绝对零度的物体都会源源不断的向外界进行热辐射，称为红外辐射。物体向外辐射能量的能力称为发射率。且大气中的微粒对波长范围在8-13μm的红外波（也称“大气窗口”）吸收率低，因此该波段的红外辐射可以透过地球表面大气层发射至外太空。增强沥青路面在8-13μm范围的发射率可实现沥青路面的自降温。
目前反射材料在沥青路面的应用形式通常以道路上表面涂层的形式出现，但路表的涂层不仅会降低路面的抗滑性能，涂层的耐磨性和耐久性差也限制了涂层材料在道路表面的应用。此外，反射涂层通常以白色的表观出现，会导致眩光等安全问题。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种具有包覆层的骨料的制备方法和一种降温路面材料，其中的具有包覆层的骨料外依次包覆有可见光-近红外光谱辐射反射层、太阳辐射光谱全反射-红外发射层，使得骨料具有光谱高反射、红外低发射的降温特征，将其作为降温路面材料的组分，配以沥青等其他原料，形成的降温路面材料能降低沥青路面太阳辐射吸收率、增强大气窗口发射率、缓解道路温度过高的问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：
一种具有包覆层的骨料的制备方法，包括以下步骤：
S1：将骨料在加热设备中于115℃下加热1h；骨料包括石灰岩或玄武岩，骨料粒径范围不低于4.75mm；设置上述加热温度和时间的目的是去除骨料中的水分，保持骨料干燥洁净；设置上述骨料粒径范围的原因是考虑到涂层结构会影响骨料表面纹理，细集料的表面纹理会严重影响骨料之间的内摩擦力及其对沥青的吸附作用，从而影响沥青混合料的强度，因此涂层骨料粒径需不低于4.75mm。
S2：根据可见光-近红外光谱辐射反射层密度和太阳辐射光谱全反射-红外发射层密度，分别计算出所需可见光-近红外光谱辐射反射层乳胶漆和太阳辐射光谱全反射-红外发射层涂料质量，称量各层组分，分别向可见光-近红外光谱辐射反射层原料组分的混合物中和太阳辐射光谱全反射-红外发射层原料组分的混合物中加入各自层原料组分质量总和3-5倍的水并经搅拌稀释。
S3：将稀释后的可见光-近红外光谱辐射反射层原料组分与步骤S1的骨料于拌合装置内混合，在105℃的条件下，以公转48r/min，自转76r/min的速度进行拌合，直至乳胶漆中水分完全蒸发，以使可见光-近红外光谱辐射反射层乳胶漆粘附于骨料表面；可见光-近红外光谱辐射反射层的厚度为10-20μm；设置上述温度的目的是使乳胶漆中的水分蒸发，设置上述公转速度和自转速度的目的一是保证在乳胶漆的干燥过程中乳胶漆均匀裹附于骨料表面，二是保证其公转和自转速度与一般沥青混合料拌合过程中的速度一致，使骨料反射层裹附过程操作简单，设备易得，适用性强；设置上述反射层厚度的目的是1、反射层厚度过薄不仅会导致反射层在骨料外的裹附不均匀不充分，此外，因涂层骨料需应用于沥青混合料，涂层外侧不可避免的会裹附一层沥青膜，反射层过薄，沥青膜会掩盖反射层对可见光-近红外波长范围内的反射率，因此反射层厚度需大于10μm。2、反射层的厚度不宜过厚。因涂层骨料需应用于沥青混合料作为路面材料，沥青混合料的强度严重影响路面的承载力。首先过厚的涂层会掩盖骨料表面的纹理，而沥青混合料的强度由骨料的内摩阻力、嵌挤力及沥青胶结料与骨料的粘附力构成，掩盖骨料表面的纹理将会影响骨料之间的内摩阻力和嵌挤力。其次，随反射层厚度增加，其降温效果的增强也在持续减弱。因此反射层厚度设置小于20μm。设置反射层是对发射层在可见光-近红外光范围内反射率不足的补充。
S4：将稀释后的太阳辐射光谱全反射-红外发射层涂料与经过步骤S3处理后的骨料于拌合装置内混合，在105℃的条件下，以公转48r/min，自转76r/min的速度进行拌合，直至涂料中水分完全蒸发，以使太阳辐射光谱全反射-红外发射层涂料粘附于可见光-近红外光谱辐射反射层表面，即得到具有包覆层的骨料；太阳辐射光谱全反射-红外发射层的厚度为20-30μm。设置上述温度的目的是使涂料中的水分蒸发，设置上述公转速度和自转速度的目的一是保证涂料在干燥过程中均匀裹附于骨料表面，二是保证其公转和自转速度与一般沥青混合料拌合过程中的速度一致，使骨料发射层裹附过程操作简单，设备易得，适用性强；设置上述发射层厚度大于20μm的目的是：1.保证发射层可以均匀充分的裹附于反射层表面；2.为了保证发射层在沥青膜的裹附下其在大气窗口区的发射率，发射层的膜厚越高，其辐射制冷效果越好；设置上述发射层厚度小于30μm的目的是：发射层过厚会影响骨料表面纹理，从而影响骨料之间的内摩擦力和嵌挤力。此外，发射层过厚会影响骨料对沥青的吸附，影响沥青与骨料之间的粘附性。因此，发射层的厚度不宜超过30μm。本发明设置发射层的目的是，1.发射层中的纳米颗粒在紫外光范围内具有极高的反射率，可以弥补反射层中对紫外辐射反射的不足，进一步提高涂层骨料对太阳辐射的反射效率。其次，沥青作为有机高分子材料，在紫外辐射下，沥青分子链受到紫外光的激发由基态转为激发态，极易与空气中的氧气发生氧化反应从而老化硬化，导致沥青混合料出现裂缝，坑槽，剥离等病害，降低沥青路面的服役寿命。因此发射层中的纳米粒子可以起到沥青抗老化的作用。2.发射层中的聚合物在大气窗口（8-13μm）内具有高发射率。沥青路面在大气窗口外的辐射，均会被大气吸收，这不仅会导致沥青路面周围的大气环境的进一步升温，且沥青路面的降温速率也会随路面与周围环境温度差的缩小而降低。发射层中的聚合物会提高沥青路面在大气窗口内的发射率，可以突破地球大气层对沥青路面产生热辐射的吸收，直接向外太空辐射热量，根本上降低沥青路面周围微系统内的热总量，其降温速率不仅不受周围环境温度影响，还可以缓解温室效应。
进一步的，上述可见光-近红外光谱辐射反射层为市售成品白色水性乳胶漆，或者高反射白色乳胶漆，其中高反射白色乳胶漆的原料包括：第一水性高分子乳液、白色颜填料、填料、消泡剂、分散剂和成膜剂；其中各组分的质量百分含量为：第一水性高分子乳液40-60%，白色颜填料25-40%，填料5-10%，去离子水10-15%，余量为羟乙基纤维素、消泡剂、分散剂和成膜剂。
更进一步的，上述市售成品白色水性乳胶漆为对可见光-近红外光的反射率高于90%的白色乳胶漆；第一水性高分子乳液中的聚合物为纯丙、苯丙、叔醋、醋丙、聚醋酸乙烯中的一种或几种；所述白色颜填料为钛白颜料、立德粉、氧化锌、锑白中的一种或几种；所述填料为碳酸钙、滑石粉、硅灰石粉、高岭土、石英粉中的一种或几种。
进一步的，上述太阳辐射光谱全反射-红外发射层的原料包括第二水性高分子乳液、纳米颗粒和助剂，其中第二水性高分子乳液与纳米粒子的质量比范围为2:1-3:1。
更进一步的，上述第二水性高分子乳液中的聚合物为聚环氧乙烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏二氟乙烯、聚六氟丙烯中的一种或几种；所述纳米颗粒为纳米SiO2、纳米Al2O3、纳米TiO2、纳米ZnO中的一种或几种；其中太阳辐射光谱全反射-红外发射层原料的助剂包括消泡剂、分散剂和成膜剂。
进一步的，上述骨料的表观相对密度≥2.60，压碎值≤26%，洛杉矶磨耗损失≤28%，吸水率≤2%，坚固性≤12%，针片状颗粒含量≤15%。
本发明同步提供了一种降温路面材料，包括上述制备方法制得的具有包覆层的骨料，还包括矿粉、沥青、不具有包覆层的骨料，所述具有包覆层的骨料和不具有包覆层的骨料质量之和与矿粉、沥青的质量份比例为：100:5.4:6，以满足沥青混合料最佳油石比的要求。其中具有包覆层的骨料占具有包覆层的骨料和不具有包覆层的骨料质量之和的23.5-30%。
进一步的，上述沥青的类型为石油沥青，降温路面材料级配类型为连续密级配沥青混凝土（AC-10、AC-13、AC-16等）。
进一步的，上述沥青在具有包覆层的骨料表面形成厚度为6-8μm的沥青层，所述沥青层在25℃下0.1mm的针入度范围为60-70dmm。
本发明相比现有技术的先进性在于：
1）本发明的具有包覆层的骨料，以白色乳胶漆作为可见光-近红外光谱辐射反射层，可增强对太阳可见光及近红外光辐射的反射；太阳辐射光谱全反射-红外发射层以在中红外波段具有高发射率的聚合物乳液作为基体、以在紫外波段具有高反射率的纳米粒子作为填料，所选聚合物在8-13μm的红外波段具有高发射率，通过透过大气的长波辐射透过窗口将热量辐射到外太空，从而达到降低路面温度的目的，纳米粒子对太阳辐射全波段，尤其是紫外波段的反射率高，通过对太阳辐射的反射，降低沥青混合料对太阳辐射热的吸收，从而达到降低路面温度的目的；太阳辐射光谱全反射-红外发射层可弥补可见光-近红外光谱辐射反射层对紫外反射的不足，以及增强涂层在中红外波段对热量的辐射效率。
2）本发明提出的具有包覆层的骨料用于沥青混合料中，制备成降温路面材料，既可以提高降温路面材料对太阳辐射全波段的反射能力，减少热量的吸收，还可以提高降温路面材料在中红外波段，尤其是8-13μm范围内的发射率，提高降温路面材料的辐射放热能力，从而达到降低沥青路面温度的目的。
3）本发明在通过马歇尔设计方法对混合料进行组成设计，确定矿料级配和最佳油石比的基础上，综合考虑沥青对具有包覆层的骨料的平均有效包覆厚度，以降低沥青层对骨料涂层的光学遮蔽效果。本发明提供的具有包覆层的骨料，具有基于反射与发射协同增效的降温作用；其作为降温路面材料的组分使用，在保证降低沥青路面太阳吸收率和提高大气窗口发射率的情况下，不影响沥青路面的表面纹理，使用寿命和表观颜色。
本发明提出的骨料降温涂层结构及应用骨料降温涂层结构的降温路面材料既可以提高沥青路面对太阳辐射全波段的反射能力，减少热量的吸收，还可以提高沥青路面在中红外波段，尤其是8-13μm范围内的发射率，提高沥青路面的辐射放热能力。因此，本发明提出的基于反射与发射协同增效的降温路面材料可以有效降低沥青路面温度，缓解城市热岛效应，延缓沥青路面热老化，极具推广价值和应用前景。
附图说明
图1为本发明的降温路面材料和具有包覆层的骨料的示意图，其中（a）为降温路面材料的结构示意图，（b）为具有包覆层的骨料结构示意图；
其中 1-可见光-近红外光谱辐射反射层；2-太阳辐射光谱全反射-红外发射层；3-沥青层；4-骨料；
图2为本发明的具有包覆层的骨料中不同涂层结构的紫外-可见光-近红外光谱图；
其中：C1、仅裹附沥青膜的骨料；C2、本发明具有包覆层的骨料；
图3为本发明的降温路面材料，在室外环境下，马歇尔试件2cm深度下的温度变化图；
其中：T1、使用与具有包覆层同粒径、同质量份的不含包覆层骨料的沥青马歇尔试件；T2、使用本发明实施例具有包覆层的骨料的沥青马歇尔试件。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种具有包覆层的骨料，其结构如图1（b）所示，从内到外包括骨料4、可见光-近红外光谱辐射反射层1（下称：反射层）、太阳辐射光谱全反射-红外发射层2（下称发射层）。其中，骨料4的粒径为9.5-13.2mm的粗骨料，本实施例采用的骨料4为石灰岩；反射层的厚度为15μm；发射层的厚度为25μm。
上述具有包覆层的骨料的制备方法包括以下步骤：
步骤1：可见光-近红外光谱辐射反射层的裹附
具体实施时，反射层可以使用成品白色水性乳胶漆或自制高反射白色乳胶漆。本实施例采用成品白色水性乳胶漆，骨料表面的反射层由成品白色水性乳胶漆凝固而成，凝固的乳胶漆膜厚度平均值为15μm。反射层粘附凝固的过程如下：
取粒径范围为9.5-13.2mm的骨料。根据骨料质量，粗骨料比表面积（0.41m2/kg），乳胶漆固含量（60%），涂层平均厚度（15μm），涂层密度（1.26g/cm3）确定所需涂层材料质量份。将所需质量份的涂层材料加入3倍的水稀释。
将粒径范围为9.5-13.2mm的粗骨料于115℃下加热1h后，与稀释后的反射层乳胶漆混合。将混合物置于拌合装置内，在105℃的条件下，以公转48r/min，自转76r/min的速度进行拌合，直至乳胶漆中水分完全蒸发，从而使反射层乳胶漆粘附于骨料表面。
步骤2：太阳辐射光谱全反射-红外发射层的制备和裹附
本实施例中的水性高分子乳液为聚甲基丙烯酸甲酯乳液， 75质量份，纳米粒子为纳米SiO2和纳米TiO2，分别取12.5质量份。将乳液和纳米粒子混合，并根据需要添加消泡剂、分散剂、成膜剂等助剂。对上述混合溶液置于剪力搅拌装置中在600-900r/min的转速下搅拌12h形成均质溶液。
根据骨料的质量，粗骨料比表面积（0.41m2/kg），涂料固含量（70%），涂层平均厚度（25μm），涂层密度（1.97g/cm3）确定所需涂层材料质量份。将所需质量份的涂层材料加入3倍的水稀释；
将经过反射层裹附的粗骨料于115℃下加热0.5h后，与稀释后的涂料混合。将混合物置于拌合装置内，在105℃的条件下，以公转48r/min，自转76r/min的速度进行拌合，直至涂料中水分完全蒸发。从而使发射层涂料粘附于反射层表面，得到所述具有包覆层的骨料。
实施例2
一种基于具有包覆层的骨料的降温路面材料的制备方法：
将100质量份的骨料（包含23.5质量份实施例1中所得具有包覆层的骨料）、6质量份的矿粉在烘箱中加热至178℃，其中骨料级配按照AC-13的级配中值确定。将5.4质量份的沥青加热至163℃，其中沥青为70号石油沥青。将加热至预定温度的骨料、矿粉和沥青按照一定次序置于163℃的沥青混合料拌合锅内拌合，使沥青膜均匀裹附于骨料表面，所得降温路面材料的结构示意如图1所示，沥青在具有包覆层的骨料形成平均有效厚度7μm厚度沥青层3。
实施例3
一种具有包覆层的骨料，其结构如图1（b）所示，从内到外包括骨料4、可见光-近红外光谱辐射反射层1（下称：反射层）、太阳辐射光谱全反射-红外发射层2（下称：发射层）。其中，骨料4的粒径为9.5-16mm的粗骨料 ，本实施例采用的骨料为石灰岩；反射层的厚度为15μm；发射层的厚度为25μm。
上述具有包覆层的骨料的制备方法包括以下步骤：
步骤1：可见光-近红外光谱辐射反射层的制备与裹附
具体实施时，反射层可以使用成品白色水性乳胶漆或自制高反射白色乳胶漆。本实施例采用自制高反射白色乳胶漆，其中水性高分子乳液为苯丙乳液，50质量份；白色颜填料为钛白粉，30质量份；填料为碳酸钙，8质量份，分散剂1质量份和羟乙基纤维素1质量份。将白色颜填料，填料，分散剂，羟乙基纤维素与10质量份去离子水混合，将混合溶液置于高速剪切机中在2000-4000r/min下剪切1h，形成白浆。将白浆加入乳液中，在拌合装置下以100-200r/min速度搅拌24h形成均质溶液。
取粒径范围为9.5-16mm的骨料。根据骨料质量，粗骨料比表面积（0.41m2/kg），乳胶漆固含量（65%），涂层平均厚度（15μm），涂层密度（1.21g/cm3）确定所需涂层材料质量份。将所需质量份的涂层材料加入3倍的水稀释。
将粒径范围为9.5-16mm的粗骨料于115℃下加热1h后，与稀释后的反射层乳胶漆混合。将混合物置于拌合装置内，在105℃的条件下，以公转48r/min，自转76r/min的速度进行拌合，直至乳胶漆中水分完全蒸发。从而使反射层乳胶漆粘附于骨料表面。
步骤2：太阳辐射光谱全反射-红外发射层的制备和裹附
本实施例中的水性高分子乳液为聚甲基丙烯酸甲酯乳液， 65质量份，纳米粒子为纳米ZnO和纳米TiO2，分别取17.5质量份。 将乳液和纳米粒子混合，并根据需要添加消泡剂、分散剂、成膜剂等助剂。对上述混合溶液置于剪力搅拌装置中在600-900r/min的转速下搅拌12h形成均质溶液。
根据骨料的质量，粗骨料比表面积（0.41m2/kg），涂料固含量（75%），涂层平均厚度（25μm），涂层密度（2.06g/cm3）确定所需涂层材料质量份。将所需质量份的涂层材料加入3倍的水稀释；
将经反射层裹附的粗骨料于115℃下加热0.5h后，与稀释后的涂料混合。将混合物置于拌合装置内，在105℃的条件下，以公转48r/min，自转76r/min的速度进行拌合，直至涂料中水分完全蒸发。从而使发射层涂料粘附于反射层表面，得到所述具有包覆层的骨料。
实施例4
一种基于具有包覆层的骨料的降温路面材料的制备方法：
将100质量份的骨料（包含30质量份实施例3所得的具有包覆层的骨料）、6质量份的矿粉在烘箱中加热至178℃，其中骨料级配按照AC-16的级配中值确定。将5.4质量份的沥青加热至163℃，其中沥青为70号石油沥青。将加热至预定温度的骨料、矿粉和沥青按照一定次序置于163℃的沥青混合料拌合锅内拌合，使沥青膜均匀裹附于骨料表面，沥青在具有包覆层的骨料形成平均有效厚度7μm厚度沥青层。
实施例5
一种具有包覆层的骨料，从内到外包括骨料、可见光-近红外光谱辐射反射层。其中，骨料的粒径为大于9.5-13.2mm的粗骨料，本实施例采用的骨料为石灰岩；反射层的厚度为15μm。
上述具有包覆层的骨料的制备方法包括以下步骤：
步骤1：可见光-近红外光谱辐射反射层的裹附
具体实施时，反射层可以使用成品白色水性乳胶漆或自制高反射白色乳胶漆。本实施例采用自制高反射白色乳胶漆，其中水性高分子乳液为纯丙乳液，40质量份；白色颜填料为立德粉，40质量份；填料为滑石粉，5质量份，分散剂1质量份，成膜剂0.5质量份，羟乙基纤维素1质量份。将颜填料，填料，分散剂，羟乙基纤维素与12.5质量份去离子水混合，将混合溶液置于高速剪切机中在2000-4000r/min下剪切1h，形成白浆。将白浆加入乳液中，在拌合装置下以100-200r/min速度搅拌24h形成均质溶液。取粒径范围为9.5-13.2mm的骨料。根据骨料质量，粗骨料比表面积（0.41m2/kg），乳胶漆固含量（75%），涂层平均厚度（15μm），涂层密度（1.35g/cm3）确定所需涂层材料质量份。将所需质量份的涂层材料加入3倍的水稀释。
将粒径范围为9.5-13.2mm的粗骨料于115℃下加热1h后，与稀释后的反射层乳胶漆混合。将混合物置于拌合装置内，在105℃的条件下，以公转48r/min，自转76r/min的速度进行拌合，直至乳胶漆中水分完全蒸发。从而使反射层乳胶漆粘附于骨料表面，得到具有包覆层的骨料。
实施例6
一种基于具有包覆层的骨料的降温路面材料的制备方法：
将100质量份的骨料（包含23.5质量份实施例5所得具有包覆层的骨料）、6质量份的矿粉在烘箱中加热至178℃，其中骨料级配按照AC-13的级配中值确定。将5.4质量份的沥青加热至163℃，其中沥青为70号石油沥青。将加热至预定温度的骨料、矿粉和沥青按照一定次序置于163℃的沥青混合料拌合锅内拌合，使沥青膜均匀裹附于骨料表面，沥青在具有包覆层的骨料形成平均有效厚度7μm厚度的沥青层。
实施例7
一种具有包覆层的骨料，从内到外包括骨料、可见光-近红外光谱辐射反射层。其中，骨料的粒径为大于9.5-13.2mm的粗骨料，本实施例采用的骨料为石灰岩；反射层的厚度为20μm。
上述具有包覆层的骨料的制备方法包括以下步骤：
步骤1：可见光-近红外光谱辐射反射层的裹附
具体实施时，反射层可以使用成品白色水性乳胶漆或自制高反射白色乳胶漆。本实施例采用自制高反射白色乳胶漆，其中水性高分子乳液为纯丙乳液，60质量份；白色颜填料为立德粉，25质量份；填料为滑石粉，5质量份，羟乙基纤维素1质量份。将颜填料，填料，羟乙基纤维素与10质量份去离子水混合，将混合溶液置于高速剪切机中在2000-4000r/min下剪切1h，形成白浆。将白浆加入乳液中，在拌合装置下以100-200r/min速度搅拌24h形成均质溶液。取粒径范围为9.5-13.2mm的骨料。根据骨料质量，粗骨料比表面积（0.41m2/kg），乳胶漆固含量（55%），涂层平均厚度（20μm），涂层密度（1.13g/cm3）确定所需涂层材料质量份。将所需质量份的涂层材料加入3倍的水稀释。
将粒径范围为9.5-13.2mm的粗骨料于115℃下加热1h后，与稀释后的反射层乳胶漆混合。将混合物置于拌合装置内，在105℃的条件下，以公转48r/min，自转76r/min的速度进行拌合，直至乳胶漆中水分完全蒸发。从而使反射层乳胶漆粘附于骨料表面，得到具有包覆层的骨料。
实施例8
一种基于具有包覆层的骨料的降温路面材料的制备方法：
将100质量份的骨料（包含23.5质量份实施例7所得具有包覆层的骨料）、6质量份的矿粉在烘箱中加热至178℃，其中骨料级配按照AC-13的级配中值确定。将5.4质量份的沥青加热至163℃，其中沥青为70号石油沥青。将加热至预定温度的骨料、矿粉和沥青按照一定次序置于163℃的沥青混合料拌合锅内拌合，使沥青膜均匀裹附于骨料表面，沥青在具有包覆层的骨料形成平均有效厚度7μm厚度的沥青层。
实施例9
一种具有包覆层的骨料，从内到外包括骨料、太阳辐射光谱全反射-红外发射层。其中，骨料的粒径为大于9.5-13.2mm的粗骨料，本实施例采用的骨料为石灰岩；发射层的厚度为25μm。
上述具有包覆层的骨料的制备方法包括以下步骤：
步骤1： 太阳辐射光谱全反射-红外发射层的制备和裹附
本实施例中的水性高分子乳液为聚甲基丙烯酸甲酯乳液， 75质量份，纳米粒子为纳米SiO2和纳米TiO2，分别取12.5质量份。将乳液和纳米粒子混合，并根据需要添加消泡剂、分散剂、成膜剂等助剂。对上述混合溶液置于剪力搅拌装置中在600-900r/min的转速下搅拌12h形成均质溶液。
根据骨料的质量，粗骨料比表面积（0.41m2/kg），涂料固含量（70%），涂层平均厚度（25μm），涂层密度（1.97g/cm3）确定所需涂层材料质量份。将所需质量份的涂层材料加入3倍的水稀释；
将粗骨料于115℃下加热0.5h后，与稀释后的涂料混合。将混合物置于拌合装置内，在105℃的条件下，以公转48r/min，自转76r/min的速度进行拌合，直至涂料中水分完全蒸发。从而使发射层涂料粘附于反射层表面，得到具有包覆层的骨料。
实施例10
一种基于具有包覆层的骨料的降温路面材料的制备方法：
将100质量份的骨料（包含23.5质量份实施例9所得的具有包覆层的骨料）、6质量份的矿粉在烘箱中加热至178℃，其中骨料级配按照AC-13的级配中值确定。将5.4质量份的沥青加热至163℃，其中沥青为70号石油沥青。将加热至预定温度的骨料、矿粉和沥青按照一定次序置于163℃的沥青混合料拌合锅内拌合，使沥青膜均匀裹附于骨料表面，沥青在具有包覆层的骨料形成平均有效厚度7μm厚度沥青层。
实施例11
一种具有包覆层的骨料，从内到外包括骨料、太阳辐射光谱全反射-红外发射层。其中，骨料的粒径为大于9.5-13.2mm的粗骨料，本实施例采用的骨料为石灰岩；发射层的厚度为30μm。
上述具有包覆层的骨料的制备方法包括以下步骤：
步骤1：太阳辐射光谱全反射-红外发射层的制备和裹附
本实施例中的水性高分子乳液为聚甲基丙烯酸甲酯乳液，70质量份，纳米粒子为纳米SiO2和纳米TiO2，分别取15质量份。将乳液和纳米粒子混合，并根据需要添加消泡剂、分散剂、成膜剂等助剂。对上述混合溶液置于剪力搅拌装置中在600-900r/min的转速下搅拌12h形成均质溶液。
根据骨料的质量，粗骨料比表面积（0.41m2/kg），涂料固含量（70%），涂层平均厚度（30μm），涂层密度（1.97g/cm3）确定所需涂层材料质量份。将所需质量份的涂层材料加入3倍的水稀释；
将粗骨料于115℃下加热0.5h后，与稀释后的涂料混合。将混合物置于拌合装置内，在105℃的条件下，以公转48r/min，自转76r/min的速度进行拌合，直至涂料中水分完全蒸发。从而使发射层涂料粘附于反射层表面，得到具有包覆层的骨料。
实施例12
一种基于具有包覆层的骨料的降温路面材料的制备方法：
将100质量份的骨料（包含23.5质量份实施例11所得的具有包覆层的骨料）、6质量份的矿粉在烘箱中加热至178℃，其中骨料级配按照AC-13的级配中值确定。将5.4质量份的沥青加热至163℃，其中沥青为70号石油沥青。将加热至预定温度的骨料、矿粉和沥青按照一定次序置于163℃的沥青混合料拌合锅内拌合，使沥青膜均匀裹附于骨料表面，沥青在具有包覆层的骨料形成平均有效厚度7μm厚度沥青层。
效果验证
将使用本发明实施例1所得的具有包覆层的骨料和仅涂覆沥青层的骨料（未改性骨料）作为样品进行紫外-可见光-近红外光谱分析，实验结果见附图2。
与未改性的骨料相比，本发明具有包覆层的骨料的反射率显著上升，尤其是在可见光-近红外光波长范围的反射率显著上升。因此，本发明提出的骨料涂层结构可以大大提高沥青路面对太阳辐射的反射作用，从而降低路面温度。
将使用同粒径、同质量份未包覆骨料的普通沥青混合料（普通沥青混合料）和本发明实施例2降温路面材料分别通过马歇尔击实仪制备成马歇尔试件，并分别命名为T1、T2。在距离马歇尔试件上表面2cm处钻取小口，并将热电偶贴入孔内，再用聚氨酯泡沫包裹马歇尔试件隔绝马歇尔试件与环境的对流换热。在室外太阳直射的环境下进行温度测试，测试结果见附图3。
与普通沥青混合料的马歇尔试件相比，本发明具有包覆层骨料的沥青混合料的马歇尔试件内部温度更低，且其降温作用在一天中的高温时段，即上午11时至下午4时最明显，改性沥青混合料在白天的最高温度要比普通沥青混合料的最高温度低5~6℃。
将使用同粒径、同质量份未包覆骨料的普通沥青混合料（普通沥青混合料）和本发明实施例2、4、6、8、10、12的降温路面材料分别通过马歇尔击实仪制备成马歇尔试件，并分别命名为T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7。在距离马歇尔试件上表面2cm处钻取小口，并将热电偶贴入孔内，再用聚氨酯泡沫包裹马歇尔试件隔绝马歇尔试件与环境的对流换热。在室外太阳直射的环境下进行温度测试，其中不同试件一天中的最高，最低温度见表1。
表1 不同实施例所得马歇尔试件室外测温最高及最低温度
由表1可知，T1的最高温度最高，说明涂层结构可以有效降低沥青材料对太阳辐射的吸收，从而降低路面温度。T2、T3的最低温度均小于T1温度，说明该骨料涂层具有被动辐射降温的效果。T4的最高温度略大于T2最高温度，且最低温度远高于T2，说明缺少太阳辐射光谱全反射-红外发射层的骨料结构对中红外波段的辐射率降低，对大气辐射的反射也降低，导致试件温度整体升高。T6的最高温度远大于T2最高温度，且最低温度高于T2，说明缺少可见光-近红外光谱辐射反射层，沥青路面的太阳辐射反射率降低，对太阳辐射的吸收增加。因此太阳辐射光谱全反射-红外发射层与可见光-近红外光谱辐射反射层可协同降低沥青路面材料对太阳辐射的吸收，提高红外辐射能力，从而协同降低路面温度。T5的最高最低温度均低于T4，说明增加反射层厚度有助于提高降温效果，同样T7的最高最低温度均低于T6，也说明增加发射层厚度同样有助于提高降温材料的降温效果。
综上所述，本发明提出的具有包覆层的骨料，既可以提高沥青路面对太阳辐射全波段的反射能力，减少热量的吸收，还可以提高沥青路面在中红外波段，尤其是8-13μm范围内的发射率，提高沥青路面的辐射放热能力。
因此，本发明提出的具有包覆层的骨料可以有效降低沥青路面温度。沥青路面温度的降低不仅可以延缓沥青路面热老化，提升沥青路面的路用性能，延长沥青路面的使用寿命，还可以缓解城市热岛效应，降低城市能耗。此外，该降温路面材料制备方法简单，适用于工业生产，成本低廉，具有极高的社会经济效益。
上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种具有包覆层的骨料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将骨料在加热设备中于115℃下加热1h；所述骨料包括石灰岩或玄武岩，骨料粒径范围不低于4.75mm；
S2：根据可见光近红外光谱辐射反射层密度和太阳辐射光谱全反射/>红外发射层密度，分别计算出所需可见光/>近红外光谱辐射反射层乳胶漆和太阳辐射光谱全反射/>红外发射层涂料质量，称量各层组分，分别向可见光/>近红外光谱辐射反射层原料组分的混合物中和太阳辐射光谱全反射/>红外发射层原料组分的混合物中加入各自层原料组分质量总和3/>5倍的水并经搅拌稀释；
S3：将稀释后的可见光近红外光谱辐射反射层原料组分与步骤S1的骨料于拌合装置内混合，在105℃的条件下，以公转48r/min，自转76r/min的速度进行拌合，直至乳胶漆中水分完全蒸发，以使可见光/>近红外光谱辐射反射层乳胶漆粘附于骨料表面；可见光/>近红外光谱辐射反射层的厚度为/>；
S4：将稀释后的太阳辐射光谱全反射红外发射层涂料与经过步骤S3处理后的骨料于拌合装置内混合，在105℃的条件下，以公转48r/min，自转76r/min的速度进行拌合，直至涂料中水分完全蒸发，以使太阳辐射光谱全反射/>红外发射层涂料粘附于可见光/>近红外光谱辐射反射层表面，即得到所述具有包覆层的骨料；太阳辐射光谱全反射/>红外发射层的厚度为/>；
所述可见光近红外光谱辐射反射层为市售成品白色水性乳胶漆或者高反射白色乳胶漆，其中高反射白色乳胶漆的原料包括：第一水性高分子乳液、白色颜填料、填料、消泡剂、分散剂和成膜剂；
其中高反射白色乳胶漆各组分的质量百分含量为：第一水性高分子乳液，白色颜填料/>，填料/>，去离子水/>，余量为羟乙基纤维素、消泡剂、分散剂和成膜剂；
所述市售成品白色水性乳胶漆为对可见光近红外光的反射率高于90%的白色乳胶漆；
所述第一水性高分子乳液中的聚合物为纯丙、苯丙、叔醋、醋丙、聚醋酸乙烯中的一种或几种；
所述白色颜填料为钛白颜料、立德粉、氧化锌、锑白中的一种或几种；
所述填料为碳酸钙、滑石粉、硅灰石粉、高岭土、石英粉中的一种或几种；
所述太阳辐射光谱全反射红外发射层的原料包括第二水性高分子乳液、纳米颗粒和助剂，其中第二水性高分子乳液与纳米颗粒的质量比范围为2:1/>3:1；
所述第二水性高分子乳液中的聚合物为聚环氧乙烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏二氟乙烯、聚六氟丙烯中的一种或几种；
所述纳米颗粒为纳米SiO2、纳米Al2O3、纳米TiO2、纳米ZnO中的一种或几种；
其中太阳辐射光谱全反射红外发射层原料的助剂包括消泡剂、分散剂和成膜剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
所述骨料的表观相对密度≥2.60，压碎值≤26%，洛杉矶磨耗损失≤28%，吸水率≤2%，坚固性≤12%，针片状颗粒含量≤15%。
3.一种降温路面材料，其特征在于，包括权利要求12中任一权利要求所述的制备方法制得的具有包覆层的骨料，还包括矿粉、沥青、不具有包覆层的骨料，所述具有包覆层的骨料和不具有包覆层的骨料质量之和与矿粉、沥青的质量份比例为：100:5.4:6，其中具有包覆层的骨料占具有包覆层的骨料和不具有包覆层的骨料质量之和的23.5/>30%。
4.根据权利要求3所述的降温路面材料，其特征在于，所述沥青的类型为石油沥青，所述降温路面材料的级配类型为连续密级配沥青混凝土；所述连续密级配沥青混凝土包括AC10、AC/>13、AC/>16中的一种或多种。
5.根据权利要求3所述的降温路面材料，其特征在于，所述沥青在具有包覆层的骨料表面形成厚度为68μm的沥青层，所述沥青层在25℃下0.1mm的针入度范围为60/>70dmm。
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