一種復(fù)合相變降溫瀝青路面材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種復(fù)合相變降溫瀝青路面材料，該材料將具有儲能功效的相變材料通過溶膠凝膠法制備定形復(fù)合相變材料，干燥、研磨、表面疏水改性，干燥后得定形復(fù)合相變顆粒，篩分后用以替代一定粒徑的集料或填料應(yīng)用于瀝青混合料中，獲得復(fù)合相變降溫瀝青路面材料，該材料具有良好的降低瀝青路面溫度的效果，提高瀝青路面的高溫穩(wěn)定性，同時可緩解城市熱島效應(yīng)。
【專利說明】一種復(fù)合相變降溫瀝青路面材料
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種復(fù)合相變降溫浙青路面材料的制備方法，該復(fù)合相變降溫浙青材料可應(yīng)用于道路工程領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會經(jīng)濟與公路交通運輸事業(yè)的的迅速發(fā)展，浙青路面以其平整度高、行車舒適性好、噪音低等多種優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于公路、城市道路以及機場等交通設(shè)施的建設(shè)中。據(jù)統(tǒng)計，我國現(xiàn)有道路中浙青路面約占50%，其中在建、重建或大中修的高速公路中90%以上采用了浙青路面。但浙青作為一種典型的粘彈性材料，決定了浙青路面性能易受荷載與溫度的影響。特別隨著全球氣候變暖和氣候異常，在我國大部分地區(qū)夏季炎熱，氣溫往往超過35°C甚至達到40°C以上，而浙青又是一種吸熱材料，它的太陽熱吸收率達到0.85~
0.95，使浙青路面表面溫度高達60°C以上，已超過道路浙青的軟化點溫度，且隨著溫度升高，變形量愈大，使浙青路面的高溫穩(wěn)定性受到嚴峻的考驗，從而產(chǎn)生車轍、擁包、推擠、泛油、搓板等熱穩(wěn)性病害，嚴重影響浙青路面的路用性能及交通安全；同時，高溫的浙青路面還釋放出大量的浙青揮發(fā)物，影響人居環(huán)境，且蓄積了大量熱量的浙青路面不斷釋放熱量導(dǎo)致周圍氣溫升高，加劇了城市熱島效應(yīng)。若能采取某種措施降低浙青路面溫度，則可有效地減輕由高溫帶來的負面影響。
[0003]相變材料(phase change materials,PCM)或稱相變儲能材料,是指在一定溫度范圍內(nèi)，即相變溫度范圍內(nèi)改變其相態(tài)(如從固態(tài)到液態(tài)或從液態(tài)到固態(tài))，以潛熱的形式吸收、貯存或釋放大量熱量而本身溫度保持不變的材料。相變材料具有熱能貯存和溫度調(diào)節(jié)控制的特性，使其在許多領(lǐng)域具有應(yīng)用價值，如太陽能利用、電力調(diào)峰、廢熱利用、跨季節(jié)儲熱和儲冷、食物保鮮、建筑隔熱保溫、電子器件熱保護、紡織服裝、農(nóng)業(yè)等。但相變材料在公路交通領(lǐng)域的應(yīng)用尚處于探索研究階段，日本和我國對相變材料在水泥混凝土路面中的應(yīng)用進行了嘗試，而對其在浙青混凝土路面中的應(yīng)用研究則剛剛開始。
[0004]中國專利CN101029216A “一種自調(diào)溫公路相變材料及生產(chǎn)方法”，提出一種由脂肪酸、硫酸鉀、殼聚糖、聚丙烯酰胺、漂珠、水鎂石、葉蠟石、有機硅乳液、石蠟和氫氧化鈉十種材料按一定質(zhì)量比例復(fù)合而成的相變材料，從理論上分析了調(diào)溫機理，但并未提到如何應(yīng)用到公路中。中國專利CN101333094A “一種相變浙青路面材料的制備方法”，中國專利CN101333094A “一種相變浙青路面材料的制備方法”，提出在有促凝劑的條件下由相變材料、硅溶膠、支撐材料、偶聯(lián)劑制備出相變浙青改性劑，其中為氯化鈣或氯化鎂，但二氧化硅溶膠在有氯化鈣類促凝劑的加入會降低降乙二醇的結(jié)晶性能，甚至形成絡(luò)合結(jié)構(gòu)，使聚乙二醇的結(jié)晶度大大降低，導(dǎo)致相變潛熱下降(參考文獻見劉少華等，聚乙二醇與鈣離子的相互作用研究，生物醫(yī)學(xué)工程雜志，1990，7 (4);莊錦樹，聚乙二醇與氯化鈣形成配合物的表征，福建師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)1991，7 (2))。中國專利CN102134829A “自調(diào)溫冷拌浙青混凝土及其制備方法”，提出由集料、填料、石蠟與膨脹石墨復(fù)合相變材料、水和改性乳化浙青獲得自調(diào)溫冷拌浙青混凝土，是一種冷拌浙青混凝土。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種無促凝劑二氧化硅定形復(fù)合相變材料應(yīng)用于熱拌浙青混合料中，獲得復(fù)合相變降溫浙青路面材料，該路面材料具有良好的降低路面溫度的效果，提高浙青路面的高溫穩(wěn)定性，同時可緩解城市熱島效應(yīng)。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:復(fù)合相變降溫路面材料由粗集料、細集料、填料、無促凝劑二氧化娃定形復(fù)合相變材料、纖維和浙青或改性浙青按一定質(zhì)量比例熱拌而成，各原材料所占質(zhì)量百分數(shù)為:粗集料50~80%，細集料10~30%，填料O~10%，無促凝劑二氧化硅定形復(fù)合相變材料2~10%，纖維O~0.5%，浙青4~7%。
[0007]所述粗集料、細集料為玄武巖、石灰?guī)r或花崗巖等，填料為石灰石礦粉，纖維為木質(zhì)素纖維、礦物纖維或聚合物化學(xué)纖維，浙青為道路石油浙青或SBS改性浙青。
[0008]所述定形復(fù)合相變材料由二氧化硅、有機固-液相變材料和偶聯(lián)劑復(fù)合、改性而成，其中二氧化硅作為載體基質(zhì)，有機固-液相變料作為相變物質(zhì)，偶聯(lián)劑作為表面疏水改性劑；其中各原材料的質(zhì)量比為硅溶膠:有機固-液相變材料:偶聯(lián)劑=100: 15~200:
0.15 ~3。
[0009]該定形復(fù)合相變材料的相變溫度為40~70°C，相變潛熱為100~180J/g。
[0010]所述的載體基質(zhì)二氧化硅為硅溶膠，pH值為8~10.5。硅溶膠的質(zhì)量濃度為15%~50%，有機固-液相變材料為聚乙二醇(分子量為2000~200000)、脂肪醇類(十二醇、十四醇、十八醇等)、脂肪酸類(十二烷酸、十四烷酸、棕櫚酸、硬脂酸、二十二烷酸、月桂酸、葵酸、肉豆蘧酸等)、脂肪酸酯類(硬脂酸丁酯、二硬脂酸乙二醇酯等)，偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑或鈦酸酯偶聯(lián)劑。
[0011]所述定形復(fù)合相變材料的制`備方法是將相變材料分散于硅溶膠中，在40~60°C水浴下強力攪拌使其凝膠化，70~90°C的烘箱中鼓風(fēng)干燥12~24h，冷卻至室溫，研磨成粉末，粉末加入偶聯(lián)劑的稀釋液中，于80~100°C溫度下強力攪拌反應(yīng)2~4h，使其表面疏水改性，除去溶劑，所得表面疏水粉末置入70~80°C烘箱中鼓風(fēng)干燥4~6h，研磨后得定形復(fù)合相變材料，粉末粒徑< 0.6mm。
[0012]上述復(fù)合相變降溫路面材料的制備方法，它包括如下步驟:
O按各原材料所占質(zhì)量百分數(shù)為:粗集料50~80%，細集料10~30%，填料O~10%，定形復(fù)合相變材料2~10%，纖維O~0.5%，浙青4~6%，準(zhǔn)備材料備用；
2)將粗集料、細集料、填料、定形復(fù)合相變材料、纖維于160~180°C烘箱中預(yù)熱2~24h,優(yōu)選4~6h ;
3)烘熱的集料、定形復(fù)合相變材料和纖維在試驗盆中進行手工攪拌分散后，倒入攪拌鍋中攪拌均勻，拌和溫度設(shè)為140~175°C，添加熱浙青拌和均勻，得混合料；
4)將上述混合料按試驗規(guī)程要求壓實成型試件，養(yǎng)護脫模后，得復(fù)合相變降溫路面材料。
[0013]本發(fā)明將相變材料應(yīng)用到浙青混合料中，形成復(fù)合相變降溫浙青路面材料，在高溫條件下可降低路面溫度2~10°C。其工作原理是當(dāng)外界環(huán)境溫度劇烈升高時，復(fù)合相變降溫路面材料利用其相變過程將白天高溫時的太陽能進行轉(zhuǎn)化，減緩路面溫度的變化，避免路面長時間處于高溫狀態(tài)，不但減少路面熱穩(wěn)性病害，而且減少路面向環(huán)境散熱，降低周邊環(huán)境溫度。此外，據(jù)統(tǒng)計如果夏季城區(qū)氣溫降低rc，空調(diào)用電可節(jié)約10%，全國可節(jié)約.1000億千瓦時，折合1700萬噸標(biāo)煤。所以，將相變材料應(yīng)用到浙青路面中形成相變自調(diào)溫路面，可有效避免熱穩(wěn)性病害的產(chǎn)生、延長道路使用壽命、減少道路的維修費用、提高交通安全；同時，可有效緩解熱島效應(yīng)、節(jié)省能源、改善人居環(huán)境。
【具體實施方式】
[0014]為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施進一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實施例。
[0015]實施例1。
[0016]復(fù)合相變降溫路面材料由粗集料、細集料、定形復(fù)合相變材料、70#SBS改性浙青熱拌而成，各原材料所占質(zhì)量百分數(shù)為:粗集料70.0%，細集料18.0%，定形復(fù)合相變材料7.0%, SBS 改性浙青 5.0%。
[0017]粗、細集料均為玄武巖，最大公稱粒徑為13.2mm。
[0018]定形復(fù)合相變材料是將聚乙二醇2000分散于30%硅溶膠中，其中硅溶膠與聚乙二醇2000的質(zhì)量比為100: 120，于50°C水浴溫度下強力攪拌使其凝膠化，85°C的烘箱中鼓風(fēng)干燥24h，冷卻至室溫，研磨成粉末，粉末加入質(zhì)量比為粉末樣品1.0%硅烷偶聯(lián)劑KH-570的無水乙醇溶液中，90°C下強力攪拌反應(yīng)3h，使其表面疏水改性，所得表面疏水粉末置入.80°C烘箱中鼓風(fēng)干燥6h，研磨后得定形復(fù)合相變材料，粉末粒徑< 0.3mm。
[0019]該定形復(fù)合相變材料的相變溫度為45.30C，相變潛熱為120J/g。本發(fā)明的熱特性參數(shù)均采用耐馳綜合熱分析儀STA449C，以下同此。
[0020]上述復(fù)合相變降溫路面材料的制備方法，它包括如下步驟:
O按各原材料所占質(zhì)量百分數(shù)為:粗集料70.0%，細集料18.0%，定形復(fù)合相變材料
.7.0%，SBS改性浙青5.0%，準(zhǔn)備材料備用；
2)將粗集料、細集料、定形復(fù)合相變材料于180°C烘箱中預(yù)熱4h；
3)烘熱的集料和定形復(fù)合相變材料在試驗盆中進行手工攪拌分散后，倒入攪拌鍋中攪拌90s，拌和溫度設(shè)為170°C，添加熱SBS改性浙青拌和90s，得混合料；
4)將上述混合料按試驗規(guī)程要求壓實成型馬歇爾試件，養(yǎng)護脫模后，得復(fù)合相變降溫路面材料。相關(guān)技術(shù)性能如表1所示。
[0021]實施例2。
[0022]復(fù)合相變降溫路面材料由粗集料、細集料、定形復(fù)合相變材料、70#浙青熱拌而成，各原材料所占質(zhì)量百分數(shù)為:粗集料70%，細集料19%，定形復(fù)合相變材料6.2%，70#浙青
.4.8%。
[0023]所述粗、細集料為石灰?guī)r，最大公稱粒徑為13.2mm。
[0024]所述定形復(fù)合相變材料是將聚乙二醇4000分散于40%硅溶膠
中，其中硅溶膠與聚乙二醇2000的質(zhì)量比為100: 120，于50°C水浴溫度下強力攪拌使其凝膠化，850C的烘箱中鼓風(fēng)干燥24h，冷卻至室溫，研磨成粉末，粉末加入質(zhì)量比為粉末樣品1.0%硅烷偶聯(lián)劑KH-570的無水乙醇溶液中，90°C下強力攪拌反應(yīng)3h，使其表面疏水改性，所得表面疏水粉末置入80°C烘箱中鼓風(fēng)干燥6h，研磨后得定形復(fù)合相變材料，粉末粒徑< 0.15mm。[0025]該定形復(fù)合相變材料的相變溫度為47.20C，相變潛熱為130.lj/g。
[0026]上述復(fù)合相變降溫路面材料的制備方法，它包括如下步驟:
1)按各原材料所占質(zhì)量百分數(shù)為:各原材料所占質(zhì)量百分數(shù)為:粗集料70%，細集料19%，定形復(fù)合相變材料6.2%，70#浙青4.8%，準(zhǔn)備材料備用；
2)將粗集料、細集料、定形復(fù)合相變材料于165°C烘箱中預(yù)熱4h；
3)烘熱的集料和定形復(fù)合相變材料在試驗盆中進行手工攪拌分散后，倒入攪拌鍋中攪拌90s，拌和溫度設(shè)為150°C，添加熱70#浙青拌和90s，得混合料；
4)將上述混合料按試驗規(guī)程要求壓實成型馬歇爾試件，養(yǎng)護脫模后，得復(fù)合相變降溫路面材料。相關(guān)技術(shù)性能如表1所示。
[0027]實施例3。
[0028]復(fù)合相變降溫路面材料由粗集料、細集料、定形復(fù)合相變材料、礦粉、SBS改性浙青熱拌而成，各原材料所占質(zhì)量百分數(shù)為:粗集料70.0%,細集料14.0%,定形復(fù)合相變材料
7.0%，礦粉3.9%，SBS改性浙青5.1%。
[0029]所述粗、細集料為花崗巖，最大公稱粒徑為13.2mm。
[0030]所述定形復(fù)合相變材料是將十八醇分散于30%硅溶膠中，其中硅溶膠與十八醇的質(zhì)量比為100: 120，于55°C水浴溫度下強力攪拌使其凝膠化，80°C的烘箱中鼓風(fēng)干燥24h，冷卻至室溫，研磨成粉末，粉末加入質(zhì)量比為粉末樣品0.8%鈦酸酯偶聯(lián)劑的無水乙醇溶液中，80°C下強力攪拌反應(yīng)2.5`h，使其表面疏水改性，所得表面疏水粉末置入80°C烘箱中鼓風(fēng)干燥4h，研磨后得定形復(fù)合相變材料，粉末粒徑< 0.6_。
[0031]該定形復(fù)合相變材料的相變溫度為55.10C，相變潛熱為160J/g。
[0032]上述復(fù)合相變降溫路面材料的制備方法，它包括如下步驟:
1)按各原材料所占質(zhì)量百分數(shù)為:各原材料所占質(zhì)量百分數(shù)為:粗集料70.0%，細集料14.0%，定形復(fù)合相變材料7.0%，礦粉3.9%，SBS改性浙青5.1%，準(zhǔn)備材料備用；
2)將粗集料、細集料、定形復(fù)合相變材料于180°C烘箱中預(yù)熱4h；
3)烘熱的集料、定形復(fù)合相變材料和礦粉在試驗盆中進行手工攪拌分散后，倒入攪拌鍋中攪拌90s，拌和溫度設(shè)為170°C，添加熱SBS改性浙青拌和90s，得混合料；
4)將上述混合料按試驗規(guī)程要求壓實成型馬歇爾試件，養(yǎng)護脫模后，得復(fù)合相變降溫路面材料。相關(guān)技術(shù)性能如表1所示。
[0033]實施例4。
[0034]復(fù)合相變降溫路面材料由粗集料、細集料、定形復(fù)合相變材料、礦粉、聚酯纖維、SBS改性浙青熱拌而成，各原材料所占質(zhì)量百分數(shù)為:粗集料71.0%，細集料8.0%，定形復(fù)合相變材料5.0%，礦粉10.0%，聚酯纖維0.3%，SBS改性浙青5.7%。
[0035]所述粗、細集料為石灰?guī)r，最大公稱粒徑為13.2mm。
[0036]所述定形復(fù)合相變材料是將二十二烷酸分散于40%硅溶膠中，其中硅溶膠與二十二烷酸質(zhì)量比為100: 160，于60°C水浴溫度下強力攪拌使其凝膠化，80°C的烘箱中鼓風(fēng)干燥24h，冷卻至室溫，研磨成粉末，粉末加入質(zhì)量比為粉末樣品1.0%鈦酸酯偶聯(lián)劑的無水乙醇溶液中，80°C下強力攪拌反應(yīng)2.5h，使其表面疏水改性，所得表面疏水粉末置入80°C烘箱中鼓風(fēng)干燥4h，研磨后得定形復(fù)合相變材料，粉末粒徑< 0.6mm。
[0037]該定形復(fù)合相變材料的相變溫度為42°C，相變潛熱為150J/g。[0038]上述復(fù)合相變降溫路面材料的制備方法，它包括如下步驟:
1)按各原材料所占質(zhì)量百分數(shù)為:各原材料所占質(zhì)量百分數(shù)為:粗集料71.0%，細集料
8.0%，定形復(fù)合相變材料5.0%，礦粉10.0%，聚酯纖維0.3%，SBS改性浙青5.7%，準(zhǔn)備材料備用；
2)將粗集料、細集料、定形復(fù)合相變材料、礦粉、聚酯纖維于180°C烘箱中預(yù)熱4h；
3)烘熱的集料、定形復(fù)合相變材料、礦粉和聚酯纖維在試驗盆中進行手工攪拌分散后，倒入攪拌鍋中攪拌90s，拌和溫度設(shè)為170°C，添加熱SBS改性浙青拌和90s，得混合料；
4)將上述混合料按試驗規(guī)程要求壓實成型馬歇爾試件，養(yǎng)護脫模后，得復(fù)合相變降溫路面材料。相關(guān)技術(shù)性能如表1所示。
[0039]表1各實施例相關(guān)技術(shù)性能
【權(quán)利要求】
1.一種復(fù)合相變降溫浙青路面材料，該路面材料由粗集料、細集料、填料、無促凝劑二氧化硅定形復(fù)合相變材料、纖維和浙青按照一定質(zhì)量比例熱拌而成，各原材料所占質(zhì)量百分數(shù)為:粗集料50~80%，細集料10~30%，填料O~10%，定形復(fù)合相變材料2~10%，纖維O~0.5%,浙青4~7%。
2.權(quán)利要求1所述粗集料、細集料為玄武巖、石灰?guī)r或花崗巖，所述的填料為石灰石礦粉，所述的浙青為道路石油浙青或SBS改性浙青，所述的纖維為木質(zhì)素纖維、礦物纖維或聚合物化學(xué)纖維。
3.權(quán)利要求1所述定形復(fù)合相變材料由二氧化硅、有機固-液相變材料和偶聯(lián)劑復(fù)合、改性而成，其中二氧化硅作為載體基質(zhì)，有機固-液相變料作為相變物質(zhì)，偶聯(lián)劑作為表面疏水改性劑。
4.權(quán)利要求1所述定形復(fù)合相變材料，載體基質(zhì)為硅溶膠，其質(zhì)量濃度為15%~50%，有機固-液相變材料選自為聚乙二醇、脂肪醇類、脂肪酸類、脂肪酸酯類中的一種或多種的混合，偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑或鈦酸酯偶聯(lián)劑。
5.權(quán)利要求1所述定形復(fù)合相變材料,其中各原材料的質(zhì)量比為硅溶膠:有機固-液相變材料:偶聯(lián)劑=100: 15~200: 0.15~3。
6.一種權(quán)利要求1所述復(fù)合相變降溫路面材料的制備方法，包括如下步驟: .O按各原材料所占質(zhì)量百分數(shù)為:粗集料50~80%，細集料10~30%，填料O~10%，定形復(fù)合相變材料2~10%，纖維O~0.5%，浙青4~7%，準(zhǔn)備材料備用； . 2)將粗集料、細集料、填料、定形復(fù)合相變材料、纖維于160~180°C烘箱中預(yù)熱2~24h,優(yōu)選4~6h ; .3)烘熱的集料、定形復(fù)合相變材料和纖維在試驗盆中進行手工攪拌分散后，倒入攪拌鍋中攪拌均勻，拌和溫度設(shè)為140~175°C，添加熱浙青拌和均勻，得混合料； .4)將上述混合料按試驗規(guī)程要求壓實成型試件，養(yǎng)護脫模后，得復(fù)合相變降溫路面材料。
【文檔編號】C04B26/26GK103508701SQ201210198503
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年6月17日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月17日
【發(fā)明者】朱洪洲, 何麗紅, 唐伯明, 尚婷, 陳輝強, 李菁若, 陳晨 申請人:朱洪洲