專利名稱：相變調溫水泥瀝青復合式混凝土及其制備方法
相變調溫水泥瀝青復合式混凝土及其制備方法技術領域
本發明屬于高性能路面材料技術領域，特別是涉及相變調溫水泥浙青復合式混凝土及其制備方法。
背景技術：
浙青路面由于平整度高、噪音小、行車舒適等優點已經越來越多的應用在高等級路面中。浙青是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。同時，浙青又是一種吸熱材料，對太陽熱輻射的吸收率高達0. 80 0. 95，導致夏季浙青路面溫度遠高于氣溫。路面高溫是產生車轍的最直接誘因，同時路面受到高溫炙烤，會降低司乘人員的舒適度，并易引發車輛爆胎甚至自燃，造成嚴重交通事故。路面高溫還會加劇城市的熱島效應，而城市熱島效應加劇城市污染，降低人居環境質量，同時加大城市能耗及地表大氣的熱擴散，影響人們身體健康。城市道路在城市面積中所占的比例較大，其中基本上都是浙青路面，浙青路面的黑顏色對光的反射率非常低，在太陽直射下，浙青路面上的溫度比綠地上高18°C，如果能降低路面溫度，無疑會緩解城市熱島效應。
對于降低路面溫度已經有相關文獻和專利，中國專利CN201010140756. 8 “降低路面溫度的集料及利用其制備浙青混合料的方法”采用粒徑為4. 75mm 9. 5mm的廢舊陶瓷顆粒按體積比18% 22%替換該粒徑范圍的石料，制備的混合料的導熱系數0. 680ff/m · K 0. 690ff/m · K，減少了車轍病害和城市熱島效應，但該方法制備的混合料中陶瓷顆粒與浙青粘附性較差，路用性能有待提高。中國專利CN200920206701.5 “降低路面溫度的光熱反射型浙青混凝土路面結構”采用在路面層上表面噴涂光熱反射型涂層，在光熱反射型涂層上表面撒布抗滑集料層，該路面具有高的光熱反射率，從而減少了路面熱吸收率，降低路面的溫度。但考慮到路表的磨耗，該反射型涂層的使用壽命較短。
利用相變材料(PCM，Phase Change Materials)的相變潛熱來實現能量的儲存和利用，同時利用其相變時溫度近似恒定的特性，可以實現體系溫度的控制。目前國內外有一些對采用PCM來調節、控制浙青路面溫度的相關文獻。中國專利CN 200710090229.9種自調溫公路相變材料及生產方法”，提到了采用PCM對太陽能儲釋，調控路面溫度，以避免路面冬季霜凍安全隱患和冰凍產生裂縫，提高道路行駛安全，但沒有特指浙青路面。在有關介紹PCM應用領域時，有提到了含有PCM的浙青路面可以防止道路、橋梁結冰。中國專利 CN200810048628. 3 “一種相變浙青路面材料的制備方法”提出了由相變材料、促凝劑、支撐材料、偶聯劑以及集料、填料、纖維與浙青制備相變浙青路面材料，其特征是將相變材料加入到浙青中制備相變改性浙青，并將這種相變改性浙青用于熱拌浙青混合料中制備相變路面材料，但該相變路面材料高溫穩定性不好。中國專利201110042023. 5“自調溫冷拌浙青混凝土及其制備方法”提出了將復合相變材料加入到基于微表處技術的冷拌浙青混合料中， 采用冷拌方式有效避免高溫拌合條件下復合相變材料的泄漏，制備的混凝土能有效降低路面溫度。但該方法是基于微表處技術，與本發明所采用的技術路線不同。發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術而提供一種工藝簡單、成本低、 易實施的具有降低路面溫度功能的相變調溫水泥浙青復合式混凝土及其制備方法。
本發明解決上述技術問題所采取的技術方案是相變調溫水泥浙青復合式混凝土，其特征在于其是將摻有相變材料的水泥膠漿以自流平的方式灌注到大孔隙浙青混凝土中以保證其空隙被完全填滿，其中大孔隙浙青混凝土各組分摻加比例以質量百分比計為 集料88 91%，礦粉5 7%，改性浙青4 5%，其孔隙率為20% 30% ；摻有相變材料的水泥膠漿各組分摻加比例以質量百分比計為水泥40 45%，細砂15 20%，粉煤灰5 7%， 水25 30%,膨脹劑0. 6 1. 5%,復合相變材料5 10%,減水劑0. 3 0. 5%。
按上述方案，所述的集料壓碎值應不大于20%，針片狀含量不大于10%。
按上述方案，所述的礦粉為石灰石礦粉，且符合《公路浙青路面施工技術規范》中對填料的技術要求。
按上述方案，所述的改性浙青為高粘度TPS改性浙青，60°C粘度為90000 Pa. S。
按上述方案，所述的細砂為機制砂或河砂，且其粒徑< 0. 6mm。
按上述方案，所述的粉煤灰為I級或II級粉煤灰，粒徑< 0. 6mm。
按上述方案，所述的膨脹劑為UEA膨脹劑。
按上述方案，所述的復合相變材料為石蠟和膨脹石墨復合而成，膨脹石墨與石蠟的質量比為1 :8 9，所述的復合相變材料的相變溫度為4(T50°C，相變熱為15(Tl60kJ/kg。
按上述方案，所述的減水劑為VIVID-500聚羧酸超塑化劑。
相變調溫水泥浙青復合式混凝土的制備方法，其特征在于它包括如下步驟1)按各原料所占重量百分數為集料88 91%，礦粉5 7%，改性浙青4 5%，選取集料、礦粉和改性浙青，備用；2)將集料烘至170 180°C后，再加入礦粉和改性浙青拌合制備浙青混合料，按《公路工程浙青及浙青混合料試驗規程》的輪碾法成型大孔隙浙青混凝土，保證孔隙率在20% 30% ；3)按各原料所占重量百分數為水泥40 45%，細砂15 20%，粉煤灰5 7%，水25 30%，膨脹劑0. 6 1. 5%，復合相變材料5 10%，減水劑0. 3 0. 5%，稱取水泥、細砂、粉煤灰、水、膨脹劑、復合相變材料和減水劑備用；4)將步驟3)中所述水泥、細砂、粉煤灰、膨脹劑和復合相變材料拌合均勻，再加入水和減水劑攪拌均勻后得到流動度適宜IOs 14s的水泥膠漿；5)將步驟4)中制備的水泥膠漿以自流平的方式灌注到步驟2)中所制備的大孔隙浙青混凝土中，灌注過程中采用平板振動器輔助貫入，整個灌注過程應在20分鐘內完成，灌注充分以保證其空隙被完全填滿后，用橡膠刮板刮除多余的漿液，以暴露出浙青混合料試件表面的凹凸不平為宜，養護3天后即得相變調溫水泥浙青復合式混凝土。
本發明的基本原理為復合相變材料通過相態轉變過程中的潛熱形式的熱量儲存與釋放，可以進行熱能貯存和溫度調節控制，使材料的溫度能夠在合理溫度范圍內保持較長時間，且控制材料的高溫和低溫極值及其出現時間，減小溫度變化速率和溫度梯度。據此，可以將相變材料摻入浙青混凝土中，開發自調溫浙青混凝土。當環境氣溫升高或外部有熱流進入浙青混凝土路面時，路面溫度將隨之升高，溫度高于相變材料相變溫度后，相變材料將進行相態轉換，吸收并儲存部分熱量，用于提高混凝土溫度的熱量將相應減少，混合料升溫速率降低，相同時間內浙青混凝土路面與混合料達到的高溫溫度減小，達到削峰的效果。當環境氣溫降低或外部有冷流進入浙青混凝土路面時，與此過程相反，相變材料的摻入可以達到填谷的效果。同時，在高低溫交替變化過程中，浙青混凝土路面的溫度變化幅度將相應減小，使浙青混凝土路面在一定時間段內維持在某一穩定溫度變化范圍。在浙青混合料中摻入相變材料，可以主動改善浙青混凝土路面的使用溫度狀況。
該相變調溫水泥浙青復合式混凝土在滿足路用性能的基礎上，利用其組成中相變材料的近似恒溫儲能與釋能的特點，以調控路面溫度，降低夏季高溫時路面溫度，從而有效預防浙青路面高溫對行駛車輛及人員造成的危害，同時可避免路面高溫所導致的浙青老化，并減弱因路面高溫所加劇的城市熱島效應。該相變調溫冷拌浙青混凝土的成功應用，可保證路面質量、延長其服役壽命。
本發明具有以下有益效果1、該方法工藝簡單、成本低、易實施；2、該方法可使路面具有較強抵抗車轍能力，同時具有降低路面溫度功能，可緩解浙青路面高溫帶來的城市熱島效應等危害，延長浙青路面使用壽命；3、該方法避免了傳統熱拌浙青混凝土的高溫拌合攤鋪過程對相變材料的熱損傷，有效解決了相變材料這浙青混凝土中的植入技術問題。
具體實施方式
為了更好地理解本發明，下面結合實施例進一步闡明本發明的內容，但本發明的內容不僅僅局限于下面的實施例。
實施例1 相變調溫水泥浙青復合式混凝土由大孔隙浙青混凝土和摻有相變材料的水泥膠漿組成，大孔隙混凝土中，各原料所占重量百分比為集料88%，礦粉7%，改性浙青5% ；水泥膠漿中，各原料所占重量百分比為水泥40%，細砂20%，粉煤灰7%，水27%，膨脹劑0. 7%，復合相變材料5%，減水劑0. 3% ；所述集料壓碎值為10%，針片狀含量為3%，級配如表1 ；所述的礦粉為石灰石礦粉，且符合《公路浙青路面施工技術規范》中對填料的技術要求；所述改性浙青為高粘度TPS改性浙青，其60°C粘度為90000 Pa. s ； 所述細砂為河砂，粒徑< 0. 6mm ； 所述粉煤灰為II級粉煤灰，粒徑< 0. 6mm ； 所述膨脹劑為UEA膨脹劑；所述的復合相變材料為購買的商用Xiang002型固-固復合定形相變材料，為石蠟和膨脹石墨復合而成，膨脹石墨與石蠟的質量比為1 :9，其相變溫度為45°C，相變熱為15 !/ kg ；所述減水劑為VIVID-500聚羧酸超塑化劑。
上述相變調溫水泥浙青復合式混凝土的制備方法，包括如下步驟1)將集料烘至170 180°C后，分別加入礦粉和改性浙青拌合制備浙青混合料，按《公路工程浙青及浙青混合料試驗規程》的輪碾法成型大孔隙浙青混凝土，其孔隙率為23% ；2)將所述水泥、細砂、粉煤灰、膨脹劑和復合相變材料拌合均勻，再加入水和減水劑攪拌均勻后得到流動度適宜IOs 14s的水泥膠漿；3)將制備的水泥膠漿灌注到大孔隙浙青混凝土中，灌注過程中采用平板振動器輔助貫入，整個灌注過程應在20分鐘內完成，灌注充分以保證其空隙被完全填滿后，用橡膠刮板刮除多余的漿液，以暴露出浙青混合料試件表面的凹凸不平為宜，養護3天后即得相變調溫水泥浙青復合式混凝土，其相關性能列于表2。
實施例2 相變調溫水泥浙青復合式混凝土由大孔隙浙青混凝土和摻有相變材料的水泥膠漿組成，大孔隙混凝土中，各原料所占重量百分比為集料90%，礦粉5. 5%，改性浙青4. 5% ；水泥膠漿中，各原料所占重量百分比為水泥42%，細砂17%，粉煤灰6%，水28%,膨脹劑0. 7%，復合相變材料6%，減水劑0. 3% ；所述集料壓碎值為10%，針片狀含量為3%，級配如表1 ；所述改性浙青為高粘度TPS改性浙青，其60°C粘度為90000 Pa. s ；所述細砂為河砂，粒徑< 0. 6mm ；所述粉煤灰為II級粉煤灰，粒徑< 0. 6mm ；所述膨脹劑為UEA膨脹劑；所述的復合相變材料為購買的商用Xiang002型固-固復合定形相變材料，為石蠟和膨脹石墨復合而成，膨脹石墨與石蠟的質量比為1 :9，其相變溫度為45°C，相變熱為15 !/ kg ；所述減水劑為VIVID-500聚羧酸超塑化劑。
上述相變調溫水泥浙青復合式混凝土的制備方法，包括如下步驟1)將集料烘至170 180°C后，分別加入礦粉和改性浙青拌合制備浙青混合料，按《公路工程浙青及浙青混合料試驗規程》的輪碾法成型大孔隙浙青混凝土，其孔隙率為24% ；2)將所述水泥、細砂、粉煤灰、膨脹劑和復合相變材料拌合均勻，再加入水和減水劑攪拌均勻后得到流動度適宜IOs 14s的水泥膠漿；3)將制備的水泥膠漿灌注到大孔隙浙青混凝土中，灌注過程中采用平板振動器輔助貫入，整個灌注過程應在20分鐘內完成，灌注充分以保證其空隙被完全填滿后，用橡膠刮板刮除多余的漿液，以暴露出浙青混合料試件表面的凹凸不平為宜，養護3天后即得相變調溫水泥浙青復合式混凝土，其相關性能列于表2。
實施例3 相變調溫水泥浙青復合式混凝土由大孔隙浙青混凝土和摻有相變材料的水泥膠漿組成，大孔隙混凝土中，各原料所占重量百分比為集料91%，礦粉5%，改性浙青4% ；水泥膠漿中，各原料所占重量百分比為水泥43%，細砂15%，粉煤灰5%，水四％，膨脹劑0. 6%，復合相變材料7%,減水劑0. 4% ；所述集料壓碎值為10%，針片狀含量為3%，級配如表1 ； 所述改性浙青為高粘度TPS改性浙青，其60°C粘度為90000 Pa. s ； 所述細砂為河砂，粒徑< 0. 6mm ； 所述粉煤灰為II級粉煤灰，粒徑< 0. 6mm ；所述膨脹劑為UEA膨脹劑；所述的復合相變材料為購買的商用Xiang002型固-固復合定形相變材料，為石蠟和膨脹石墨復合而成，膨脹石墨與石蠟的質量比為1 :9，其相變溫度為45°C，相變熱為15 !/ kg ；所述減水劑為VIVID-500聚羧酸超塑化劑。
上述相變調溫水泥浙青復合式混凝土的制備方法，包括如下步驟1)將集料烘至170 180°C后，分別加入礦粉和改性浙青拌合制備浙青混合料，按《公路工程浙青及浙青混合料試驗規程》的輪碾法成型大孔隙浙青混凝土，其孔隙率為26% ；2)將所述水泥、細砂、粉煤灰、膨脹劑和復合相變材料拌合均勻，再加入水和減水劑攪拌均勻后得到流動度適宜IOs 14s的水泥膠漿；3)將制備的水泥膠漿灌注到大孔隙浙青混凝土中，灌注過程中采用平板振動器輔助貫入，整個灌注過程應在20分鐘內完成，灌注充分以保證其空隙被完全填滿后，用橡膠刮板刮除多余的漿液，以暴露出浙青混合料試件表面的凹凸不平為宜，養護3天后即得相變調溫水泥浙青復合式混凝土，其相關性能列于表2。
實施例4 相變調溫水泥浙青復合式混凝土由大孔隙浙青混凝土和摻有相變材料的水泥膠漿組成，大孔隙混凝土中，各原料所占重量百分比為集料89%，礦粉6. 5%，改性浙青4. 5% ；水泥膠漿中，各原料所占重量百分比為水泥45%，細砂15%，粉煤灰5%，水25%，膨脹劑1. 5%，復合相變材料8%，減水劑0. 5% ；所述集料壓碎值為10%，針片狀含量為3%，級配如表1 ；所述改性浙青為高粘度TPS改性浙青，其60°C粘度為90000 Pa. s ；所述細砂為河砂，粒徑< 0. 6mm ；所述粉煤灰為II級粉煤灰，粒徑< 0. 6mm ；所述膨脹劑為UEA膨脹劑；所述的復合相變材料為購買的商用Xiang002型固-固復合定形相變材料，為石蠟和膨脹石墨復合而成，膨脹石墨與石蠟的質量比為1 :9，其相變溫度為45°C，相變熱為15 !/ kg ；所述減水劑為VIVID-500聚羧酸超塑化劑。
上述相變調溫水泥浙青復合式混凝土的制備方法，包括如下步驟1)將集料烘至170 180°C后，分別加入礦粉和改性浙青拌合制備浙青混合料，按《公路工程浙青及浙青混合料試驗規程》的輪碾法成型大孔隙浙青混凝土，其孔隙率為28% ；2)將所述水泥、細砂、粉煤灰、膨脹劑和復合相變材料拌合均勻，再加入水和減水劑攪拌均勻后得到流動度適宜IOs 14s的水泥膠漿；3)將制備的水泥膠漿灌注到大孔隙浙青混凝土中，灌注過程中采用平板振動器輔助貫入，整個灌注過程應在20分鐘內完成，灌注充分以保證其空隙被完全填滿后，用橡膠刮板刮除多余的漿液，以暴露出浙青混合料試件表面的凹凸不平為宜，養護3天后即得相變調溫水泥浙青復合式混凝土，其相關性能列于表2。
實施例5 相變調溫水泥浙青復合式混凝土由大孔隙浙青混凝土和摻有相變材料的水泥膠漿組成，大孔隙混凝土中，各原料所占重量百分比為集料91%，礦粉5%，改性浙青4% ；水泥膠漿中，各原料所占重量百分比為水泥40%，細砂15%，粉煤灰6%，水28%,膨脹劑0. 6%，復合相變材料10%,減水劑0. 4% ；所述集料壓碎值為10%，針片狀含量為3%，級配如表1 ；所述改性浙青為高粘度TPS改性浙青，其60°C粘度為90000 Pa. s ；所述細砂為河砂，粒徑< 0. 6mm ；所述粉煤灰為II級粉煤灰，粒徑< 0. 6mm ；所述膨脹劑為UEA膨脹劑；所述的復合相變材料為購買的商用Xiang002型固-固復合定形相變材料，為石蠟和膨脹石墨復合而成，膨脹石墨與石蠟的質量比為1 :9，其相變溫度為45°C，相變熱為15 !/ kg ；所述減水劑為VIVID-500聚羧酸超塑化劑。
上述相變調溫水泥浙青復合式混凝土的制備方法，包括如下步驟1)將集料烘至170 180°C后，分別加入礦粉和改性浙青拌合制備浙青混合料，按《公路工程浙青及浙青混合料試驗規程》的輪碾法成型大孔隙浙青混凝土，其孔隙率為27% ；2)將所述水泥、細砂、粉煤灰、膨脹劑和復合相變材料拌合均勻，再加入水和減水劑攪拌均勻后得到流動度適宜IOs 14s的水泥膠漿；3)將制備的水泥膠漿灌注到大孔隙浙青混凝土中，灌注過程中采用平板振動器輔助貫入，整個灌注過程應在20分鐘內完成，灌注充分以保證其空隙被完全填滿后，用橡膠刮板刮除多余的漿液，以暴露出浙青混合料試件表面的凹凸不平為宜，養護3天后即得相變調溫水泥浙青復合式混凝土，其相關性能列于表2。
附表表1集料級配
權利要求
1.相變調溫水泥浙青復合式混凝土，其特征在于其是將摻有相變材料的水泥膠漿以自流平的方式灌注到大孔隙浙青混凝土中以保證其空隙被完全填滿，其中大孔隙浙青混凝土各組分摻加比例以質量百分比計為集料88 91%，礦粉5 7%，改性浙青4 5%，其孔隙率為20% 30% ；摻有相變材料的水泥膠漿各組分摻加比例以質量百分比計為水泥40 45%,細砂15 20%，粉煤灰5 7%，水25 30%，膨脹劑0. 6 1. 5%,復合相變材料5 10%，減水劑0. 3 0. 5%O
2.根據權利要求1所述的相變調溫水泥浙青復合式混凝土，其特征在于所述的集料壓碎值應不大于20%，針片狀含量不大于10%。
3.根據權利要求1所述的相變調溫水泥浙青復合式混凝土，其特征在于所述的礦粉為石灰石礦粉，且符合《公路浙青路面施工技術規范》中對填料的技術要求。
4.根據權利要求1所述的相變調溫水泥浙青復合式混凝土，其特征在于所述的改性浙青為高粘度TPS改性浙青，60°C粘度為90000 Pa. S。
5.根據權利要求1所述的相變調溫水泥浙青復合式混凝土，其特征在于所述的細砂為機制砂或河砂，且其粒徑< 0. 6mm。
6.根據權利要求1所述的相變調溫水泥浙青復合式混凝土，其特征在于所述的粉煤灰為I級或II級粉煤灰，粒徑< 0. 6mm。
7.根據權利要求1所述的相變調溫水泥浙青復合式混凝土，其特征在于所述的膨脹劑為UEA膨脹劑。
8.根據權利要求1所述的相變調溫水泥浙青復合式混凝土，其特征在于所述的復合相變材料為石蠟和膨脹石墨復合而成，膨脹石墨與石蠟的質量比為1 :8 9，所述的復合相變材料的相變溫度為4(T50°C，相變熱為15(Tl60kJ/kg。
9.根據權利要求1所述的相變調溫水泥浙青復合式混凝土，其特征在于所述的減水劑為VIVID-500聚羧酸超塑化劑。
10.如權利要求1所述的相變調溫水泥浙青復合式混凝土的制備方法，其特征在于它包括如下步驟1)按各原料所占重量百分數為集料88 91%，礦粉5 7%，改性浙青4 5%，選取集料、礦粉和改性浙青，備用；2)將集料烘至170 180°C后，再加入礦粉和改性浙青拌合制備浙青混合料，按《公路工程浙青及浙青混合料試驗規程》的輪碾法成型大孔隙浙青混凝土，保證孔隙率在20% 30% ；3)按各原料所占重量百分數為水泥40 45%，細砂15 20%，粉煤灰5 7%，水25 30%，膨脹劑0. 6 1. 5%，復合相變材料5 10%，減水劑0. 3 0. 5%，稱取水泥、細砂、粉煤灰、水、膨脹劑、復合相變材料和減水劑備用；4)將步驟3)中所述水泥、細砂、粉煤灰、膨脹劑和復合相變材料拌合均勻，再加入水和減水劑攪拌均勻后得到流動度適宜IOs 14s的水泥膠漿；5)將步驟4)中制備的水泥膠漿以自流平的方式灌注到步驟2)中所制備的大孔隙浙青混凝土中，灌注過程中采用平板振動器輔助貫入，整個灌注過程應在20分鐘內完成，灌注充分以保證其空隙被完全填滿后，用橡膠刮板刮除多余的漿液，以暴露出浙青混合料試件表面的凹凸不平為宜，養護3天后即得相變調溫水泥浙青復合式混凝土。
全文摘要
本發明涉及相變調溫水泥瀝青復合式混凝土及其制備方法，將摻有相變材料的水泥膠漿以自流平的方式灌注到大孔隙瀝青混凝土中以保證其空隙被完全填滿，其中大孔隙瀝青混凝土各組分計為集料88～91%，礦粉5～7%，改性瀝青4～5%，其孔隙率為20%～30%；摻有相變材料的水泥膠漿各組分為水泥40～45%，細砂15～20%，粉煤灰5～7%，水25～30%，膨脹劑0.6～1.5%，復合相變材料5～10%，減水劑0.3～0.5%。本發明具有以下有益效果工藝簡單、成本低、易實施；可使路面具有較強抵抗車轍能力，同時具有降低路面溫度功能；避免了傳統熱拌瀝青混凝土的高溫拌合攤鋪過程對相變材料的熱損傷。
文檔編號C04B28/00GK102515650SQ20111044426
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月27日 優先權日2011年12月27日
發明者萬路, 冷濱濱, 吳少鵬, 洪晶, 陳美祝 申請人:武漢理工大學