一种用于沥青混合料的复合定形相变细集料制备方法
技术领域
本发明属于道路工程材料领域，具体涉复合定形相变细集料，具体涉及沥青混合材料技术领域，特别涉及一种用于沥青混合料的复合定形相变细集料制备方法。
背景技术
沥青路面作为主要的路面结构形式，具有行车舒适、平整、噪声小、易修补等优点。夏季天气炎热，沥青路面长时间处于大自然中，其表面温度可达60℃-70℃，在车辆荷载的反复作用下易形成车辙病害，另外，黑色沥青路面在吸收太阳光热量的同时也会向周围环境释放大量的热，进一步加剧城市热岛效应。为了缓解或避免由高温引起的沥青路面病害，道路工作者选择合适的相变储能材料制备路用相变沥青混合料，通过调节温度场主动地降低路面温度，减少车辙病害的诱发，并取得了一定的成效，研究表明相变储能材料在道路工程中的应用具有广阔的前景。现有的相变材料固化方式往往选择一些高分子聚合物或者无机多孔材料，成本较高，不能满足实际道路工程的大量需求，多孔材料在吸附时往往会由于空隙不连通而存在填充率较低的状况，且在使用过程中存在相变材料泄露或因相变而导致沥青混合料力学性能下降的情况，同时应用在沥青混合料中的相变材料需要具有足够的稳定性。
目前需要一种能够有效降低路面温度、相变不会泄漏、相变不会对路面造成性能影响、性能稳定、成本较低、载体量大易得的相变材料定形方式。
发明内容
本发明的目的在于：针对上述存在的问题，本发明提供一种用于沥青混合料的复合定形相变细集料制备方法，本发明的细集料能保障路面使用性能前提下起到降低路面温度、预防城市热岛效应的效果，本申请的具体方案如下：
根据本发明提供一种用于沥青混合料的复合定形相变细集料制备方法，包括以下步骤：
步骤1、称取制备好的高导热抗氧化相变溶液备用，用破碎机将废旧水泥混凝土打碎成粒径为2.36mm-4.75mm的细集料，将打碎的细集料用清水清洗至水澄清，然后在140℃-170℃下烘1h-2h，再经超声波清洗备用；
步骤2、将步骤1清洗好的废旧水泥混凝土细集料浸泡在高导热抗氧化相变溶液中，加热温度至140℃-200℃，加入少量的无水乙醇，乙醇的量以聚乙二醇2000为参考，一般为2％-6％，在恒温、真空的环境中保持1h-3h，捞出，在常温下干燥24h，除去集料表面的附着物，得颗粒状复合定形细集料；
步骤3、将步骤2中制得的颗粒状复合定形细集料以等体积的方式掺入沥青混合料中混合搅拌30min-60min，即得颗粒状复合定形相变细集料。
上述方案进一步优选的，所述步骤1中高导热抗氧化相变溶液的制备包括以下步骤：
步骤11、称取PEG2000粉末55-60％、丁基羟基茴香醚7-9％、胺类抗氧化剂1-3％、茶多酚0.7-0.9％、氮化硼0.1-0.3％、硅溶胶溶液15-25％、超细石墨粉9-15％；
步骤12、将步骤11中的PEG2000粉末加入硅溶胶溶液，用搅拌机在60℃下搅拌至无固体颗粒，加入丁基羟基茴香醚，搅拌10-15min，最后加入胺类抗氧化剂、茶多酚、氮化硼，搅拌30min-50min，静置后形成抗氧化复合相变定形材料溶液。
步骤13、在步骤12中的抗氧化复合相变定形材料溶液中加入超细石墨粉，搅拌15min-30min，使超细石墨粉均匀地分散在溶液中，制得高导热抗氧化复合相变定形材料溶液。
上述方案进一步优选的，步骤1中超声波清洗废旧水泥混凝土细集料的步骤如下：
步骤21、将废旧水泥混凝土细集料放入清洗机的清洗篮中，将清洗篮放入清洗槽中并加入清水，清洗槽中的水位最低不得低于60mm，而最高不得超过80mm；
步骤22、设置超声波清洗时的频率为25kHz，将温度控制在60℃，开始清洗，清洗时间为0.8h-1.5h；
步骤23、将清洗完毕的废旧水泥混凝土细集料置于80℃烘箱中干燥4h-6h。
上述方案进一步优选的，所述步骤3中沥青混合料的级配为AC-20。
上述方案进一步优选的，在所述步骤3中还包括对颗粒状复合定形相变细集料进行相变温度效果测试，相变温度在40-65℃之间，相变潜热大于100J/g。
本发明涉及的上式制备方法制得应用于沥青混合料的复合定形相变细集料；由上述复合定形相变细集料应用于沥青混合料。
本发明将聚乙二醇2000(PEG2000)与硅溶胶以一定的质量比混合，掺入一定比例的超细石墨粉、抗氧化剂，搅拌均匀，将混合物加热至140℃-200℃，加入少量无水乙醇，掺入废旧水泥混凝土再生细骨料，在150℃恒温，真空环境中保持1-3h。将PEG2000/SiO2吸附于废旧水泥混凝土再生细骨料中，制得颗粒状复合定形材料，将颗粒状复合定形材料以等体积(或替代细集料)的方式掺入沥青混合料中进行混合搅拌，从而获得定形相变细集料，以应用于沥青混合料，能够起到降低路面温度的效果，本发明能够保证相变材料在发生相变时不发生泄漏，相变温度合适，相变潜热较大，能有效解决因温度较高引起的沥青路面病害，同时使用的废旧水泥混凝土还能起到资源回收利用的作用；本发明为了提高复合定形相变材料的抗氧化性，选择了耐高温、抗氧化性强的丁基羟基茴香醚；为了提高复合定形相变材料的导热率、选择了导热率高、粒径小的超细石墨粉，与硅溶胶溶液混合制得高导热抗氧化相变溶液，起到第一次固化作用。为了进一步固定相变材料，选择了成本低廉、量大的废旧水泥混凝土，由废旧水泥混凝土制成的细集料，孔隙率较大，能够起到吸附的作用，经过超声波清洗的废旧水泥混凝土再生集料孔隙率大、相互连通、吸附相变材料的能力强，对高导热抗氧化相变溶液吸附后起到第二次固化作用，保证相变材料稳定存在于沥青混合料中，更加有效地调节了温度，并保障路面其他使用性能。
综上所述，与现有的技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明中对相变材料进行了两次固化制得的复合定形相变集料可直接替换沥青混合料中的细集料，且不存在泄露状态，可有效调节温度，保障路面使用性能前提下起到降低路面温度、预防城市热岛效应的效果，相变细集料在替换集料时由于力学性能相比于普通集料较差，我们进而限制了相变集料的替换量，温度的调节能力受到了一定的限制。
附图说明
图1是在导热系数仪测试下，是本发明复合相变定形集料与普通细集料导热系数对比图，从图中可看出复合相变集料的导热系数要比普通集料的高30％；
图2是在夏季高温天气中，通过温度传感器外接温度记录仪，将车辙试件与未掺加相变材料的普通AC-20车辙试件进行温度监测的温度曲线；
图3是本发明将经过清洗的废旧水泥混凝土细集料与未经过清洗的废旧水泥混凝土细集料进行孔隙率测试的对比图，从图中可看出超声波清洗能有效提高提高废旧水泥混凝土细集料孔隙率15％；
具体实施方式
下面将结合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对本发明一部分实例，而不是全部的实例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
根据本发明提供的一种用于沥青混合料的复合定形相变细集料制备方法，包括以下步骤:
步骤1：称取制备好的高导热抗氧化相变溶液备用，用破碎机将废旧水泥混凝土打碎成粒径为4.75mm的细集料，将打碎的细集料用清水清洗至水澄清，然后在170℃下烘1h，再经超声波清洗备用；
步骤2：将步骤1清洗好的废旧水泥混凝土细集料浸泡在高导热抗氧化相变溶液中，加热温度至140℃，加入少量无水乙醇，在恒温、真空的环境中保持3h，捞出，在常温下干燥24h，除去集料表面的附着物，得颗粒状复合定形细集料；
在本发明中，高导热抗氧化相变溶液制备包括以下步骤：
步骤11：称取PEG2000粉末55％、丁基羟基茴香醚9％、胺类抗氧化剂1％、茶多酚0.9％、氮化硼0.1％、硅溶胶溶液25％、超细石墨粉9％。
步骤12：将步骤11中的PEG2000粉末加入硅溶胶溶液，用搅拌机在60℃下搅拌至无固体颗粒，加入丁基羟基茴香醚，搅拌15min，最后加入胺类抗氧化剂、茶多酚、氮化硼，搅拌30min制得抗氧化复合相变定形材料溶液。
步骤13：在步骤12中的抗氧化复合相变定形材料溶液中加入超细石墨粉，搅拌15min，使超细石墨粉均匀地分散在溶液中，制得高导热抗氧化复合相变定形材料溶液；
步骤3：将步骤2中制得的颗粒状复合定形细集料以等体积的方式掺入沥青混合料中混合搅拌60min，即得颗粒状复合定形相变细集料；
实施例2：
本实施例的复合定形相变细集料的制备方法，是按照以下步骤进行的：
步骤1：称取制备好的高导热抗氧化相变溶液备用，用破碎机将废旧水泥混凝土打碎成粒径为2.36mm的细集料，将打碎的细集料用清水清洗至水澄清，然后在140℃下烘2h，再经超声波清洗备用；
步骤2：将步骤1清洗好的废旧水泥混凝土细集料浸泡在高导热抗氧化相变溶液中，加热温度至200℃，加入少量无水乙醇，在恒温、真空的环境中保持1h，捞出，在常温下干燥24h，除去集料表面的附着物，得颗粒状复合定形细集料；其中：高导热抗氧化相变溶液制备包括以下步骤：
步骤11：称取PEG2000粉末60％、丁基羟基茴香醚7％、胺类抗氧化剂2％、茶多酚0.7％、氮化硼0.3％、硅溶胶溶液15％、超细石墨粉15％。
步骤12：将步骤11中的PEG2000粉末加入硅溶胶溶液，用搅拌机在50℃下搅拌至无固体颗粒，加入丁基羟基茴香醚，搅拌10min，最后加入胺类抗氧化剂、茶多酚、氮化硼，搅拌50min制得抗氧化复合相变定形材料溶液；
步骤13：在步骤12中的抗氧化复合相变定形材料溶液中加入超细石墨粉，搅拌15min，使超细石墨粉均匀地分散在溶液中，制得高导热抗氧化复合相变定形材料溶液。
步骤3：将步骤2中制得的颗粒状复合定形细集料以等体积的方式掺入沥青混合料中混合搅拌30min，即得颗粒状复合定形相变细集料。
实施例3：
本实施例的复合定形相变细集料的制备方法，是按照以下步骤进行的：
步骤1：称取制备好的高导热抗氧化相变溶液备用，用破碎机将废旧水泥混凝土打碎成粒径为3.65mm的细集料，将打碎的细集料用清水清洗至水澄清，然后在150℃条件下烘1.5h，再经超声波清洗备用；
步骤2：将步骤1清洗好的废旧水泥混凝土细集料浸泡在高导热抗氧化相变溶液中，加热温度至180℃，加入少量无水乙醇，在恒温、真空的环境中保持2.5h，捞出，在常温下干燥24h，除去集料表面的附着物，得颗粒状复合定形细集料；
其中：高导热抗氧化相变溶液制备包括以下步骤：
步骤11：称取PEG2000粉末57％、丁基羟基茴香醚8％、胺类抗氧化剂3％、茶多酚0.8％、氮化硼0.2％、硅溶胶溶液19％、超细石墨粉12％。
步骤12：将步骤:11中的PEG2000粉末加入硅溶胶溶液，用搅拌机在50℃下搅拌至无固体颗粒，加入丁基羟基茴香醚，搅拌13min，最后加入胺类抗氧化剂、茶多酚、氮化硼，搅拌40min制得抗氧化复合相变定形材料溶液。
步骤13：在步骤12中的抗氧化复合相变定形材料溶液中加入超细石墨粉，搅拌24min，使超细石墨粉均匀地分散在溶液中，制得高导热抗氧化复合相变定形材料溶液。
步骤3：将步骤2中制得的颗粒状复合定形细集料以等体积的方式掺入沥青混合料中混合搅拌45min，即得颗粒状复合定形相变细集料。
实施例4：
按照以下步骤对废旧水泥混凝土集料进行清洗：
步骤21：称取500g废旧水泥混凝土细集料放入清洗机的清洗篮中，将清洗篮放入清洗槽中，加入清水；水位最低不得低于60mm，而最高不得超过80mm。
步骤22：设置清洗时频率为25kHz，清洗时间为0.8h-2h(优选为1-1.2h)，将温度控制在55℃，开始清洗。
步骤23：将清洗完毕的废旧水泥混凝土细集料置于70℃烘箱中干燥7h。
实施例5：
按照以下步骤对废旧水泥混凝土集料进行清洗：
步骤21：称取1000g废旧水泥混凝土细集料放入清洗机的清洗篮中，将清洗篮放入清洗槽中，加入清水；水位最低不得低于70mm，而最高不得超过100mm。
步骤22：设置清洗时频率为25kHz，清洗时间为2h，将温度控制在65℃，开始清洗。
步骤23：将清洗完毕的废旧水泥混凝土细集料置于80℃烘箱中干燥4h。
实施例6：
采用导热系数仪对实施例1制得的复合相变定形集料进行导热系数测试，与普通细集料导热系数进行对比，由图1可知，复合相变集料的导热系数要比普通集料的高30％。采用温度传感器外接温度记录仪在夏季高温天气中将复合相变调温沥青混合料车辙试件与未掺加相变材料的普通AC-20车辙试件进行温度监测，测得温度曲线如图2所示。由图2可知，制得的复合相变调温沥青混合料与基质沥青混合料在升温初期升温速率保持一致，当温度升至约44℃时，升温速率发生变化，相变调温沥青复合混合料升温速率小于普通改性沥青混合料，说明当温度达到相变材料的相变点时，相变材料相变吸收热量，减缓混合料的升温速率，复合定形相变集料能够起到减缓沥青混合料试件升温的作用；本发明的复合相变材料的相变温度在40-65℃之间，相变潜热大于100J/g，当环境温度过高造成沥青路面温度升高，温度高于相变材料相变温度后，相变材料发生相变，吸收部分热量，降低沥青路面温度，通过主动调控气温变化下的沥青路面温度，延迟和缩短极端低温出现时间和持续时间，可有效解决沥青路面高温问题引起的病害，预防城市热岛效应，同时使用的废旧水泥混凝土也起到了资源回收利用的作用；在本发明中，按照以下步骤制备复合相变调温沥青混合料车辙试件，细集料加入沥青中进行测试：首先，将5份实施例1的复合相变集料与95份AC-20级配的石料置于60-70℃烘箱中干燥备用；其次，将5份SBS改性沥青置于160-200℃(优选为170-180℃)烘箱中预热小时至流动状态；再次，将干燥、预热好的复合相变集料、石料与改性沥青一同加入到沥青混合料预热温度为160-200℃(优选为180℃)的拌和锅中进行拌和30min-40min，再加入5份矿粉，继续拌和；最后，利用车辙成型仪,按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中沥青混合料试件制作方法成型得到复合相变调温沥青复合混合料车辙试件；按照JTG E42-2005公路工程集料试验规程对本实施例中经过清洗的废旧水泥混凝土细集料与未经过清洗的废旧水泥混凝土细集料进行孔隙率测试，如图3所示，由图3可知，超声波清洗能有效提高提高废旧水泥混凝土细集料孔隙率15％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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。
