一种抑制沥青路面高温病害发生的微胶囊型相变调温剂制造技术

本发明专利技术涉及一种抑制沥青路面高温病害发生的微胶囊型相变调温剂，所述相变调温剂有效解决了相变材料在高温及荷载作用下的挥发和渗漏问题，且相变潜热值大，能够有效减小快速升温阶段沥青路面的升温速率，延迟和缩短极端高温出现的时间和持续时间，提高了沥青路面对环境变化的适应能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及沥青混合料
，特别是涉及一种能够主动调控高温气候条件下沥青路面使用温度的相变调温剂。
技术介绍
沥青路面车辙、拥包等病害主要由于高温条件下沥青变软，沥青混凝土路面抗剪强度降低所致。近年来众多科研工作者从沥青改性、纤维掺入、级配优化等方面入手，尝试解决路面的高温病害问题，取得了一定的效果。然而近些年来，随着全球气候变暖，极端高温天气频发，由高温导致的变形类病害仍旧是南方地区沥青路面的典型病害。传统沥青改性措施并没有起到标本兼治的作用。因此，迫切需要从主动调节沥青路面温度状况的新角度入手，来探索提高路面对环境条件适应能力的技术措施，以期路面在环境气温影响下能够较长时间的保持在性能良好的温度区间内，来减轻或避免路面高温变形病害的发生。利用相变材料的相变潜热特性，可在气温高于相变温度时收集储存太阳能，主动调控沥青路面结构的使用温度，减小快速升温阶段沥青路面的升温速率，延迟和缩短极端高温出现的时间和持续时间，使路面结构温度尽可能长的保持在正常合理的工作区间范围内，大大降低沥青路面车辙等永久变形出现的机率和可能性。相变材料种类繁多，虽已在水泥混凝土、水泥砂浆等建筑材料领域得到应用，但沥青混合料与水泥混凝土、水泥砂浆等有所不同，在使用过程中需要承受车辆动荷载的作用，而且需要在高温条件下拌制辗压，会使相变材料发生渗漏和挥发，因此常规相变材料不适合直接应用于沥青混合料中。国内关于相变材料在公路工程中的应用研究甚少，交通运输部科学研究院联合北京秦天科技集团有限公司、长安大学等单位对相变材料在沥青混合料中的应用进行了探索研究，开发出了适用于低温及大温差条件下的道路相变调温剂DTC，但对于适用于高温条件下的道路相变调温剂目前国内还鲜有研究。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种适合在南方高温地区使用的微胶囊型相变调温剂MPT-H，有效解决了相变材料在高温及荷载作用下的挥发和渗漏问题，且相变潜热值大，能够有效减小快速升温阶段沥青路面的升温速率，延迟和缩短极端高温出现的时间和持续时间，提高了沥青路面对环境变化的适应能力，为解决沥青路面车辙永久变形等世界性难题提供了新的途径。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种公路相变调温剂，其特征在于，由包括以下重量份的原料制成：相变材料10份-55份，甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸甲酯共聚物1份-5份，引发剂0.1份-1份，乳化剂10份-50份。在本专利技术的一个实施方案中，所述相变材料为聚乙二醇，熔点为36℃-50℃。在本专利技术的另一个实施方案中，所述引发剂为偶氮二异丁腈或过硫酸钾。在本专利技术的另一个实施方案中，所述乳化剂为十二烷基三甲基氯化铵、吐温20或十二烷基硫酸钠。在本专利技术的另一个实施方案中，所述相变调温剂为微米级胶囊结构。在本专利技术的另一个实施方案中，所述相变调温剂的相变形态属于固-固相变，相变起始温度为20-40℃，结束温度为50-60℃，主峰峰值温度为40-50℃，潜热值达到165J/g以上。在本专利技术的另一个实施方案中，所述相变调温剂在高温拌和条件下不会闪燃，且抗压强度在常温下达到1400kPa以上。本专利技术还提供了一种制备公路相变调温剂的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：将单体甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯用碱性溶液洗涤，再用蒸馏水洗至中性；按重量份称取单体甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯，并按重量份加入引发剂，搅拌均匀成油相A溶液；按重量份称取相变材料，加入所述油相A溶液中，然后进行搅拌，静置；按重量份称取乳化剂，将乳化剂与去离子水搅拌均匀制成水相B溶液，水浴加热以活化乳化剂；将油相A溶液加入到水相B溶液中，在水浴中搅拌乳化，得到相变材料乳液；将相变材料乳液迅速转移到事先通入N2的四口烧瓶内，然后在回流冷凝下加热乳液，在搅拌的条件下进行聚合反应，反应结束后将溶液自然冷却至室温，洗涤、过滤及干燥后，得到公路相变调温剂。在本专利技术的一个实施方案中，所述碱性溶液为10wt％的NaOH溶液。在本专利技术的另一实施方案中，所述相变材料为聚乙二醇，所述引发剂为偶氮二异丁腈，所述乳化剂为十二烷基硫酸钠。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：(1)MPT-H是将PEG2000微胶囊化而形成的一种新的合成材料，相变形态属于固-固相变，其升温过程相变起始温度为30℃，结束温度为55℃，主峰峰值温度为43.9℃，潜热值达到165J/g(一般固固相变材料潜热值仅有3-10J/g)。道路常用沥青的软化点为40℃左右，因此，本专利技术的相变调温剂MPT-H恰好能起到夏季高温时段路面高温削峰、延迟极端高温出现时间的作用。经室外使用验证，与对比试验路段相比，可延迟极端高温出现时间4小时，降低温度6-8℃。(2)本专利技术的使用，可有效消除或延缓沥青路面车辙等高温变形病害的发生，延长道路使用寿命，降低路面全寿命周期成本。(3)一般的有机类相变材料在高温拌和条件下，会出现挥发和燃烧现象，而所提出的微胶囊型相变材料MPT-H在高温拌和条件下(温度达到200℃时)，在一分钟内不会闪燃，且抗压强度达到1420kPa(常温)，满足沥青混合料加工及施工工艺的要求。(4)采用微胶囊封装方式，从本质上解决了有机相变材料的渗漏和挥发导致的性能衰减问题。室内模拟-20℃到70℃，又从70℃到-20℃共80次的升降温循环试验，调温性能无任何衰减，确保了调温效果的可靠性和耐久性。附图说明图1为本专利技术的微胶囊型相变调温剂实物；图2为本专利技术的微胶囊型相变调温剂放大后的微观形貌；图3为掺加0.3wt％的本专利技术的微胶囊型相变调温剂和未掺加本专利技术的微胶囊型相变调温剂的实验路沥青路面的温度曲线。具体实施方式本专利技术的抑制沥青路面高温病害发生的微胶囊型相变调温剂的制备方法包括以下步骤：将甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯用浓度为10wt％的NaOH溶液洗三遍，再用蒸馏水洗至中性；按重量份称取单体甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯，并按重量份加入引发剂偶氮二异丁腈，搅拌均匀成油相A溶液；按重量份称取相变材料PEG2000，加入所述油相A溶液体中，以300r/min的速率搅拌10min，静置10min；按重量份称取乳化剂十二烷基硫酸钠与80mL去离子水搅拌均匀制成水相B溶液，水浴加热10min，活化乳化剂；将油相A溶液加入到水相B溶液中，在35℃水浴中以1800rpm的转速搅拌乳化15min，得到PEG2000乳液；将PEG2000乳液迅速转移到事先通入30minN2的四口烧瓶内，然后在回流冷凝下加热乳液至60℃(外加恒温水浴)，在1800rpm的搅拌速条件下聚合反应3.5h，反应结束后将溶液自然冷却至室温，洗涤、过滤及干燥后，即得到本专利技术的微胶囊型相变调温剂MTP-H，如图1所示。采用差示扫描量热法(DSC)分别对本专利技术公路相变调温剂进行相变温度和相变潜热测试，结果表明，升温过程，相变起始温度为28.5℃，相变结束温度为45℃，主峰峰值温度为38.9℃。道路常用沥青的软化点通常为45℃左右，恰好能起到夏季高温时段路面高温削峰、延迟极端高温出现时间的作用。将本专利技术的微胶囊型相变调温剂MTP-H以0.3wt％掺入到实验路的沥青路面，然后对掺有本专利技术的微胶囊型相变调温剂与未掺有本专利技术的微胶囊型相变调温剂路面温度进行了从早6:00至晚23:00的连续测试，结果本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种公路相变调温剂，其特征在于，由包括以下重量份的原料制成：相变材料10份‑55份，甲基丙烯酸甲酯‑丙烯酸甲酯共聚物1份‑5份，引发剂0.1份‑1份，乳化剂10份‑50份。

【技术特征摘要】
1.一种公路相变调温剂，其特征在于，由包括以下重量份的原料制成：相变材料10份-55份，甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸甲酯共聚物1份-5份，引发剂0.1份-1份，乳化剂10份-50份。2.根据权利要求1所述的公路相变调温剂，其特征在于，所述相变材料为聚乙二醇，熔点为36℃-50℃。3.根据权利要求1或2所述的公路相变调温剂，其特征在于，所述引发剂为偶氮二异丁腈或过硫酸钾。4.根据权利要求1或2所述的公路相变调温剂，其特征在于，所述乳化剂为十二烷基三甲基氯化铵、吐温20或十二烷基硫酸钠。5.根据权利要求1或2所述的公路相变调温剂，其特征在于，所述相变调温剂为微米级胶囊结构。6.根据权利要求1或2所述的公路相变调温剂，其特征在于，所述相变调温剂的相变形态属于固-固相变，相变起始温度为20-40℃，结束温度为50-60℃，主峰峰值温度为40-50℃，潜热值达到165J/g以上。7.根据权利要求1或2所述的公路相变调温剂，其特征在于，所述相变调温剂在高温拌和条件下不会闪燃，且抗压强度在常温下达到140...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫瑾，马靖霖，马新，罗代松，
申请(专利权)人：交通运输部科学研究院，马靖霖，
类型：发明
国别省市：北京;11