一种适用于冻土区的梯度导热沥青路面制造技术

一种适用于冻土区的梯度导热沥青路面，它涉及导热沥青路面。它是要解决现有的沥青路面阻止热量向下的传递的效果差的技术问题。本发明专利技术的沥青路面由上至下包括上面层、中面层及下面层，在层间涂有粘层油；所述上面层、中面层、下面层用复合定形相变材料等体积部分替代集料或矿粉制成；所述的复合定形相变材料是以吸咐了相变材料的分子筛/硅藻土基多孔载体材料以核，核外包覆保护膜；按从上到下的顺序，所述的上面层、中面层、下面层的导热系数依次降低。本发明专利技术的梯度导热沥青路面比常规的沥青路面在4cm深度处最大温差为3.7℃，在10cm深度处最大温差4.7℃，在18cm深度处最大温差为5.6℃。可用于冻土区道路工程领域。可用于冻土区道路工程领域。可用于冻土区道路工程领域。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于冻土区的梯度导热沥青路面


[0001]本专利技术属于道路工程领域，具体涉及一种适用于冻土区的梯度导热沥青路面结构及其施工方法。

技术介绍

[0002]全球类似于我国青藏高原地区，冻土分布广泛，太阳辐射强度大、日温差大，路基路面在气温周期性变化下长期处于冻融状态。其路面结构形式主要是黑色沥青路面，吸热性极强。且在强太阳辐射背景下，沥青路面吸收大量辐射和热量传递至路基，使得下伏冻土受到扰动，加快冻土退化速度，融沉严重，从而造成沥青路面病害频发，严重威胁着公路工程稳定以及行车安全。
[0003]我国在多年冻土地区道路工程的建设和养护过程中，提出了一系列适合于多年冻土区高速公路的冻土路基稳定技术与原则，比如“主动冷却冻土路基，积极保护多年冻土”的思路，研发遮阳路基调控辐射，块石基底路基、块(碎)石护坡路基和管道通风路基调控对流，热棒路基及XPS保温板+热棒复合路基调控传导，变被动为主动。上述技术全部为路基技术，且普遍存在一些问题，如成本高昂、工程量大、效果有限。
[0004]沥青路面是冻土与环境进行热交换的第一道屏障，路面传导的热量是使得路基下伏冻土扰动的核心因素之一。但有关的技术却很少，一些研究将硅藻土等无机低导热材料添入沥青混合料中，能够降低沥青路面的导热系数，减少热量进入路面，但是受沥青混合料路用性能限制，其添加量有限，隔热阻热效果不明显。此外，许多学者利用相变材料的潜热特性，将相变材料以直掺、微胶囊、复合定形的方式加入到沥青混合料中，降低沥青路面的导热系数，阻止太阳辐射和热量向路基内部传递，但是沥青路面三层结构的热参数基本一致，热量可以在路面内部自由传递，阻止热量向下的传递的效果差。

技术实现思路

[0005]本专利技术是要解决现有的沥青路面阻止热量向下的传递的效果差的技术问题，而提供一种适用于冻土区的梯度导热沥青路面，该路面具有散热均匀、可降低冻土区沥青路面吸热率、减少路面向下传热、维护路基下伏冻土稳定。
[0006]本专利技术的适用于冻土区的梯度导热沥青路面由上至下包括上面层、中面层及下面层，在上面层与中面层之间、中面层与下面层之间涂有粘层油；所述上面层是用复合定形相变材料等体积替代普通沥青混合料中的集料或矿粉体积的20%~30%制成的；所述的普通沥青混合料为AC
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13、SMA
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13或AC
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16密级配沥青混合料；所述的中面层是用复合定形相变材料等体积替代AC
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20密级配沥青混合料中的集料或矿粉体积的20%~30%制成的；所述的下面层是用复合定形相变材料等体积替代AC
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25沥青混合料中的集料或矿粉体积的20%~30%制成的；
所述的复合定形相变材料是以吸咐了相变材料的分子筛/硅藻土基多孔载体材料以核，核外包覆保护膜；其中保护膜是用乙基纤维素与增塑剂制成；按从上到下的顺序，所述的上面层、中面层、下面层的导热系数依次降低。
[0007]更进一步地，所述的相变材料为月桂酸甲酯；更进一步地，所述的上面层厚度为3～5cm；中面层厚度为5～7cm；下面层厚度为7～9cm；更进一步地，所述的复合定形相变材料的制备方法，按以下步骤进行：一、制备分子筛/硅藻土基多孔载体材料：（1）将天然硅藻土放入加入碱溶液中，搅拌均匀，得到混合物；再将混合物转移至反应釜中，将反应釜放在温度为100~200℃的烘箱中反应5~12h进行碱浸改性，然后抽滤，取得滤液，即碱溶活化硅藻土滤液；（2）将碱溶活化硅藻土滤液和分子筛晶种加入到反应容器中，搅拌均匀后，再加入酸性溶液调节溶液pH值为9~11，得到混合液；再将混合液转移至反应釜中，将反应釜放在温度为100~200℃的烘箱中晶化2~6天，晶化结束后，将反应釜冷却至室温，进行抽滤、烘干再研磨200目以上，得到分子筛/硅藻土基多孔载体材料；二、分子筛/硅藻土基低导热复合定形相变材料的制备：（1）将分子筛/硅藻土基多孔载体材料与相变材料加入到敞口容器中，搅拌均匀后，将敞口容器置于真空装置中，将真空装置的抽真空并保持浸泡，使得相变材料浸入到分子筛/硅藻土基多孔载体材料的孔结构中，过滤，得到复合相变材料；（2）将乙基纤维素、增塑剂溶解在乙醇中，得到膜溶液；将复合相变材料加入到膜溶液中搅拌混合，使膜溶液均匀包裹在复合相变材料表面，然后滤出固体、烘干，得到复合定形相变材料。
[0008]更进一步地，步骤一（1）中所述的碱溶液为浓度为4~6mol/L的NaOH溶液；更进一步地，步骤一（1）中所述的天然硅藻土与碱溶液的固液质量比为1：（3~4）；更地一步地，步骤一（2）中所述的分子筛晶种为NaY晶种；更地一步地，步骤一（2）中所述的碱溶活化硅藻土滤液中碱溶活化硅藻土的浓度为5~15g/L；更地一步地，步骤一（2）中所述的分子筛晶种的添加质量为碱溶活化硅藻土滤液质量的4%~8%。
[0009]更地一步地，步骤一（2）中所述的酸性溶液为质量百分浓度为5%的HCl溶液；更地一步地，步骤一（2）中所述的烘干温度为105℃，烘干时间为1~2h；更进一步地，步骤二（1）中分子筛/硅藻土基多孔载体材料与相变材料的质量比为1：（1~2.5）；更进一步地，步骤二（1）中将真空装置抽真空至
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0.08 ~
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0.1MPa；更进一步地，步骤二（1）中所述的浸泡时间为12~24h。
[0010]更进一步地，步骤二（2）中所述的增塑剂为己二酸二异辛酯；更进一步地，步骤二（2）中所述的膜溶液中乙基纤维素的质量百分浓度为5%~7%，增塑剂的质量百分浓度为1%~1.4%；更进一步地，步骤二（2）中所述的搅拌条件为室温下搅拌1~3h。
[0011]更进一步地，步骤二（2）中所述的烘干条件为40℃下烘干1h。
[0012]本专利技术的原理：路面结构上面层的低导热沥青混合料可以减少路面吸收热量，降低热量向中下面层传递效率及中下面层温度；储热中面层也可以吸收路面中的热量，降低热量向下面层传递效率；阻热下面层的热导率小于中面层，上大下小的梯度导热结构进一步降低了热量下传效率。
[0013]本专利技术的有益效果：（1）本专利技术的梯度导热路面结构能主动调控路面温度场，降低路面内热量传递效率并使热量在路面内向上传导，减少路面结构层内的积热，使得进入路基内的热量也在减少，有效保护冻土。（2）本专利技术将热量诱导和相变储热结合起来，通过阻热蓄热的协同作用最大程度地降低够降低热量的下传效率。（3）本专利技术采用的复合定形相变材料热化学性能稳定，对沥青混合料造成的影响小，制备工艺简单。
[0014]本专利技术利用热诱导与相变储热，合理组合路面结构层，设计出一种适用于冻土区的梯度导热沥青路面结构，上大下小的梯度导热结构实现了路面阻热，减少冻土层热量积累，维护冻土稳定，可用于冻土区的路面领域。
附图说明
[0015]图1为本专利技术路面结构示意图；其中：1为上面层，2为中面层，3为下面层，4为粘层油层。
具体实施方式
[0016]为了更好的理解本专利技术，下面将结合附本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于冻土区的梯度导热沥青路面，其特征在于该路面由上至下包括上面层、中面层和下面层，在上面层与中面层之间、中面层与下面层之间均涂有粘层油；所述的上面层是用复合定形相变材料等体积替代普通沥青混合料中的集料或矿粉体积的20%~30%制成的；所述的普通沥青混合料为AC
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13、SMA
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13或AC
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16密级配沥青混合料；所述的中面层是用复合定形相变材料等体积替代AC
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20密级配沥青混合料中的集料或矿粉体积的20%~30%制成的；所述的下面层是用复合定形相变材料等体积替代AC
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25沥青混合料中的集料或矿粉体积的20%~30%制成的；所述的复合定形相变材料是以吸咐了相变材料的分子筛/硅藻土基多孔载体材料以核，核外包覆保护膜；其中保护膜是用乙基纤维素与增塑剂制成；按从上到下的顺序，所述的上面层、中面层、下面层的导热系数依次降低。2.根据权利要求1所述的一种适用于冻土区的梯度导热沥青路面，其特征在于所述的上面层厚度为3～5cm；中面层厚度为5～7cm；下面层厚度为7～9cm。3.根据权利要求1或2所述的一种适用于冻土区的梯度导热沥青路面，其特征在于复合定形相变材料中吸咐的相变材料为月桂酸甲酯。4.根据权利要求1所述的一种适用于冻土区的梯度导热沥青路面，其特征在于所述的复合定形相变材料的制备方法按以下步骤进行：一、制备分子筛/硅藻土基多孔载体材料：（1）将天然硅藻土放入加入碱溶液中，搅拌均匀，得到混合物；再将混合物转移至反应釜中，将反应釜放在温度为100~200℃的烘箱中反应5~12h进行碱浸改性，然后抽滤，取得滤液，即碱溶活化硅藻土滤液；（2）将碱溶活化硅藻土滤液和分子筛晶种加入到反应容器中，搅拌均匀后，再加入酸性溶液调节...

【专利技术属性】
技术研发人员：张磊，郑桂萍，吴金京，王鹏，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：