一种路用复合定形相变材料及其应用

本发明属于道路工程材料领域，尤其涉及一种路用复合定形相变材料其应用。

背景技术：

1、相变材料通过改变自身物理状态可以显著减小材料的温度变化幅度，具有节能减排和改善工程结构温度分布的功能。相变材料应用于道路工程中时，应具有合适的相变温度和良好的导热率，以便充分地发挥其调节温度的作用，并保证相变材料在相变过程中不致对混合料物理力学性质造成影响，不与道路工程组成材料发生化学反应，更好的减轻道路工程病害。

2、现有工程实践表明：单一的相变材料虽然有较高的相变潜热，但其易发生泄漏，影响沥青及混合料路用性能。采用复合定形技术将有机相变材料与无机载体或有机载体复合，可以制备出性能较为优良的相变材料，其在沥青环境下应用具有可行性,但相变材料在赋予沥青良好的调温能力的同时，对沥青性能会产生一定影响。我国夏季南北普遍高温，气温最高达到40℃，此时沥青混凝土路面温度高达70℃，但现有的复合相变材料相变温度范围具有局限性，高温相变材料应用甚少。

技术实现思路

1、针对沥青路面在高温和行车荷载作用下易发生车辙等永久性变形的问题，本发明提出一种可以通过改变自身物理状态减小材料温度变化幅度的路用复合定形相变材料，将其命名为t-n/sio2，用于减小相变材料对沥青性能的影响，进而使得相变材料在相变过程时能具有较强的稳定性；用于夏季高温地区道路，在温度达到相变温度时，主动吸热，降低路面升温速率，可有效减少高温对路面带来的损害。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：

3、一种路用复合定形相变材料，由三羟甲基乙烷和新戊二醇混合形成二元体系，后加入碱性硅溶胶进行封装得到，各原料组分质量份数如下：

4、三羟甲基乙烷   4～7份，

5、新戊二醇       2～4份，

6、碱性硅溶胶     1.5～6份。

7、本发明所述路用复合定形相变材料，还包括促凝剂，促凝剂质量份数为0.03～0.5份，其质量份数基准与上述原料组分基准一致，促凝剂的目的在于让硅溶胶中的二氧化硅更快的凝结。

8、本发明所述路用复合定形相变材料，还包括增粘剂，所述增粘剂质量份数为0.02～0.5份，其质量份数基准与上述原料组分基准一致，增粘剂的目的是为了使材料与沥青间具有更好的黏附性。

9、本发明所述三羟甲基乙烷，分子式为c5h12o3，呈粉末状。在80.5℃开始相变，峰温为90.3℃，相变潜热为196.5j/g，属于固-固相变材料。由于三羟甲基乙烷分子中存在羟基,因而三羟甲基乙烷分子间能形成氢键。随着温度的升高,分子间存在的氢键逐渐受到破坏，三羟甲基乙烷由晶态固体转变为塑性晶体，同时吸收外界热量。

10、本发明所述新戊二醇，分子式为c5h12o2，呈片状。在37.5℃开始相变，峰温为50.9℃，相变潜热为138.2j/g，属于固-固相变材料。新戊二醇分子中含有羟基，因而不但可以自身分子间形成氢键，还可以与三羟甲基乙烷分子间形成氢键，进而与三羟甲基乙烷形成多元醇二元体系，新戊二醇和三羟甲基乙烷的晶体结构和分子大小会影响其二元体系不同相态间的互溶度，因此通过两种多元醇的复掺可以实现三羟甲基乙烷-新戊二醇二元体系相变温度和相变潜热的调节。

11、本发明所述碱性硅溶胶为粒径10-20nm的二氧化硅颗粒在水中的分散液，二氧化硅质量浓度为30％，其ph为9-10.5。硅溶胶是一种较为理想的无机多孔载体，其中含有的水分可以将三羟甲基乙烷与新戊二醇充分溶解，再经过胶凝后具有丰富的三维网络孔隙结构，孔容与比表面积均较大，可将相变储热材料较牢固地吸附在三维网络微孔结构中，赋予复合相变材料较好的力学性质。三羟甲基乙烷与新戊二醇分子在硅凝胶网络结构作用力的束缚下运动空间受限，导致相变过程延长，且保持较高的比热容。

12、本发明所述促凝剂，主要成分为氯化钙，将其加入溶胶液后，更多的带正电离子的钙离子进入紧密层，使胶粒聚集，促进硅溶胶胶凝。

13、本发明所述增粘剂为硅烷偶联剂，主要成分为硅烷偶联剂kh570，属于甲基丙烯酰氧基官能团硅烷，化学式为ch2＝c(ch3)coo(ch2)3si(och3)3，其与水发生水解反应而生成硅醇，硅醇缩聚后的羟基团与硅溶胶胶粒表面羟基发生脱水缩合作用，从而与硅溶胶共同形成大量的si-o-si空间网络结构，提高粘接强度。

14、本发明提供了一种上述路用复合定形相变材料的应用，作为沥青改性剂应用于沥青或沥青混合料中，路用复合定形相变材料的掺量控制在沥青质量的15％-25％以内。

15、本发明所述复合定形相变材料应用于沥青或沥青混合料中时，首先在复合定形相变材料中掺入表面活性剂，使其表面吸附表面活性剂，之后再掺入沥青，所述表面活性剂质量份数为0.02～0.5，该质量与上述复合定形相变材料各原料组分的质量基准一致，掺入表面活性剂的目的在于提高材料与沥青间的黏附性能。

16、进一步地，所述表面活性剂为阳离子表面活性剂，可选择双十二烷基二甲基氯化铵，呈白色膏状，其亲水基和亲油基赋予了材料良好的吸附性，将其吸附在复合定形相变材料表面可以提高其与沥青的相容性。

17、本发明所述复合定形相变材料中各功能组分的组合作用，使得复合定形相变材料拥有了较为适宜的相变温度，该种复合定形相变材料在沥青中具有较好的分散性，赋予了沥青混合料良好的调温能力，能在夏季高温天气下显著降低路面温度。同时，使用该种复合定形相变材料作为沥青改性剂，改性后的沥青满足规范使用要求；使用该种复合相变材料作为外加剂成型的沥青混合料路用性能满足规范要求。

18、与现有用于道路工程的相变材料相比，该种复合定形相变材料具有较好的热力性质与稳定性，同时不与沥青发生化学反应，可以在高温天气下主动降低路面温度。采用本发明复合定形相变材料成型的沥青混合料具有以下优点：复合定形相变材料在沥青中具有较好的相容性，降低了外加材料对沥青性能的影响；复合定形相变材料的相变起始温度为48.7℃，峰温为56℃，相变潜热为110j/g，具有较高的相变起始温度和更宽的相变温度区间，拓展了相变材料应用范围，填补了路用高温相变材料的空缺。将本发明所述复合定形相变材料加入到沥青混合料中，沥青混凝土的动稳定度逐渐增大，表明沥青混凝土的高温性能得到了提高，抗车辙性能得到改善。

技术特征：

1.一种路用复合定形相变材料，其特征在于，该路用复合定形相变材料由三羟甲基乙烷和新戊二醇混合形成二元体系，后加入碱性硅溶胶进行封装得到，各原料组分质量份数如下：

2.根据权利要求1所述的一种路用复合定形相变材料，其特征在于，所述路用复合定形相变材料还包括促凝剂，促凝剂质量份数为0.03～0.5份，其质量份数基准与上述原料组分基准一致。

3.根据权利要求1所述的一种路用复合定形相变材料，其特征在于，所述路用复合定形相变材料还包括增粘剂，所述增粘剂质量份数为0.02～0.5份，其质量份数基准与上述原料组分基准一致。

4.根据权利要求1所述的一种路用复合定形相变材料，其特征在于，所述碱性硅溶胶为粒径10-20nm的二氧化硅颗粒在水中的分散液，二氧化硅质量浓度为30％，其ph为9-10.5。

5.根据权利要求2所述的一种路用复合定形相变材料，其特征在于，所述促凝剂为氯化钙。

6.根据权利要求3所述的一种路用复合定形相变材料，其特征在于，所述增粘剂为硅烷偶联剂。

7.根据权利要求6所述的一种路用复合定形相变材料，其特征在于，所述增粘剂为硅烷偶联剂kh570。

8.权利要求1至7任一项所述的一种路用复合定形相变材料的应用方法，其特征在于，所述路用复合定形相变材料作为沥青改性剂应用于沥青或沥青混合料中，路用复合定形相变材料的掺量控制在沥青质量的15％-25％以内。

9.根据权利要求8所述的一种路用复合定形相变材料的应用方法，其特征在于，所述复合定形相变材料应用于沥青或沥青混合料中时，首先在复合定形相变材料中掺入表面活性剂，之后再掺入沥青，所述表面活性剂质量份数为0.02～0.5，该质量与上述复合定形相变材料各原料组分的质量基准一致；

10.根据权利要求9所述的一种路用复合定形相变材料的应用方法，其特征在于，所述表面活性剂为双十二烷基二甲基氯化铵，呈白色膏状。

技术总结
本发明公开了一种路用复合定形相变材料及其应用。本发明所述路用复合定形相变材料由三羟甲基乙烷和新戊二醇混合形成二元体系，后加入碱性硅溶胶进行封装得到，所述路用复合定形相变材料还可包括促凝剂及增粘剂；所述路用复合定形相变材料作为沥青改性剂应用于沥青或沥青混合料中。本发明所述复合定形相变材料具有较好的热力性质与稳定性，同时不与沥青发生化学反应，可以在高温天气下主动降低路面温度；复合定形相变材料在沥青中具有较好的相容性，降低了外加材料对沥青性能的影响；将本发明所述复合定形相变材料加入到沥青混合料中，沥青混凝土的动稳定度逐渐增大，表明沥青混凝土的高温性能得到了提高，抗车辙性能得到改善。

技术研发人员：韦定兵,祁国涛,解建光,刘燕平,谭洋伟,蒋成龙
受保护的技术使用者：江苏开放大学（江苏城市职业学院）
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31