本發(fā)明涉及瀝青混合料技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種能夠主動調(diào)控高溫氣候條件下瀝青路面使用溫度的相變調(diào)溫劑。

背景技術(shù)：

瀝青路面車轍、擁包等病害主要由于高溫條件下瀝青變軟，瀝青混凝土路面抗剪強(qiáng)度降低所致。近年來眾多科研工作者從瀝青改性、纖維摻入、級配優(yōu)化等方面入手，嘗試解決路面的高溫病害問題，取得了一定的效果。然而近些年來，隨著全球氣候變暖，極端高溫天氣頻發(fā)，由高溫導(dǎo)致的變形類病害仍舊是南方地區(qū)瀝青路面的典型病害。傳統(tǒng)瀝青改性措施并沒有起到標(biāo)本兼治的作用。因此，迫切需要從主動調(diào)節(jié)瀝青路面溫度狀況的新角度入手，來探索提高路面對環(huán)境條件適應(yīng)能力的技術(shù)措施，以期路面在環(huán)境氣溫影響下能夠較長時(shí)間的保持在性能良好的溫度區(qū)間內(nèi)，來減輕或避免路面高溫變形病害的發(fā)生。

利用相變材料的相變潛熱特性，可在氣溫高于相變溫度時(shí)收集儲存太陽能，主動調(diào)控瀝青路面結(jié)構(gòu)的使用溫度，減小快速升溫階段瀝青路面的升溫速率，延遲和縮短極端高溫出現(xiàn)的時(shí)間和持續(xù)時(shí)間，使路面結(jié)構(gòu)溫度盡可能長的保持在正常合理的工作區(qū)間范圍內(nèi)，大大降低瀝青路面車轍等永久變形出現(xiàn)的機(jī)率和可能性。

相變材料種類繁多，雖已在水泥混凝土、水泥砂漿等建筑材料領(lǐng)域得到應(yīng)用，但瀝青混合料與水泥混凝土、水泥砂漿等有所不同，在使用過程中需要承受車輛動荷載的作用，而且需要在高溫條件下拌制輾壓，會使相變材料發(fā)生滲漏和揮發(fā)，因此常規(guī)相變材料不適合直接應(yīng)用于瀝青混合料中。

國內(nèi)關(guān)于相變材料在公路工程中的應(yīng)用研究甚少，交通運(yùn)輸部科學(xué)研究院聯(lián)合北京秦天科技集團(tuán)有限公司、長安大學(xué)等單位對相變材料在瀝青混合料中的應(yīng)用進(jìn)行了探索研究，開發(fā)出了適用于低溫及大溫差條件下的道路相變調(diào)溫劑DTC，但對于適用于高溫條件下的道路相變調(diào)溫劑目前國內(nèi)還鮮有研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種適合在南方高溫地區(qū)使用的微膠囊型相變調(diào)溫劑MPT-H，有效解決了相變材料在高溫及荷載作用下的揮發(fā)和滲漏問題，且相變潛熱值大，能夠有效減小快速升溫階段瀝青路面的升溫速率，延遲和縮短極端高溫出現(xiàn)的時(shí)間和持續(xù)時(shí)間，提高了瀝青路面對環(huán)境變化的適應(yīng)能力，為解決瀝青路面車轍永久變形等世界性難題提供了新的途徑。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種公路相變調(diào)溫劑，其特征在于，由包括以下重量份的原料制成：相變材料10份-55份，甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸甲酯共聚物1份-5份，引發(fā)劑0.1份-1份，乳化劑10份-50份。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，所述相變材料為聚乙二醇，熔點(diǎn)為36℃-50℃。

在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，所述引發(fā)劑為偶氮二異丁腈或過硫酸鉀。

在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，所述乳化劑為十二烷基三甲基氯化銨、吐溫20或十二烷基硫酸鈉。

在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，所述相變調(diào)溫劑為微米級膠囊結(jié)構(gòu)。

在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，所述相變調(diào)溫劑的相變形態(tài)屬于固-固相變，相變起始溫度為20-40℃，結(jié)束溫度為50-60℃，主峰峰值溫度為40-50℃，潛熱值達(dá)到165J/g以上。

在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，所述相變調(diào)溫劑在高溫拌和條件下不會閃燃，且抗壓強(qiáng)度在常溫下達(dá)到1400kPa以上。

本發(fā)明還提供了一種制備公路相變調(diào)溫劑的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

將單體甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯用堿性溶液洗滌，再用蒸餾水洗至中性；

按重量份稱取單體甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯，并按重量份加入引發(fā)劑，攪拌均勻成油相A溶液；

按重量份稱取相變材料，加入所述油相A溶液中，然后進(jìn)行攪拌，靜置；

按重量份稱取乳化劑，將乳化劑與去離子水?dāng)嚢杈鶆蛑瞥伤郆溶液，水浴加熱以活化乳化劑；

將油相A溶液加入到水相B溶液中，在水浴中攪拌乳化，得到相變材料乳液；

將相變材料乳液迅速轉(zhuǎn)移到事先通入N₂的四口燒瓶內(nèi)，然后在回流冷凝下加熱乳液，在攪拌的條件下進(jìn)行聚合反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后將溶液自然冷卻至室溫，洗滌、過濾及干燥后，得到公路相變調(diào)溫劑。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，所述堿性溶液為10wt％的NaOH溶液。

在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，所述相變材料為聚乙二醇，所述引發(fā)劑為偶氮二異丁腈，所述乳化劑為十二烷基硫酸鈉。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)MPT-H是將PEG2000微膠囊化而形成的一種新的合成材料，相變形態(tài)屬于固-固相變，其升溫過程相變起始溫度為30℃，結(jié)束溫度為55℃，主峰峰值溫度為43.9℃，潛熱值達(dá)到165J/g(一般固固相變材料潛熱值僅有3-10J/g)。道路常用瀝青的軟化點(diǎn)為40℃左右，因此，本發(fā)明的相變調(diào)溫劑MPT-H恰好能起到夏季高溫時(shí)段路面高溫削峰、延遲極端高溫出現(xiàn)時(shí)間的作用。經(jīng)室外使用驗(yàn)證，與對比試驗(yàn)路段相比，可延遲極端高溫出現(xiàn)時(shí)間4小時(shí)，降低溫度6-8℃。

(2)本發(fā)明的使用，可有效消除或延緩瀝青路面車轍等高溫變形病害的發(fā)生，延長道路使用壽命，降低路面全壽命周期成本。

(3)一般的有機(jī)類相變材料在高溫拌和條件下，會出現(xiàn)揮發(fā)和燃燒現(xiàn)象，而所提出的微膠囊型相變材料MPT-H在高溫拌和條件下(溫度達(dá)到200℃時(shí))，在一分鐘內(nèi)不會閃燃，且抗壓強(qiáng)度達(dá)到1420kPa(常溫)，滿足瀝青混合料加工及施工工藝的要求。

(4)采用微膠囊封裝方式，從本質(zhì)上解決了有機(jī)相變材料的滲漏和揮發(fā)導(dǎo)致的性能衰減問題。室內(nèi)模擬-20℃到70℃，又從70℃到-20℃共80次的升降溫循環(huán)試驗(yàn)，調(diào)溫性能無任何衰減，確保了調(diào)溫效果的可靠性和耐久性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的微膠囊型相變調(diào)溫劑實(shí)物；

圖2為本發(fā)明的微膠囊型相變調(diào)溫劑放大后的微觀形貌；

圖3為摻加0.3wt％的本發(fā)明的微膠囊型相變調(diào)溫劑和未摻加本發(fā)明的微膠囊型相變調(diào)溫劑的實(shí)驗(yàn)路瀝青路面的溫度曲線。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的抑制瀝青路面高溫病害發(fā)生的微膠囊型相變調(diào)溫劑的制備方法包括以下步驟：

將甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯用濃度為10wt％的NaOH溶液洗三遍，再用蒸餾水洗至中性；

按重量份稱取單體甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯，并按重量份加入引發(fā)劑偶氮二異丁腈，攪拌均勻成油相A溶液；

按重量份稱取相變材料PEG2000，加入所述油相A溶液體中，以300r/min的速率攪拌10min，靜置10min；

按重量份稱取乳化劑十二烷基硫酸鈉與80mL去離子水?dāng)嚢杈鶆蛑瞥伤郆溶液，水浴加熱10min，活化乳化劑；

將油相A溶液加入到水相B溶液中，在35℃水浴中以1800rpm的轉(zhuǎn)速攪拌乳化15min，得到PEG2000乳液；

將PEG2000乳液迅速轉(zhuǎn)移到事先通入30min N₂的四口燒瓶內(nèi)，然后在回流冷凝下加熱乳液至60℃(外加恒溫水浴)，在1800rpm的攪拌速條件下聚合反應(yīng)3.5h，反應(yīng)結(jié)束后將溶液自然冷卻至室溫，洗滌、過濾及干燥后，即得到本發(fā)明的微膠囊型相變調(diào)溫劑MTP-H，如圖1所示。

采用差示掃描量熱法(DSC)分別對本發(fā)明公路相變調(diào)溫劑進(jìn)行相變溫度和相變潛熱測試，結(jié)果表明，升溫過程，相變起始溫度為28.5℃，相變結(jié)束溫度為45℃，主峰峰值溫度為38.9℃。道路常用瀝青的軟化點(diǎn)通常為45℃左右，恰好能起到夏季高溫時(shí)段路面高溫削峰、延遲極端高溫出現(xiàn)時(shí)間的作用。

將本發(fā)明的微膠囊型相變調(diào)溫劑MTP-H以0.3wt％摻入到實(shí)驗(yàn)路的瀝青路面，然后對摻有本發(fā)明的微膠囊型相變調(diào)溫劑與未摻有本發(fā)明的微膠囊型相變調(diào)溫劑路面溫度進(jìn)行了從早6:00至晚23:00的連續(xù)測試，結(jié)果如圖3所示。

從圖3可以看出，到下午15:00的時(shí)候，空氣溫度達(dá)到了32.3℃。未摻本發(fā)明微膠囊型相變調(diào)溫劑路段的溫度上升到了52.7℃，而摻加了0.3wt％的本發(fā)明微膠囊型相變調(diào)溫劑路段的溫度為47.1℃，比未摻加路段溫度低5.6℃。可見，本發(fā)明的抑制瀝青路面高溫病害發(fā)生的微膠囊型相變調(diào)溫劑能夠在自身發(fā)生相變的同時(shí)儲存熱量，可有效降低高溫條件下瀝青路面的升溫效率，延遲和縮短極端高溫出現(xiàn)的時(shí)間和持續(xù)時(shí)間，有效減少車轍等高溫病害的發(fā)生。