本发明涉及一种路面材料及其制备方法，特别是一种彩色路面材料及其制备方法。
背景技术：
：彩色路面具有美化环境和警示交通的功能。彩色路面在欧洲被广泛用来提示道路使用者在哪一时段可以使用哪一部分道路。在欧洲彩色路面广泛应用于提供一个单独的车道给特别的道路使用者，例如专用于公共交通的公交车道，自行车道，小型机动车道，专用于紧急服务和贵宾证持有者的电子收费站车道。彩色路面在一些减速带进行色彩的区分。这样进行区分是十分实用的。可以有效减少交通违规，增加交通行驶安全。另外，彩色路面的普及可以很大程度上改观城市的形象，体现城市的特色。不但体现在城市外观上的改变，还体现在城市居住环境的改变。可以使城市噪音污染减小，这是因为彩色沥青路面有较好的吸音效果，有效改善公路上汽车噪音的现象。关于彩色路面材料国内外已有很多研究，主要成果是：1）把普通黑沥青脱色再加所需要颜色的颜料制成彩铺胶结料，再用天然石料做骨料混合制备彩色路面材料；2）用石油树脂+聚合物+芳香油+颜料等制成彩铺胶结料，再用天然石料做骨料混合制成彩色路面材料；3）用树脂+固化剂+稀释增韧剂制成反应固化型彩铺胶结料，再与彩色集料混合制成彩色路面材料。第一种和第二种彩铺胶结料的特点是：都需要在高温条件下生产，工艺复杂、成本高、生产过程污染环境且彩铺料色彩不鲜艳、不持久。对于第三种彩色路面材料，CN102464863A公开了一种彩色路面胶结料及其应用，该专利中将双酚A环氧树脂、聚酰胺固化剂、以及聚丙二醇二缩水甘油醚或苯甲醇混合均匀，制成彩色路面胶结料。然后与彩色集料混合制成彩色路面混合料，用于铺设彩色路面。在便于彩色路面铺筑的同时，提高彩色路面胶结料的使用性能，延长彩色路面的使用寿命。CN103924496A公开了一种彩色陶瓷颗粒防滑路面的铺设方法，在干燥清洁的路面上，滩涂拌制好的胶水，撒布事先烧制好的陶瓷颗粒防滑集料，撒布均匀后，利用底胶的粘附性使骨料镶嵌紧密，再压涂面胶，从而形成高强度的彩色陶瓷颗粒路面。彩铺材料大多属于面层路面材料，通常需要与基础路面相粘结，而基础路面材料与彩色面层材料分为不同材料，所以有因为两种材料热敏感性不同而产生的层间应力而造成路面破坏问题。CN102731018A公开了一种陶砂粒状复合相变材料及其制备方法。其将相变材料与陶砂按质量3：7混合均匀，真空干燥加入矿粉，得复合材料。将复合材料浸入环氧乳液，表面撒布铁粉。加入相变材料后，可以通过相变材料的相变过程有效减小温度变化，进而避免彩色路面与基础路面由于材料热敏感度不同所带来的层间应力问题。由于陶砂用于路面，需要使用高抗压强度的高强陶砂。但现有的高强陶砂均不具有较高的孔隙率，致使相变材料不能被陶砂全部吸收，从而造成相变材料与胶结料发生结合，当路面受力时在每个相变点处便会发生应力集中现象，进而造成路面严重破坏。再者，现有方法在制备高孔隙率的陶砂时，抗压强度会大幅度地降低，用于路面时，容易被行车辗碎。因此，如何制备出高孔隙率和高抗压强度的陶瓷颗粒来吸收相变材料，从而避免相变材料与胶结料发生结合是亟待解决的问题。技术实现要素：鉴于现有技术的不足，本发明提供了一种彩色路面材料及其制备方法。本发明的方法得到具有分布均匀、三维的孔道结构、良好力学性能的彩色腔隙陶瓷颗粒，从而大幅度地提高了彩色腔隙陶瓷颗粒的孔隙率和机械强度，有效降低了路面的温度敏感性，提高了彩色路面材料的抗车辙能力。本发明提供了一种彩色路面材料的制备方法，该方法包括：所述集料与胶结料混合制成彩色路面材料，其中，所述集料由彩色腔隙陶瓷颗粒通过真空吸附法吸附相变材料制得，所述彩色腔隙陶瓷颗粒的制备方法包括如下步骤：（1）将陶瓷粉、碳酸钙粉、染料加入水打浆，制得第一浆料；（2）在所述第一浆料中加入海藻酸钠溶液，混合均匀，得到固相含量为2wt%～30wt%的第二浆料；（3）在所述第二浆料中加入葡萄糖酸内酯粉，搅拌均匀，静置，生成第一凝胶；（4）所述第一凝胶在酸性环境下进行脱水，得到第二凝胶；（5）所述第二凝胶进行溶剂置换，得到第三凝胶；（6）对所述第三凝胶进行干燥、切割、烧结和粉碎，得到彩色腔隙陶瓷颗粒。在所述第二浆料中，所述海藻酸钠的浓度为0.5wt%～5.0wt%，优选为1wt%～3wt%；所述海藻酸钠、碳酸钙粉和葡萄糖酸内酯粉的重量比例为（3～7）：1：（1.5～5.5）。所述陶瓷粉与染料的重量比例为1：（0.001～0.1）。在步骤（3）中，所述静置的时间为1h～48h，温度为20℃～60℃。由于浆料中的固相含量只有2wt%～30wt%，这样制成的凝胶中的固相含量也很低，直接干燥凝胶容易造成坍塌，因此凝胶需要将机体内多余水分脱出。在步骤（4）中，所述第一凝胶在酸性环境下进行脱水的具体步骤为：将所述第一凝胶浸泡在葡萄糖酸内酯溶液中，所述浸泡的时间为6h～48h，浸泡温度为20℃～50℃所述葡萄糖酸内酯溶液的浓度为0.5wt%～5.0wt%，优选为1wt%～4wt%。作为可变换的实施方式，所述第一凝胶在酸性环境下进行脱水的具体步骤还可以为：在步骤（4）中，所述浸泡的时间为6h～48h，浸泡温度为20℃～50℃所述第一凝胶在酸性环境下进行脱水的具体步骤为：将所述第一凝胶浸泡无机酸溶液中，所述无机酸溶液为硝酸溶液和/或盐酸溶液，所述无机酸溶液的浓度为0.01mol/L～0.10mol/L。为了进一步避免干燥时出现坍塌，本发明还需采用溶剂置换，进一步脱除水分。在步骤（5）中，所述第二凝胶进行溶剂置换的具体步骤为：将第二凝胶浸泡在叔丁醇或乙醇溶剂，浸泡时间为6h～48h，浸泡温度为20℃～50℃。所述溶剂置换所用的溶剂为乙醇、丙酮和叔丁醇中的一种或几种，优选为乙醇或叔丁醇。在步骤（6）中，所述干燥为冷冻干燥或室温干燥；所述烧结的方法包括：以5℃/min～30℃/min的速率继续升温至250℃～500℃，维持1h～3h，然后升温至烧结温度，烧结温度为1200℃～1600℃。所述彩色腔隙陶瓷颗粒的孔隙率60%～80%，抗压强度为20MPa～80MPa。所述吸附相变材料量与所述彩色腔隙陶瓷颗粒的重量比（1～5）：10。所述胶结料与集料的重量比例为（5～20）：100。所述胶结料可以使用常规使用的胶结料，可以包括环氧树脂、固化剂和增韧剂，所述环氧树脂、固化剂和增韧剂的重量比例为100：（10～50）：（10～50）。环氧树脂可以为E-51、E-44或E-42等；固化剂可以为酚醛胺固化剂，如YH-82等，增韧剂可以为聚丙二醇二缩水甘油醚、苯甲醇等。所述彩色腔隙陶瓷颗粒采用真空吸附法吸附相变材料的具体步骤为：把腔隙陶瓷颗粒装入密闭容器内，再对容器抽真空并保持10min～30min，使其颗粒中的腔隙全部处于真空状态，然后向容器内加入相变材料并不断进行搅动，使其颗粒中的所有腔隙充满相变材料为止。在烧结后，可以根据路面使用的要求进行粉碎，所述彩色腔隙陶瓷颗粒的粒径可以为0.5mm～5.0mm。所述陶瓷粉为常规的可以烧结成陶瓷的原料粉，可以为堇青石、粘土、滑石、锆石、氧化锆、尖晶石、氧化铝、硅酸盐、铝酸盐、铝硅酸锂、长石、二氧化钛、碳化硅和氮化硅中的一种或几种。所述相变材料可以常规使用的低温相变材料，可以为石蜡类相变材料、多元醇类相变材料、脂肪酸类相变材料中的一种或几种。所述石蜡类相变材料例如可以为正十二烷到正二十八烷中的一种或几种，所述多元醇类相变材料例如可以为聚乙二醇，季戊四醇、新戊二醇、三羟甲基氨基甲烷、三羟甲基丙烷、2,2-二羟甲基-丙醇和三羟甲基乙烷中的一种或几种；所述脂肪酸类相变材料例如可以为硬脂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸癸酸、月桂酸、醋酸、十五烷酸中的一种或几种。所述染料可以为本领域常规使用的染料，可以为氧化铁红、氧化铬绿、铬钛黄、孔雀蓝、孔雀绿、钴青、钴蓝、钒锆黄和铬锡红中的一种或几种。本发明还提供了一种如上述方法制备的彩色路面材料。本发明的彩色路面材料与现有技术相比，具有如下优点：（1）本发明通过在含有陶瓷粉、碳酸钙和海藻酸钠浆料中添加葡萄糖酸内酯粉，葡萄糖酸内酯在水中缓慢释放出H+，然后浆料中的碳酸钙小颗粒遇H+缓慢地释放出Ca2+，从而间接地控制Ca2+与海藻酸钠反应速度，缓慢地生成凝胶。由于Ca2+以碳酸钙小颗粒为中心缓慢地、均匀地向外扩散，从而使凝胶形成分布均匀的三维孔道结构。凝胶形成后，多余的水分释放到孔道结构中，而陶瓷粉体和染料伴随海藻酸钠一起固化形成凝胶孔壁。最后再通过脱水、溶剂置换、干燥、切割、烧结和粉碎，得到具有分布均匀、三维孔道结构的良好力学性能的彩色腔隙陶瓷颗粒，从而大幅度地提高了彩色腔隙陶瓷颗粒的孔隙率和机械强度，进一步提高了彩色路面材料的抗压能力和抗车辙能力。这样解决了海藻酸钠与氯化钙溶液反应速度非常快，导致凝胶交联密度呈梯度变化以及结构的不均一性，进而无法获得具有良好力学性能和的三维孔道结构的彩色腔隙陶瓷颗粒的问题。本发明的彩色腔隙陶瓷颗粒具有非常高的孔隙率，不但可以使大部分相变材料吸附到彩色腔隙陶瓷颗粒的腔隙内，而残留在彩色彩色腔隙陶瓷颗粒表面的相变材料却很少，这样避免了相变材料与胶结料接触，避免了现有相变材料在相变过程中存在应力集中现象，进而造成路面严重破坏的问题，而且可以吸附更多量的吸附相变材料，从而可提高路面材料单位质量的吸附热，有效降低了路面材料的温度敏感性，改善了沥青路面的高低温稳定性。（2）本发明利用彩色腔隙陶瓷颗粒的腔隙吸附相变材料，从而制作成彩色集料，利用相变材料在相变过程中吸收或释放的大量热量来调节基础路面和彩色面层之间的温度差，从而避免其因温度发生变化而产生不同应变，进而造成路面破坏的问题。（3）本发明的彩色路面材料受环境温度影响小，因此使其力学性能更优良，进而拓展了彩色面层材料的更广泛的适应性。具体实施方式下面结合实施例详细说明本发明的技术方案，但本发明不限于以下实施例。其中，涉及的wt%为质量分数。实施例1-4：配制胶结料按照表1所示的材料及组成配制胶结料，对应实施例1-4分别得到胶结料A1，A2，A3，A4。表1胶结料组成及配方实施例1实施例2实施例3实施例4A1A2A3A4环氧树脂型号及重量份数E-51，100E-44，100E-42，100E-42，100固化剂型号及重量份数YH-82，20YH-82，40YH-82，50YH-82，30增韧剂材料及重量份数聚丙二醇二缩水甘油醚，40苯甲醇，20聚丙二醇二缩水甘油醚，10聚丙二醇二缩水甘油醚，30实施例5将10kg氧化铝粉、0.75kg碳酸钙粉、0.1kg染料（氧化铁红）加入20kg水，球磨4h，得到第一浆料，然后将第一浆料加入到200kg浓度为1.5wt％的海藻酸钠溶液中，搅拌均匀，形成固相含量为4.7％的第二浆料，其中第二浆料中的固相含量＝固相粉末质量/浆料总重量，固相粉末质量＝氧化铝粉质量+碳酸钙粉质量+染料质量，浆料总重量＝固相粉末质量+海藻酸钠溶液质量。在第二浆料中加入2.5kg的葡萄糖酸内酯粉，然后搅拌均匀，在40℃下静置48小时，得到第一凝胶。其中，由于葡萄糖酸内酯粉水口缓慢出H+，因此，在搅拌过程中未出现明显凝胶现象，只是在静止过程中才逐渐生成了凝胶，从而保证凝胶缓慢地生成，有利于陶瓷粉全部富集到凝胶孔壁。将第一凝胶置于0.15wt%的葡萄糖酸内酯溶液进行脱水，在25℃下保持24小时，得到第二凝胶，再置于乙醇中进行溶剂置换24小时。溶剂置换的方法：将第二凝胶放入无水乙醇中浸泡24小时。将经溶剂置换过的坯体进行冷冻干燥（冷冻干燥是北京博医康仪器有限公司生产的FD-1A-50型冷冻干燥机中进行的，温度为-50℃），将干燥后的凝胶切割成小块，然后以20℃/min的速率继续升温至300℃，维持1h，然后升温至烧结温度，烧结温度为1600℃，最后将块状粉碎成颗粒状，过筛得到粒径为0.5mm～5.0mm的颗粒，即得到多孔的彩色腔隙陶瓷颗粒B1。实施例6将10kg氧化锆粉、0.5kg碳酸钙粉、0.5kg染料（氧化铬绿）加入20kg水，球磨4h，得到第一浆料，然后将第一浆料加入到100kg浓度为2.5wt％的海藻酸钠溶液中，搅拌均匀，形成固相含量为8.4％的第二浆料，其中第二浆料中的固相含量＝固相粉末质量/浆料总重量，固相粉末质量＝氧化锆粉质量+碳酸钙粉质量+染料质量，浆料总重量＝固相粉末质量+海藻酸钠溶液质量。在第二浆料中加入2.0kg的葡萄糖酸内酯粉，搅拌均匀，在50℃下静置36小时，得到第一凝胶。其中，由于葡萄糖酸内酯粉水口缓慢出H+，因此，在搅拌过程中未出现明显凝胶现象，只是在静止过程中才逐渐生成了凝胶，从而保证凝胶缓慢地生成，有利于陶瓷粉全部富集到凝胶孔壁。将第一凝胶置于0.30wt%的葡萄糖酸内酯溶液进行脱水，在40℃下保持24小时，得到第二凝胶，再置于乙醇中进行溶剂置换24小时。溶剂置换的方法：将第二凝胶放入无水乙醇中浸泡24小时。将经溶剂置换过的坯体进行冷冻干燥（冷冻干燥是北京博医康仪器有限公司生产的FD-1A-50型冷冻干燥机中进行的，温度为-50℃），以25℃/min的速率继续升温至350℃，维持1h，然后升温至烧结温度，烧结温度为1500℃，最后将块状粉碎成颗粒状，过筛得到粒径为0.5mm～5.0mm的颗粒，即得到多孔的彩色腔隙陶瓷颗粒B2。实施例7将10kg氧化铝粉、0.30kg碳酸钙粉、0.05kg染料（铬钛黄）加入20kg水，球磨4h，得到第一浆料，然后将第一浆料加入到20kg浓度为6wt％的海藻酸钠溶液中，搅拌均匀，形成固相含量为20.6％的第二浆料，其中第二浆料中的固相含量＝固相粉末质量/浆料总重量，固相粉末质量＝氧化铝粉质量+碳酸钙粉质量+染料质量，浆料总重量＝固相粉末质量+海藻酸钠溶液质量。在第二浆料中加入1kg的葡萄糖酸内酯粉，搅拌均匀，在30℃下静置48小时，得到第一凝胶。其中，由于葡萄糖酸内酯粉水口缓慢出H+，因此，在搅拌过程中未出现明显凝胶现象，只是在静止过程中才逐渐生成了凝胶，从而保证凝胶缓慢地生成，有利于陶瓷粉全部富集到凝胶孔壁。将第一凝胶置于0.05mol/L盐酸溶液进行脱水，在25℃下保持18小时，得到第二凝胶，再置于乙醇中进行溶剂置换36小时。溶剂置换的方法：将第二凝胶放入无水乙醇中浸泡36小时。将经溶剂置换过的坯体进行冷冻干燥（冷冻干燥是北京博医康仪器有限公司生产的FD-1A-50型冷冻干燥机中进行的，温度为-50℃），将干燥后的凝胶切割成小块，然后以20℃/min的速率继续升温至300℃，维持1h，然后升温至烧结温度，烧结温度为1600℃，最后将块状粉碎成颗粒状，过筛得到粒径为0.5mm～5.0mm的颗粒，即得到多孔的彩色腔隙陶瓷颗粒B3。实施例8将8kg碳化硅粉、1.3kg长石粉、0.7kg粘土粉、0.60kg碳酸钙粉、0.1kg染料加入20kg水，球磨4h，得到第一浆料，然后将第一浆料加入到50kg浓度为4wt％的海藻酸钠溶液中，搅拌均匀，形成固相含量为13.2％的第二浆料，其中第二浆料中的固相含量＝固相粉末质量/浆料总重量，固相粉末质量＝碳化硅粉质量+石粉质量+粘土粉质量+碳酸钙粉质量+染料质量，浆料总重量＝固相粉末质量+海藻酸钠溶液质量。在第二浆料中加入1.8kg的葡萄糖酸内酯粉，搅拌均匀，在25℃下静置48小时，得到第一凝胶。其中，由于葡萄糖酸内酯粉水口缓慢出H+，因此，在搅拌过程中未出现明显凝胶现象，只是在静止过程中才逐渐生成了凝胶，从而保证凝胶缓慢地生成，有利于陶瓷粉全部富集到凝胶孔壁。将第一凝胶置于0.4wt%的葡萄糖酸内酯溶液进行脱水，在20℃下保持18小时，得到第二凝胶，再置于乙醇中进行溶剂置换36小时。溶剂置换的方法：将第二凝胶放入无水乙醇中浸泡36小时。将经溶剂置换过的坯体进行冷冻干燥（冷冻干燥是北京博医康仪器有限公司生产的FD-1A-50型冷冻干燥机中进行的，温度为-50℃），将干燥后的凝胶切割成小块，然后以20℃/min的速率继续升温至300℃，维持1h，然后升温至烧结温度，烧结温度为1500℃，最后将块状粉碎成颗粒状，过筛得到粒径为0.5mm～5.0mm的颗粒，即得到多孔的彩色腔隙陶瓷颗粒B4。对比例1将10kg氧化铝粉、0.1kg染料加入20kg水，球磨4h，得到第一浆料，然后将第一浆料加入到200kg浓度为1.5wt％的海藻酸钠溶液中，搅拌均匀，形成固相含量为4.7％的第二浆料，其中第二浆料中的固相含量＝固相粉末质量/浆料总重量，固相粉末质量＝氧化铝粉质量+染料质量，浆料总重量＝固相粉末质量+海藻酸钠溶液质量。将1mol/L氯化钙溶液以滴加方式加入到第二浆料中，滴入氯化钙的溶液会生成凝胶小球，在这过程中会有一小部分氧化铝粉富集到凝胶孔壁上，在滴加过程中不断搅拌，滴加完成后在40℃下静置48小时，得到第一凝胶。将第一凝胶置于0.15wt%的葡萄糖酸内酯溶液进行脱水，在25℃下保持24小时，得到第二凝胶，再置于乙醇中进行溶剂置换24小时。溶剂置换的方法：将第二凝胶放入无水乙醇中浸泡24小时。将经溶剂置换过的坯体进行冷冻干燥（冷冻干燥是北京博医康仪器有限公司生产的FD-1A-50型冷冻干燥机中进行的，温度为-50℃），然后以20℃/min的速率继续升温至300℃，维持1h，然后升温至烧结温度，烧结温度为1600℃，最后将块状粉碎成颗粒状，过筛得到粒径为0.5mm～5.0mm的颗粒，即得到多孔的彩色腔隙陶瓷颗粒B5。表2陶瓷的性质孔隙率/％抗压强度/MPaB175.330.5B271.535.4B361.470.6B468.540.7B535.218.4实施例9-12制备彩色路面材料取实施例5-8所制备的彩色腔隙陶瓷颗粒B1，B2，B3及B4，分别装入密闭容器内，再对容器抽真空并保持5～20分钟，使其颗粒中的腔隙全部处于真空状态，然后向容器内喷入相变材料，并不断进行搅动使其颗粒中的所有腔隙充满相变材料为止，从而得到集料。相变材料的性质、含量见表3。将实施例1-4所制备的彩色路面胶结料A1、A2、A3、A4分别与包含相变材料的集料B1、B2、B3、B4一起混合制成彩色路面材料C1、C2、C3、C4，其混合比例分别为：9/100、10/100、11/100、15/100。其路用性能如表4所示。对比例2制备彩色路面材料取对比例1所制备的彩色腔隙陶瓷颗粒B5，装入密闭容器内，再对容器抽真空并保持5～20分钟，使其颗粒中的腔隙全部处于真空状态，然后向容器内喷入相变材料，并不断进行搅动使其颗粒中的所有腔隙充满相变材料为止，相变材料的性质、集料中相变的含量见表3。将所制备的彩色路面胶结料A1与集料B5一起混合制成彩色路面材料C5，其混合比例分别为：9/100。其路用性能如表4所示。表3原料产品相变材料集料中相变材料的含量/wt%相变温度点/℃实施例9A1、B1C1石蜡3047～52实施例10A2、B2C2PEG10002437～41实施例11A3、B3C3PEG2002120～25实施例12A4、B4C4石蜡2220～25对比例2A1、B5C5石蜡1047～52由表2和3知，本发明的陶瓷具有非常的空隙率，进而可以吸附更多的相变材料，从而可提高路面材料单位质量的吸附热，有效降低了路面材料的温度敏感性，改善了沥青路面的高低温稳定性。表4彩色路面材料路用性能评价马歇尔稳定度/KN抗弯拉应变/με车辙稳次/mm施工温度/℃C1＞50＞2500＞10000-5～30C2＞50＞2500＞10000-5～30C3＞50＞2500＞10000-5～30C4＞50＞2500＞10000-5～30C5＞502000～23005000～6000-5～30由表2和4可知，本发明的陶瓷具有非常高的抗压强度，进而使得彩色路面材料具有非常的好的抗弯拉应变和抗车辙能力。当前第1页1 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