本发明涉及一种复合相变储热沥青路面材料及其制备方法，属于功能性路面材料
技术领域：
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背景技术：
沥青是一种温度敏感性的粘弹性材料，在路面工程广泛应用的同时也面临着由温度带来的负面影响。高温的沥青路面还会释放出大量的沥青挥发物，污染人居环境，且蓄积了大量热量的沥青路面不断释放热量导致周围气温升高，加剧了城市热岛效应。为了减轻沥青路面与高温相关病害的产生与发展，国内外主要是从提高沥青结合料与混合料的温度稳定性方面开展重点研究，提出了沥青改性、添加纤维、优化矿料级配等技术措施，被动应对沥青路面使用过程中面临的环境气温变化，解决了一些具体工程技术问题，但沥青路面与高温相关的病害仍很严重。因此，如能采取某种措施主动应对环境气温变化，研发自调温沥青混合料，则可有效地减轻沥青路面与高温相关的病害。相变储能技术是一种能够将能量以相变潜热的形式高密度储存的高新技术，可解决能量供求在时间和空间上不匹配的矛盾，在太阳能利用、电力的削峰填谷、工业废热和余热的回收利用、民用电子产品以及建筑节能等领域具有良好的应用前景。实现储能技术的核心和基础是相变储热材料，简称相变材料，是指在一定温度范围内，即相变温度范围内改变其相态以潜热的形式吸收、贮存或释放大量热量而本身温度保持不变的材料，这类材料具有热能储存和温度调节控制的特性，在许多领域具有应用价值。近年来科研工作者们利用相变材料的相变特性，将其应用于沥青混合料中制备具有相变储热功能沥青路面材料，主动调节沥青路面温度。在高温季节可有效缩短路面的高温作用时间，降低沥青路面温度，主动减轻路面高温病害；延长道路使用寿命、减少道路的维修费用、提高交通安全；同时还可减少高温路面向环境散发的有害物质和大量热量，从而改善人居环境，缓解城市热岛效应，节约能源。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题：针对现有路面材料力学性能和高温稳定性较差的问题，提供了一种复合相变储热沥青路面材料及其制备方法。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种复合相变储热沥青路面材料，其由下述重量份原料组成：80～100份石油沥青，12～15份脱硫胶粉，0.2～0.3份复合相变储热材料。所述复合相变储热材料为膨胀硅凝胶在真空泵中吸附十四烷，再用癸二酸二异辛酯-乙醇溶液封装后烘干研磨制得。所述物料重量份为100～200份膨胀硅凝胶，100～200份十四烷，400～800份质量分数为8.5%癸二酸二异辛酯-乙醇溶液。所述膨胀硅凝胶为硅溶胶经氨水调节ph为5.0～5.5，静置老化后滴入液氮中冻结并冷冻干燥，水洗醇洗后干燥制得。所述硅溶胶sio2固含量为28.2～29.3%，ph为9.5～9.9。所述冷冻干燥温度为-50～-30℃。所述醇洗过程为浸泡在无水乙醇中，在50～60℃恒温水浴下浸泡3～5h。所述干燥过程为加热至50～60℃干燥5～6h，再加热至80～100℃下干燥2～3h。一种复合相变储热沥青路面材料，具体步骤为：（1）取硅溶胶并用质量分数为10%氨水调节硅溶胶ph为5.0～5.5，静置老化后以滴入液氮中冻结1～2h，滴加完毕后过滤得冰珠，将冰珠在-50～-30℃下干燥，得预处理硅凝胶；（2）将预处理硅凝胶水洗醇洗后转入干燥箱中，加热至50～60℃干燥5～6h，再加热至80～100℃下干燥2～3h，得膨胀硅凝胶；（3）取膨胀硅凝胶、十四烷装入真空泵中混合均匀，再加入质量分数为8.5%癸二酸二异辛酯-乙醇溶液混合均匀后烘干，并研磨过60目筛，得复合相变储热材料；（4）取石油沥青在130～140℃下加热软化，向石油沥青中加入脱硫胶粉，继续加热至180～190℃并搅拌均匀，再加入复合相变储热材料混匀后转入高速剪切仪中，以3000～4000r/min搅拌40～50min，得复合相变储热沥青路面材料。本发明与其他方法相比，有益技术效果是：（1）本发明通过氨水沉积出硅凝胶，并用液氮冻结，利用水相向固相转变过程中的膨胀，促使硅凝胶孔隙扩展，再在冷冻环境下干燥，通过固相水升华进一步扩展硅凝胶，制得具有空间网状结构的以气体为分散介质，高孔隙率、高比表面积、低导热系数、低密度的膨胀硅凝胶，再利用膨胀硅凝胶的毛细管力将十四烷作为相变储热材料吸附在孔隙中密实凝胶，并由癸二酸二异辛酯封装，在硅凝胶介孔的毛细管及孔隙间壁阻断双重作用下，被吸附的十四烷分子运动受限，使其达到相变温度仍能保持稳定的形状而不泄漏，从而获得以十四烷为相变材料、硅凝胶为载体基质的定形效果良好的复合相变材料，提高控温性能并提高强度，同时兼具防水功能，填充在沥青混合料中的部分内部空隙，增大了沥青混合料的毛体积密度，并降低了沥青混合料的空隙率与矿料间隙率，可将其以替代细集料应用于沥青混合料中，形成掺量可控的相变储热沥青混合料，主动应对环境温度变化，实现储热降温的功效；（2）本发明高温稳定性好，可实现高温条件下主动降低沥青路面温度，不但减少了路面热稳定性病害，而且减少了路面向环境散热，降低周边环境温度，缓解城市热岛效应，改善人居环境乃至节约能源，实现人居、交通、环境和谐统一。具体实施方式取100～200g硅溶胶，并用质量分数为10%氨水调节硅溶胶ph为5.0～5.5，以300～400r/min搅拌10～15min后静置老化1～2h，再以3～5g/min滴入液氮中冻结1～2h，滴加完毕后过滤得冰珠，将冰珠置于冷冻干燥箱中，在-50～-30℃下干燥10～12h，得预处理硅凝胶，用去离子水洗涤预处理硅凝胶3～5次后浸泡在无水乙醇中，在50～60℃恒温水浴下浸泡3～5h，取出预处理硅凝胶并转入干燥箱中，加热至50～60℃干燥5～6h，再加热至80～100℃下干燥2～3h，得膨胀硅凝胶，取100～200g膨胀硅凝胶，100～200g十四烷装入真空泵中混合均匀，再加入400～800g质量分数为8.5%癸二酸二异辛酯-乙醇溶液，混合均匀后置于烘箱中，在50～60℃下干燥40～60min，烘干后装入研钵中研磨，过60目筛，得复合相变储热材料，取80～100g石油沥青，在130～140℃下加热软化20～30min，向沥青中加入12～15g脱硫胶粉，继续加热至180～190℃并以600～800r/min搅拌5～10min，再加入0.2～0.3g复合相变储热材料，继续搅拌15～20min，随后转入高速剪切仪中，以3000～4000r/min搅拌40～50min，得复合相变储热沥青路面材料。取100g硅溶胶，并用质量分数为10%氨水调节硅溶胶ph为5.0，以300r/min搅拌10min后静置老化1h，再以3g/min滴入液氮中冻结1h，滴加完毕后过滤得冰珠，将冰珠置于冷冻干燥箱中，在-30℃下干燥10h，得预处理硅凝胶，用去离子水洗涤预处理硅凝胶3次后浸泡在无水乙醇中，在50℃恒温水浴下浸泡3h，取出预处理硅凝胶并转入干燥箱中，加热至50℃干燥5h，再加热至80℃下干燥2h，得膨胀硅凝胶，取100g膨胀硅凝胶，100g十四烷装入真空泵中混合均匀，再加入400g质量分数为8.5%癸二酸二异辛酯-乙醇溶液，混合均匀后置于烘箱中，在50℃下干燥40min，烘干后装入研钵中研磨，过60目筛，得复合相变储热材料，取80g石油沥青，在130℃下加热软化20min，向沥青中加入12g脱硫胶粉，继续加热至180℃并以600r/min搅拌5min，再加入0.2g复合相变储热材料，继续搅拌15min，随后转入高速剪切仪中，以3000r/min搅拌40min，得复合相变储热沥青路面材料。取150g硅溶胶，并用质量分数为10%氨水调节硅溶胶ph为5.2，以350r/min搅拌12min后静置老化1h，再以4g/min滴入液氮中冻结1h，滴加完毕后过滤得冰珠，将冰珠置于冷冻干燥箱中，在-40℃下干燥11h，得预处理硅凝胶，用去离子水洗涤预处理硅凝胶4次后浸泡在无水乙醇中，在55℃恒温水浴下浸泡4h，取出预处理硅凝胶并转入干燥箱中，加热至55℃干燥5h，再加热至90℃下干燥2h，得膨胀硅凝胶，取150g膨胀硅凝胶，150g十四烷装入真空泵中混合均匀，再加入600g质量分数为8.5%癸二酸二异辛酯-乙醇溶液，混合均匀后置于烘箱中，在55℃下干燥50min，烘干后装入研钵中研磨，过60目筛，得复合相变储热材料，取90g石油沥青，在135℃下加热软化25min，向沥青中加入13g脱硫胶粉，继续加热至185℃并以700r/min搅拌8min，再加入0.2g复合相变储热材料，继续搅拌18min，随后转入高速剪切仪中，以3500r/min搅拌45min，得复合相变储热沥青路面材料。取200g硅溶胶，并用质量分数为10%氨水调节硅溶胶ph为5.5，以400r/min搅拌15min后静置老化2h，再以5g/min滴入液氮中冻结2h，滴加完毕后过滤得冰珠，将冰珠置于冷冻干燥箱中，在-50℃下干燥12h，得预处理硅凝胶，用去离子水洗涤预处理硅凝胶5次后浸泡在无水乙醇中，在60℃恒温水浴下浸泡5h，取出预处理硅凝胶并转入干燥箱中，加热至60℃干燥6h，再加热至100℃下干燥3h，得膨胀硅凝胶，取200g膨胀硅凝胶，200g十四烷装入真空泵中混合均匀，再加入800g质量分数为8.5%癸二酸二异辛酯-乙醇溶液，混合均匀后置于烘箱中，在60℃下干燥60min，烘干后装入研钵中研磨，过60目筛，得复合相变储热材料，取100g石油沥青，在140℃下加热软化30min，向沥青中加入15g脱硫胶粉，继续加热至190℃并以800r/min搅拌10min，再加入0.3g复合相变储热材料，继续搅拌20min，随后转入高速剪切仪中，以4000r/min搅拌50min，得复合相变储热沥青路面材料。对照例：重庆某公司生产的复合相变储热沥青路面材料。将实例及对照例的复合相变储热沥青路面材料进行检测，具体检测如下：采用netzsch-sta449c综合热分析仪测试相变潜热相关数据。采用稳态平板法测量peg2000的导热系数，所用仪器为杭州大华仪器制造有限公司生产的ybf-2型导热系数仪。储热降温性能测试：测试仪器为自制的温度模拟试验箱，以实测环境温度为依据，通过计算机程序调控碘钨灯发热功率，精确模拟环境温度变化，用于研究sspcm在沥青中的降温性能。将复合相变材料分别放入85℃的真空烘箱中，加热12h后，取出观察，每一种复合相变材料均未发生泄漏现象，待其冷却至室温后，采用综合热分析仪对其进行热重分析，升温区间为20～800℃，升温速率为10℃/s。具体检测结果如表1。表1性能表征对比表检测项目实例1实例2实例3对照例相变潜热/j·g﹣1117.4121.2118.065.5导热系数/w·（m·k）﹣13.233.213.560.6降温幅度/℃4.34.54.20.5质量损失/%0.81.51.323.6由表1可知，本发明制备的复合相变储热沥青路面材料具有较高的相变潜热，导热性热稳定性均表现良好，是较为理想的复合相变材料。当前第1页12