一種彩色路面材料及其製備方法與流程
2023-10-17 09:08:44 2
本發明涉及一種路面材料及其製備方法，特別是一種彩色路面材料及其製備方法。
背景技術：
：彩色路面具有美化環境和警示交通的功能。彩色路面在歐洲被廣泛用來提示道路使用者在哪一時段可以使用哪一部分道路。在歐洲彩色路面廣泛應用於提供一個單獨的車道給特別的道路使用者，例如專用於公共運輸的公交車道，自行車道，小型機動車道，專用於緊急服務和貴賓證持有者的電子收費站車道。彩色路面在一些減速帶進行色彩的區分。這樣進行區分是十分實用的。可以有效減少交通違規，增加交通行駛安全。另外，彩色路面的普及可以很大程度上改觀城市的形象，體現城市的特色。不但體現在城市外觀上的改變，還體現在城市居住環境的改變。可以使城市噪音汙染減小，這是因為彩色瀝青路面有較好的吸音效果，有效改善公路上汽車噪音的現象。關於彩色路面材料國內外已有很多研究，主要成果是：1）把普通黑瀝青脫色再加所需要顏色的顏料製成彩鋪膠結料，再用天然石料做骨料混合製備彩色路面材料；2）用石油樹脂+聚合物+芳香油+顏料等製成彩鋪膠結料，再用天然石料做骨料混合製成彩色路面材料；3）用樹脂+固化劑+稀釋增韌劑製成反應固化型彩鋪膠結料，再與彩色集料混合製成彩色路面材料。第一種和第二種彩鋪膠結料的特點是：都需要在高溫條件下生產，工藝複雜、成本高、生產過程汙染環境且彩鋪料色彩不鮮豔、不持久。對於第三種彩色路面材料，CN102464863A公開了一種彩色路面膠結料及其應用，該專利中將雙酚A環氧樹脂、聚醯胺固化劑、以及聚丙二醇二縮水甘油醚或苯甲醇混合均勻，製成彩色路面膠結料。然後與彩色集料混合製成彩色路面混合料，用於鋪設彩色路面。在便於彩色路面鋪築的同時，提高彩色路面膠結料的使用性能，延長彩色路面的使用壽命。CN103924496A公開了一種彩色陶瓷顆粒防滑路面的鋪設方法，在乾燥清潔的路面上，灘涂拌制好的膠水，撒布事先燒制好的陶瓷顆粒防滑集料，撒布均勻後，利用底膠的粘附性使骨料鑲嵌緊密，再壓塗面膠，從而形成高強度的彩色陶瓷顆粒路面。彩鋪材料大多屬於面層路面材料，通常需要與基礎路面相粘結，而基礎路面材料與彩色面層材料分為不同材料，所以有因為兩種材料熱敏感性不同而產生的層間應力而造成路面破壞問題。CN102731018A公開了一種陶砂粒狀複合相變材料及其製備方法。其將相變材料與陶砂按質量3：7混合均勻，真空乾燥加入礦粉，得複合材料。將複合材料浸入環氧乳液，表面撒布鐵粉。加入相變材料後，可以通過相變材料的相變過程有效減小溫度變化，進而避免彩色路面與基礎路面由於材料熱敏感度不同所帶來的層間應力問題。由於陶砂用於路面，需要使用高抗壓強度的高強陶砂。但現有的高強陶砂均不具有較高的孔隙率，致使相變材料不能被陶砂全部吸收，從而造成相變材料與膠結料發生結合，當路面受力時在每個相變點處便會發生應力集中現象，進而造成路面嚴重破壞。再者，現有方法在製備高孔隙率的陶砂時，抗壓強度會大幅度地降低，用於路面時，容易被行車輾碎。因此，如何製備出高孔隙率和高抗壓強度的陶瓷顆粒來吸收相變材料，從而避免相變材料與膠結料發生結合是亟待解決的問題。技術實現要素：鑑於現有技術的不足，本發明提供了一種彩色路面材料及其製備方法。本發明的方法得到具有分布均勻、三維的孔道結構、良好力學性能的彩色腔隙陶瓷顆粒，從而大幅度地提高了彩色腔隙陶瓷顆粒的孔隙率和機械強度，有效降低了路面的溫度敏感性，提高了彩色路面材料的抗車轍能力。本發明提供了一種彩色路面材料的製備方法，該方法包括：所述集料與膠結料混合製成彩色路面材料，其中，所述集料由彩色腔隙陶瓷顆粒通過真空吸附法吸附相變材料製得，所述彩色腔隙陶瓷顆粒的製備方法包括如下步驟：（1）將陶瓷粉、碳酸鈣粉、染料加入水打漿，製得第一漿料；（2）在所述第一漿料中加入海藻酸鈉溶液，混合均勻，得到固相含量為2wt%～30wt%的第二漿料；（3）在所述第二漿料中加入葡萄糖酸內酯粉，攪拌均勻，靜置，生成第一凝膠；（4）所述第一凝膠在酸性環境下進行脫水，得到第二凝膠；（5）所述第二凝膠進行溶劑置換，得到第三凝膠；（6）對所述第三凝膠進行乾燥、切割、燒結和粉碎，得到彩色腔隙陶瓷顆粒。在所述第二漿料中，所述海藻酸鈉的濃度為0.5wt%～5.0wt%，優選為1wt%～3wt%；所述海藻酸鈉、碳酸鈣粉和葡萄糖酸內酯粉的重量比例為（3～7）：1：（1.5～5.5）。所述陶瓷粉與染料的重量比例為1：（0.001～0.1）。在步驟（3）中，所述靜置的時間為1h～48h，溫度為20℃～60℃。由於漿料中的固相含量只有2wt%～30wt%，這樣製成的凝膠中的固相含量也很低，直接乾燥凝膠容易造成坍塌，因此凝膠需要將機體內多餘水分脫出。在步驟（4）中，所述第一凝膠在酸性環境下進行脫水的具體步驟為：將所述第一凝膠浸泡在葡萄糖酸內酯溶液中，所述浸泡的時間為6h～48h，浸泡溫度為20℃～50℃所述葡萄糖酸內酯溶液的濃度為0.5wt%～5.0wt%，優選為1wt%～4wt%。作為可變換的實施方式，所述第一凝膠在酸性環境下進行脫水的具體步驟還可以為：在步驟（4）中，所述浸泡的時間為6h～48h，浸泡溫度為20℃～50℃所述第一凝膠在酸性環境下進行脫水的具體步驟為：將所述第一凝膠浸泡無機酸溶液中，所述無機酸溶液為硝酸溶液和/或鹽酸溶液，所述無機酸溶液的濃度為0.01mol/L～0.10mol/L。為了進一步避免乾燥時出現坍塌，本發明還需採用溶劑置換，進一步脫除水分。在步驟（5）中，所述第二凝膠進行溶劑置換的具體步驟為：將第二凝膠浸泡在叔丁醇或乙醇溶劑，浸泡時間為6h～48h，浸泡溫度為20℃～50℃。所述溶劑置換所用的溶劑為乙醇、丙酮和叔丁醇中的一種或幾種，優選為乙醇或叔丁醇。在步驟（6）中，所述乾燥為冷凍乾燥或室溫乾燥；所述燒結的方法包括：以5℃/min～30℃/min的速率繼續升溫至250℃～500℃，維持1h～3h，然後升溫至燒結溫度，燒結溫度為1200℃～1600℃。所述彩色腔隙陶瓷顆粒的孔隙率60%～80%，抗壓強度為20MPa～80MPa。所述吸附相變材料量與所述彩色腔隙陶瓷顆粒的重量比（1～5）：10。所述膠結料與集料的重量比例為（5～20）：100。所述膠結料可以使用常規使用的膠結料，可以包括環氧樹脂、固化劑和增韌劑，所述環氧樹脂、固化劑和增韌劑的重量比例為100：（10～50）：（10～50）。環氧樹脂可以為E-51、E-44或E-42等；固化劑可以為酚醛胺固化劑，如YH-82等，增韌劑可以為聚丙二醇二縮水甘油醚、苯甲醇等。所述彩色腔隙陶瓷顆粒採用真空吸附法吸附相變材料的具體步驟為：把腔隙陶瓷顆粒裝入密閉容器內，再對容器抽真空並保持10min～30min，使其顆粒中的腔隙全部處於真空狀態，然後向容器內加入相變材料並不斷進行攪動，使其顆粒中的所有腔隙充滿相變材料為止。在燒結後，可以根據路面使用的要求進行粉碎，所述彩色腔隙陶瓷顆粒的粒徑可以為0.5mm～5.0mm。所述陶瓷粉為常規的可以燒結成陶瓷的原料粉，可以為堇青石、粘土、滑石、鋯石、氧化鋯、尖晶石、氧化鋁、矽酸鹽、鋁酸鹽、鋁矽酸鋰、長石、二氧化鈦、碳化矽和氮化矽中的一種或幾種。所述相變材料可以常規使用的低溫相變材料，可以為石蠟類相變材料、多元醇類相變材料、脂肪酸類相變材料中的一種或幾種。所述石蠟類相變材料例如可以為正十二烷到正二十八烷中的一種或幾種，所述多元醇類相變材料例如可以為聚乙二醇，季戊四醇、新戊二醇、三羥甲基氨基甲烷、三羥甲基丙烷、2,2-二羥甲基-丙醇和三羥甲基乙烷中的一種或幾種；所述脂肪酸類相變材料例如可以為硬脂酸、肉豆蔻酸、棕櫚酸癸酸、月桂酸、醋酸、十五烷酸中的一種或幾種。所述染料可以為本領域常規使用的染料，可以為氧化鐵紅、氧化鉻綠、鉻鈦黃、孔雀藍、孔雀綠、鈷青、鈷藍、釩鋯黃和鉻錫紅中的一種或幾種。本發明還提供了一種如上述方法製備的彩色路面材料。本發明的彩色路面材料與現有技術相比，具有如下優點：（1）本發明通過在含有陶瓷粉、碳酸鈣和海藻酸鈉漿料中添加葡萄糖酸內酯粉，葡萄糖酸內酯在水中緩慢釋放出H+，然後漿料中的碳酸鈣小顆粒遇H+緩慢地釋放出Ca2+，從而間接地控制Ca2+與海藻酸鈉反應速度，緩慢地生成凝膠。由於Ca2+以碳酸鈣小顆粒為中心緩慢地、均勻地向外擴散，從而使凝膠形成分布均勻的三維孔道結構。凝膠形成後，多餘的水分釋放到孔道結構中，而陶瓷粉體和染料伴隨海藻酸鈉一起固化形成凝膠孔壁。最後再通過脫水、溶劑置換、乾燥、切割、燒結和粉碎，得到具有分布均勻、三維孔道結構的良好力學性能的彩色腔隙陶瓷顆粒，從而大幅度地提高了彩色腔隙陶瓷顆粒的孔隙率和機械強度，進一步提高了彩色路面材料的抗壓能力和抗車轍能力。這樣解決了海藻酸鈉與氯化鈣溶液反應速度非常快，導致凝膠交聯密度呈梯度變化以及結構的不均一性，進而無法獲得具有良好力學性能和的三維孔道結構的彩色腔隙陶瓷顆粒的問題。本發明的彩色腔隙陶瓷顆粒具有非常高的孔隙率，不但可以使大部分相變材料吸附到彩色腔隙陶瓷顆粒的腔隙內，而殘留在彩色彩色腔隙陶瓷顆粒表面的相變材料卻很少，這樣避免了相變材料與膠結料接觸，避免了現有相變材料在相變過程中存在應力集中現象，進而造成路面嚴重破壞的問題，而且可以吸附更多量的吸附相變材料，從而可提高路面材料單位質量的吸附熱，有效降低了路面材料的溫度敏感性，改善了瀝青路面的高低溫穩定性。（2）本發明利用彩色腔隙陶瓷顆粒的腔隙吸附相變材料，從而製作成彩色集料，利用相變材料在相變過程中吸收或釋放的大量熱量來調節基礎路面和彩色面層之間的溫度差，從而避免其因溫度發生變化而產生不同應變，進而造成路面破壞的問題。（3）本發明的彩色路面材料受環境溫度影響小，因此使其力學性能更優良，進而拓展了彩色面層材料的更廣泛的適應性。具體實施方式下面結合實施例詳細說明本發明的技術方案，但本發明不限於以下實施例。其中，涉及的wt%為質量分數。實施例1-4：配製膠結料按照表1所示的材料及組成配製膠結料，對應實施例1-4分別得到膠結料A1，A2，A3，A4。表1膠結料組成及配方實施例1實施例2實施例3實施例4A1A2A3A4環氧樹脂型號及重量份數E-51，100E-44，100E-42，100E-42，100固化劑型號及重量份數YH-82，20YH-82，40YH-82，50YH-82，30增韌劑材料及重量份數聚丙二醇二縮水甘油醚，40苯甲醇，20聚丙二醇二縮水甘油醚，10聚丙二醇二縮水甘油醚，30實施例5將10kg氧化鋁粉、0.75kg碳酸鈣粉、0.1kg染料（氧化鐵紅）加入20kg水，球磨4h，得到第一漿料，然後將第一漿料加入到200kg濃度為1.5wt％的海藻酸鈉溶液中，攪拌均勻，形成固相含量為4.7％的第二漿料，其中第二漿料中的固相含量＝固相粉末質量/漿料總重量，固相粉末質量＝氧化鋁粉質量+碳酸鈣粉質量+染料質量，漿料總重量＝固相粉末質量+海藻酸鈉溶液質量。在第二漿料中加入2.5kg的葡萄糖酸內酯粉，然後攪拌均勻，在40℃下靜置48小時，得到第一凝膠。其中，由於葡萄糖酸內酯粉水口緩慢出H+，因此，在攪拌過程中未出現明顯凝膠現象，只是在靜止過程中才逐漸生成了凝膠，從而保證凝膠緩慢地生成，有利於陶瓷粉全部富集到凝膠孔壁。將第一凝膠置於0.15wt%的葡萄糖酸內酯溶液進行脫水，在25℃下保持24小時，得到第二凝膠，再置於乙醇中進行溶劑置換24小時。溶劑置換的方法：將第二凝膠放入無水乙醇中浸泡24小時。將經溶劑置換過的坯體進行冷凍乾燥（冷凍乾燥是北京博醫康儀器有限公司生產的FD-1A-50型冷凍乾燥機中進行的，溫度為-50℃），將乾燥後的凝膠切割成小塊，然後以20℃/min的速率繼續升溫至300℃，維持1h，然後升溫至燒結溫度，燒結溫度為1600℃，最後將塊狀粉碎成顆粒狀，過篩得到粒徑為0.5mm～5.0mm的顆粒，即得到多孔的彩色腔隙陶瓷顆粒B1。實施例6將10kg氧化鋯粉、0.5kg碳酸鈣粉、0.5kg染料（氧化鉻綠）加入20kg水，球磨4h，得到第一漿料，然後將第一漿料加入到100kg濃度為2.5wt％的海藻酸鈉溶液中，攪拌均勻，形成固相含量為8.4％的第二漿料，其中第二漿料中的固相含量＝固相粉末質量/漿料總重量，固相粉末質量＝氧化鋯粉質量+碳酸鈣粉質量+染料質量，漿料總重量＝固相粉末質量+海藻酸鈉溶液質量。在第二漿料中加入2.0kg的葡萄糖酸內酯粉，攪拌均勻，在50℃下靜置36小時，得到第一凝膠。其中，由於葡萄糖酸內酯粉水口緩慢出H+，因此，在攪拌過程中未出現明顯凝膠現象，只是在靜止過程中才逐漸生成了凝膠，從而保證凝膠緩慢地生成，有利於陶瓷粉全部富集到凝膠孔壁。將第一凝膠置於0.30wt%的葡萄糖酸內酯溶液進行脫水，在40℃下保持24小時，得到第二凝膠，再置於乙醇中進行溶劑置換24小時。溶劑置換的方法：將第二凝膠放入無水乙醇中浸泡24小時。將經溶劑置換過的坯體進行冷凍乾燥（冷凍乾燥是北京博醫康儀器有限公司生產的FD-1A-50型冷凍乾燥機中進行的，溫度為-50℃），以25℃/min的速率繼續升溫至350℃，維持1h，然後升溫至燒結溫度，燒結溫度為1500℃，最後將塊狀粉碎成顆粒狀，過篩得到粒徑為0.5mm～5.0mm的顆粒，即得到多孔的彩色腔隙陶瓷顆粒B2。實施例7將10kg氧化鋁粉、0.30kg碳酸鈣粉、0.05kg染料（鉻鈦黃）加入20kg水，球磨4h，得到第一漿料，然後將第一漿料加入到20kg濃度為6wt％的海藻酸鈉溶液中，攪拌均勻，形成固相含量為20.6％的第二漿料，其中第二漿料中的固相含量＝固相粉末質量/漿料總重量，固相粉末質量＝氧化鋁粉質量+碳酸鈣粉質量+染料質量，漿料總重量＝固相粉末質量+海藻酸鈉溶液質量。在第二漿料中加入1kg的葡萄糖酸內酯粉，攪拌均勻，在30℃下靜置48小時，得到第一凝膠。其中，由於葡萄糖酸內酯粉水口緩慢出H+，因此，在攪拌過程中未出現明顯凝膠現象，只是在靜止過程中才逐漸生成了凝膠，從而保證凝膠緩慢地生成，有利於陶瓷粉全部富集到凝膠孔壁。將第一凝膠置於0.05mol/L鹽酸溶液進行脫水，在25℃下保持18小時，得到第二凝膠，再置於乙醇中進行溶劑置換36小時。溶劑置換的方法：將第二凝膠放入無水乙醇中浸泡36小時。將經溶劑置換過的坯體進行冷凍乾燥（冷凍乾燥是北京博醫康儀器有限公司生產的FD-1A-50型冷凍乾燥機中進行的，溫度為-50℃），將乾燥後的凝膠切割成小塊，然後以20℃/min的速率繼續升溫至300℃，維持1h，然後升溫至燒結溫度，燒結溫度為1600℃，最後將塊狀粉碎成顆粒狀，過篩得到粒徑為0.5mm～5.0mm的顆粒，即得到多孔的彩色腔隙陶瓷顆粒B3。實施例8將8kg碳化矽粉、1.3kg長石粉、0.7kg粘土粉、0.60kg碳酸鈣粉、0.1kg染料加入20kg水，球磨4h，得到第一漿料，然後將第一漿料加入到50kg濃度為4wt％的海藻酸鈉溶液中，攪拌均勻，形成固相含量為13.2％的第二漿料，其中第二漿料中的固相含量＝固相粉末質量/漿料總重量，固相粉末質量＝碳化矽粉質量+石粉質量+粘土粉質量+碳酸鈣粉質量+染料質量，漿料總重量＝固相粉末質量+海藻酸鈉溶液質量。在第二漿料中加入1.8kg的葡萄糖酸內酯粉，攪拌均勻，在25℃下靜置48小時，得到第一凝膠。其中，由於葡萄糖酸內酯粉水口緩慢出H+，因此，在攪拌過程中未出現明顯凝膠現象，只是在靜止過程中才逐漸生成了凝膠，從而保證凝膠緩慢地生成，有利於陶瓷粉全部富集到凝膠孔壁。將第一凝膠置於0.4wt%的葡萄糖酸內酯溶液進行脫水，在20℃下保持18小時，得到第二凝膠，再置於乙醇中進行溶劑置換36小時。溶劑置換的方法：將第二凝膠放入無水乙醇中浸泡36小時。將經溶劑置換過的坯體進行冷凍乾燥（冷凍乾燥是北京博醫康儀器有限公司生產的FD-1A-50型冷凍乾燥機中進行的，溫度為-50℃），將乾燥後的凝膠切割成小塊，然後以20℃/min的速率繼續升溫至300℃，維持1h，然後升溫至燒結溫度，燒結溫度為1500℃，最後將塊狀粉碎成顆粒狀，過篩得到粒徑為0.5mm～5.0mm的顆粒，即得到多孔的彩色腔隙陶瓷顆粒B4。對比例1將10kg氧化鋁粉、0.1kg染料加入20kg水，球磨4h，得到第一漿料，然後將第一漿料加入到200kg濃度為1.5wt％的海藻酸鈉溶液中，攪拌均勻，形成固相含量為4.7％的第二漿料，其中第二漿料中的固相含量＝固相粉末質量/漿料總重量，固相粉末質量＝氧化鋁粉質量+染料質量，漿料總重量＝固相粉末質量+海藻酸鈉溶液質量。將1mol/L氯化鈣溶液以滴加方式加入到第二漿料中，滴入氯化鈣的溶液會生成凝膠小球，在這過程中會有一小部分氧化鋁粉富集到凝膠孔壁上，在滴加過程中不斷攪拌，滴加完成後在40℃下靜置48小時，得到第一凝膠。將第一凝膠置於0.15wt%的葡萄糖酸內酯溶液進行脫水，在25℃下保持24小時，得到第二凝膠，再置於乙醇中進行溶劑置換24小時。溶劑置換的方法：將第二凝膠放入無水乙醇中浸泡24小時。將經溶劑置換過的坯體進行冷凍乾燥（冷凍乾燥是北京博醫康儀器有限公司生產的FD-1A-50型冷凍乾燥機中進行的，溫度為-50℃），然後以20℃/min的速率繼續升溫至300℃，維持1h，然後升溫至燒結溫度，燒結溫度為1600℃，最後將塊狀粉碎成顆粒狀，過篩得到粒徑為0.5mm～5.0mm的顆粒，即得到多孔的彩色腔隙陶瓷顆粒B5。表2陶瓷的性質孔隙率/％抗壓強度/MPaB175.330.5B271.535.4B361.470.6B468.540.7B535.218.4實施例9-12製備彩色路面材料取實施例5-8所製備的彩色腔隙陶瓷顆粒B1，B2，B3及B4，分別裝入密閉容器內，再對容器抽真空並保持5～20分鐘，使其顆粒中的腔隙全部處於真空狀態，然後向容器內噴入相變材料，並不斷進行攪動使其顆粒中的所有腔隙充滿相變材料為止，從而得到集料。相變材料的性質、含量見表3。將實施例1-4所製備的彩色路面膠結料A1、A2、A3、A4分別與包含相變材料的集料B1、B2、B3、B4一起混合製成彩色路面材料C1、C2、C3、C4，其混合比例分別為：9/100、10/100、11/100、15/100。其路用性能如表4所示。對比例2製備彩色路面材料取對比例1所製備的彩色腔隙陶瓷顆粒B5，裝入密閉容器內，再對容器抽真空並保持5～20分鐘，使其顆粒中的腔隙全部處於真空狀態，然後向容器內噴入相變材料，並不斷進行攪動使其顆粒中的所有腔隙充滿相變材料為止，相變材料的性質、集料中相變的含量見表3。將所製備的彩色路面膠結料A1與集料B5一起混合製成彩色路面材料C5，其混合比例分別為：9/100。其路用性能如表4所示。表3原料產品相變材料集料中相變材料的含量/wt%相變溫度點/℃實施例9A1、B1C1石蠟3047～52實施例10A2、B2C2PEG10002437～41實施例11A3、B3C3PEG2002120～25實施例12A4、B4C4石蠟2220～25對比例2A1、B5C5石蠟1047～52由表2和3知，本發明的陶瓷具有非常的空隙率，進而可以吸附更多的相變材料，從而可提高路面材料單位質量的吸附熱，有效降低了路面材料的溫度敏感性，改善了瀝青路面的高低溫穩定性。表4彩色路面材料路用性能評價馬歇爾穩定度/KN抗彎拉應變/με車轍穩次/mm施工溫度/℃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，本發明的陶瓷具有非常高的抗壓強度，進而使得彩色路面材料具有非常的好的抗彎拉應變和抗車轍能力。當前第1頁1 2 3