一种路用保水降温材料及其制备施工方法

摘要

一种路用保水降温材料，由以30～80份水泥，10～100份无机矿物，0.1～10份吸水树脂，20～100份粉煤灰和50～300份水为原料制得，均以重量份计；其中无机矿物为钠基膨润土、高岭土、硅藻土、陶砂、蒙脱土、矿渣中的一种或几种以任意配比组合。将本发明的保水降温性材料贯入到大孔隙沥青混凝土母体中，其吸水性和保水性极佳；随着路面温度的逐渐升高，可实现降低路面温度10℃以上、同时有效地阻止了温度向路面结构层中传递，在城市中大面积铺筑灌有本发明保水降温材料的路面有效地缓解了城市热岛效应。

说明书

技术领域

本发明涉及一种保水降温材料，具体涉及一种用于路面的保水降温材料及其制备施 工方法，属于新型环保工程技术领域。

背景技术

随着城市化和工业化进程的迅速发展，城市人口密度，建筑物密度，工厂密度急剧 增大；造成城市的温度在空间分布上出现中心高郊区低的热岛现象。热岛效应对城市环 境的影响日渐严重，对城市居民的身心健康也产生了负面影响。在引起热岛效应的诸多 因素中，城市路面、停车场、人行道等铺装的热力结构对城市的热平衡的影响最为严重。 沥青路面结构以具有良好的行驶舒适行、施工便利、维修简单等多方面的优势，在城市 道路铺装中占据90％以上的比例。但是在各种铺装材料中，沥青混合料的吸热能力和不 透水性却是恶化城市热岛效应的重要因素。

城市产生热岛效应的原因之一是由于水泥混凝土类、沥青混凝土类下垫面所积蓄的 热量在夜间辐射，从而使得气温不能下降。贯入式保水性路面是一种缓解城市热岛现象 的有效方式，它是以大空隙透水路面(OGFC)为母体，将经特殊处理的保水性材料贯入 母体中制成的。保水性材料可以储存降水和人工洒水，在天气炎热时释放出来，通过水 分蒸发带走路面的热量，从而达到降低气温的目的。

目前贯入式保水路面的研究尚处于起步阶段，相关研究成果很少。贯入式保水性路 面的主要问题在于：一是目前贯入式保水路面采用的保水材料主要是无机粘土类，吸水 能力不能满足保水路面储存水分的要求，使用效果不够理想，使得贯入式保水路面结构 的降温优势不能完全体现；二是保水材料的保水性能不佳；三是保水路面的施工，目前 还没有形成一套成熟的施工工艺，缺乏相应的技术标准。

发明内容

本发明的目的在于提供一种路用保水降温材料，该保水材料用作城市道路表面层中 吸水保水性能好、可有效缓解城市热岛效应。

本发明的另一目的在于提供采用上述路用保水降温材料的路面的制备施工方法，该 制备施工方法操作简便、制备成本低、便于推广应用。

针对目前贯入式保水路面主要采用无机保水材料的特点，本发明将吸水树脂引入到 保水路面，与无机矿物、粉煤灰、水泥等组分进行了有效的配合，从而使得本发明保水 降温材料贯入OGFC路面中形成完整的保水结构体，能够使保水路面的吸水能力和保水 能力同时得到增强，改善热岛效应的能力更加显著。本发明的目的是通过如下技术措施 实现的：

一种路用保水降温材料，其特征在于：所述保水材料是由以30～80份水泥，10～100 份无机矿物，0.1～10份吸水树脂，20～100份粉煤灰和50～300份水为原料制得，均以 重量份计；其中无机矿物为钠基膨润土、高岭土、硅藻土、陶砂、蒙脱土、矿渣中的一 种或几种以任意配比组合。

发明人在研发过程中发现，保水材料在添加树脂后容易产生离析而且树脂在土壤中 容易降解，从而影响保水降温材料的使用效果；为此发明人对吸水树脂的选择进行了反 复的试验，最终选择了本发明所述的非降解型的吸水树脂，使本保水材料的抗离析能力 和耐久性得到较好的提升。优选后的保水降温材料，其特征在于：所述保水材料是由以 30～80份水泥，10～100份无机矿物，0.1～10份吸水树脂，20～100份粉煤灰和50～300 份水为原料制得，均以重量份计；其中无机矿物为钠基膨润土、高岭土、硅藻土、陶砂、 蒙脱土、矿渣中的一种或几种以任意配比组合；吸水树脂为聚丙烯酸盐类吸水树脂或/和 聚丙烯酰胺类吸水树脂以任意配比组合，进一步优选地，所述聚丙烯酸盐类吸水树脂为 聚丙烯酸钠吸水树脂、聚丙烯酸钾吸水树脂、硅藻土-聚丙烯酸钠吸水树脂、膨润土-聚丙 烯酸钠吸水树脂或聚甲基丙烯酸甲酯吸水树脂等，所述聚丙烯酰胺类吸水树脂为聚丙烯 酸铵-丙烯酰胺吸水树脂、聚丙烯酸钾-聚丙烯酰胺吸水树脂、硅藻土-聚丙烯酰胺吸水树 脂或膨润土-聚丙烯酰胺吸水树脂等。

上述原料中的水泥可为普通硅酸盐或快硬硫铝酸盐水泥，但为了提高本发明中保水 降温材料的早期强度，上述水泥优选为快硬硫铝酸盐水泥，上述粉煤灰优选为III级以上 的粉煤灰。

为了提高本发明保水降温材料的相容性、流动性，使之更容易渗入沥青混凝土母体 中，从而保证沥青混凝土母体的空隙中充分填充本保水降温材料，取得更好的保水降温 效果，同时保证保水降温材料与沥青混凝土母体之间不会存在多余的空隙，能保证保水 降温路面的路用性能；上述各组分的用量配比优选为：30～60份快硬硫铝酸盐水泥，30～ 70份上述的无机矿物，0.2～7份上述的吸水树脂，20～80份粉煤灰和70～300份水，均 以重量份计。

进一步优选地，上述各组分的用量配比优选为：30～45份快硬硫铝酸盐水泥，55～ 68份上述的无机矿物，0.2～4份上述的吸水树脂，22～56份粉煤灰和80～300份水，均 以重量份计。

最优选地，本发明保水降温材料，由以下原料制得：快硬硫铝酸盐水泥30份，硅藻 土60份，聚丙烯酸钠吸水树脂0.3份，III级粉煤灰30份，水200份，均以重量份计。

上述原料中的普通硅酸盐或快硬硫铝酸盐水泥主要起胶结作用，均为市售的水泥产 品；上述钠基膨润土、高岭土、硅藻土、陶砂、蒙脱土、矿渣等无机矿物含有较多空隙， 具有良好的可塑性和保水性，均为市售的无机矿物产品；上述聚丙烯酸盐类吸水树脂、 聚丙烯酰胺类吸水树脂吸水树脂具有好的抗老化性、耐候性、耐盐性、热稳定性、保水 性，且成本较低，也均为市售产品；上述的粉煤灰颗粒自身为孔玻璃体，其形状与多孔 炭粒相同，具有较好的吸水性和润滑作用，能更好增强砂浆的流动性，为市售的粉煤灰 产品。

采用上述路用保水降温材料的路面的制备施工方法，按以下步骤进行：

步骤1：将上述的吸水树脂和水，加入到搅拌容器中搅拌120s；

步骤2：将上述的水泥、粉煤灰、无机矿物加入到步骤1的反应容器中，在常温下加 入水搅拌120s。

步骤3：将按照步骤2制备好的保水材料置于OGFC路面上，采用高频率的平板振 动装置将保水材料贯入到OGFC中。

为了提高保水材料的相容性和流动性，上述制备施工方法优选为按下述进行：

步骤1：将上述的吸水树脂投入到搅拌容器中并加入水，搅拌120s，使其充分均匀 吸水，然后取出，用100目的筛网滤去水份，取筛上部分备用；

步骤2：将上述的无机矿物、粉煤灰加入到反应容器中，在常温下加入水搅拌90s；

步骤3：将上述的水泥加入到步骤2的反应容器中，在常温下搅拌120s；

步骤4：将步骤1中制备的吸水树脂加入到步骤3的反应容器中搅拌120s，间隔15s， 再搅拌120s。

步骤5：将按照步骤4制备好的保水材料置于OGFC路面上，采用高频率的平板振 动装置将保水材料贯入到OGFC中。

本发明的有益效果如下：

1、将本发明保水降温性材料贯入到大孔隙沥青混凝土母体中，能充分地渗入到母体 的孔隙中形成完整的保水结构体，能有效地储存自然降水和人工洒水、其吸水性和保水 性极佳，48h吸水率可达93％，60℃，5h保水率可达52％。随着路面温度的逐渐升高，本 发明保水降温材料中的水份不断蒸发，可实现有效降低路面温度10℃以上、同时阻止了 温度向路面结构层中传递，在城市中大面积的铺筑灌有本发明保水降温材料的路面更好 地缓解了城市热岛效应。

2、本发明保水降温材料的相容性、亲和性好，不产生离析，具有很好的流动性，能 够极为容易地贯入大孔隙的沥青母体中，从而保证了沥青混凝土母体的空隙中充分填充 本保水降温材料，取得显著的保水降温效果；同时本发明保水降温材料与沥青混凝土母 体之间不会存在较大的空隙，不会因此而影响保水降温路面的路用性能。

3、本发明保水降温材料的制备施工方法操作工艺简便、制备成本低、便于推广应用， 在制备过程中没有有害气体的释放及有害残留物、操作安全。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于 对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人 员可以根据上述本发明内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。

实施例1

一种路用保水降温材料，按如下方法制得：

①按下述配比称取原料

快硬硫铝酸盐水泥                  30Kg，

硅藻土                            60Kg，

聚丙烯酸钠吸水树脂                0.3Kg，

III级粉煤灰                       30Kg，

水                                200Kg

②制备施工工艺

1：将上述的聚丙烯酸钠吸水树脂0.3Kg投入到搅拌容器中并加入100Kg水，搅拌 120s，使其充分均匀吸水，然后取出，用100目的筛网滤去水份，取筛上部分备用；

2：接着将上述的硅藻土60Kg、III级粉煤灰30Kg、水100Kg加到反应容器中，在常 温下搅拌90s；

3：将上述的快硬硫铝酸盐水泥30Kg加入到步骤2的反应容器中，搅拌120s；

4：最后将步骤1的滤去水份后的聚丙烯酸钠吸水树脂加入到步骤3的反应容器中搅 拌120s，间隔15s，再搅拌120s；

5：将上述物料出仓，置于OGFC路面上，采用高频率的平板振动装置将保水材料贯 入到OGFC中。

实施例2

一种路用保水降温材料，按如下方法制得：

①按下述配比称取原料

快硬硫铝酸盐水泥                    40Kg，

钠基膨润土                          30Kg，

硅藻土-聚丙烯酸钠吸水树脂           0.3Kg，

粉煤灰                              50Kg，

水                                  200Kg

②制备施工工艺

1：将上述的硅藻土-聚丙烯酸钠吸水树脂0.3Kg投入到搅拌容器中并加入100Kg水， 搅拌120s，使其充分均匀吸水，然后取出，用100目的筛网滤去水份，取筛上部分备用；

2：接着将上述的钠基膨润土30Kg、粉煤灰50Kg、水100Kg加到反应容器中，在常 温下搅拌90s；

3：将上述的快硬硫铝酸盐水泥40Kg加入到步骤2的反应容器中，搅拌120s；

4：最后将步骤1的滤去水份后的硅藻土-聚丙烯酸钠吸水树脂加入到步骤3的反应 容器中搅拌120s，间隔15s，再搅拌120s；

5：将上述物料出仓，置于OGFC路面上，采用高频率的平板振动装置将保水材料贯 入到OGFC中。

实施例3

一种路用保水材料，按如下方法制得：

①按下述配比称取原料

普通硅酸盐水泥                        30Kg，

硅藻土                                60Kg，

聚甲基丙烯酸甲酯吸水树脂              0.5Kg，

粉煤灰                                35Kg，

水                                    200Kg，

②制备施工工艺

1：将上述的聚甲基丙烯酸甲酯吸水树脂0.5Kg投入到搅拌容器中并加入100Kg水， 搅拌120s，使其充分均匀吸水，然后取出，用100目的筛网滤去水份，取筛上部分备用；

2：将硅藻土60Kg、粉煤灰35Kg、水100Kg加到反应容器中，在常温下搅拌90s；

3：将普通硅酸盐水泥30Kg加入到步骤2的反应容器中，在常温下加入适量的水搅 拌120s；

4：最后将步骤1的滤去水份后的聚甲基丙烯酸甲酯吸水树脂加入到步骤3的反应容 器中，再搅拌120s，间隔15s，再搅拌120s；

5：将上述物料出仓，置于OGFC路面上，采用高频率的平板振动装置将保水材料贯 入到OGFC中。

实施例4～8：一种路用保水材料，按以下原料制备，均以重量份计，其它均与实施例1 相同。

上述吸水树脂还可为淀粉-丙烯晴吸水树脂、醋酸纤维素膜吸水树脂、壳聚糖接枝丙 烯晴吸水树脂、壳聚糖接枝丙烯晴吸水树脂等等吸水树脂，配合本发明所述量的水、无 机矿物、水泥和粉煤灰为原料制得路用保水降温材料，其48h吸水率可达85％，60℃，5h 保水率可达41％。随着路面温度的逐渐升高，该保水降温材料中的水份不断蒸发，可实 现有效降低路面温度4～6℃。

对比例1

一种路用保水材料，按如下方法制得：

①按下述配比称取原料

普通硅酸盐水泥                        28Kg，

硅藻土                                82Kg，

粉煤灰                                30Kg，

水                                    100Kg，

②制备工艺

1：将上述的硅藻土82Kg、粉煤灰30Kg、水100Kg加到搅拌容器中，在常温下搅拌 90s；

2：将上述的普通硅酸盐水泥28Kg加入到反应容器中，在常温下加入适量的水搅拌 120s，暂停15s后，再搅拌120s。

3：将上述物料出仓，采用高频率的平板振动装置将保水材料贯入到OGFC中。 测试及检测结果：

将实施例1制得的防水粘接剂参照实验方法进行检测，其测得的物理力学性能及技 术指标见表1。

表1保水材料的物理力学性能及技术指标

①吸水率的测定方法

将保水材料制备成标准试件(4×4×16cm)六根，在养护箱中20℃±1℃，相对湿 度＞90％的条件下养护7天后，取出放入烘箱设置温度为60℃，持续烘24小时，用天平称 其重量m₁，再将试件放入水中浸泡2小时，待无吸水气泡时取出，并用抹布轻轻擦拭表 面水份，待试件表面无明显水份时称其重量m₂，可根据式(1)计算出砂浆的质量吸水率 w_r(以下简称吸水率)。

②60℃，5h保水率的测定方法

按照①的步骤将试件称取吸水后的重量m₂后，放入烘箱设置温度为60℃，持续烘5 小时，称取其重量m₃，按照式(2)计算砂浆的60℃，5h保水率p₁。

③40℃，5h保水率的测定方法

按照①的步骤将试件称取吸水后的重量m₂后，放入烘箱设置温度为40℃，持续烘5 小时，称取其重量m₄，按照式(3)计算砂浆的40℃，5h保水率p₂。

④流动度的测定方法

按照国家规范JTG E30-2005/T057-2005进行试验。

将实施例制得的保水材料贯入大孔隙沥青混凝土母体进行模拟蒸发试验。

实验方法：按照JTJ 052-2000/T0703-1993成型300×300mm的OGFC车辙试件，分 别制备实施例1～3，并贯入OGFC内部，采用一只100w碘钨灯加热，加热灯架设高度距 沥青试件15cm。试件经加热灯加热3小时后，进行人工洒水500g，用红外测温仪然后依 次测试洒水前、洒水后、10min后、20min后、30min后、60min后、2h后、4h后、8h 后、24h后及48h后测试试件表面温度。对比例2采用未灌注的OGFC试件。

其测得的蒸发降温效果见表2。

表2模拟蒸发试验结果

可见，本发明路用保水材料有着优良的吸水、保水能力，这保证了本发明保水材料 能够充分储存自然降水和人工洒水。本发明保水材料流动度较好，这保证了保水材料能 较为容易地贯入大孔隙沥青混凝土的母体，便于施工。随着保水材料中储存水份的蒸发 从而降低路表面的温度，这将极大的缓解城市的热岛效应。本发明保水材料中的原料均 为无毒、无污染，对人体无毒无伤害。