一种铺装式沥青毯自发热粘结层的材料组成比例设计方法技术

本发明专利技术公开了一种铺装式沥青毯自发热粘结层的材料组成比例设计方法，具体涉及铺装式沥青毯自发热粘结层的材料设计领域。所述铺装式沥青毯自发热粘结层由粘结剂和发热剂组成，所述粘结剂由SBS改性沥青构成，所述发热剂由还原铁粉、碳粉、氯化钠和氧化钙均匀混合而成。本发明专利技术通过发热试验，确定发热剂中各组成材料的最佳组成比例，之后计算出该组成比例时发热剂的单位发热量，最后根据路面层间传热规律，设计出发热剂和粘结剂的洒布比例。本发明专利技术通过计算铺装式沥青毯自发热粘结层中发热剂和粘结剂的洒布比例，避免了因发热剂和粘结剂比例过小导致的粘结剂无法升温至所需温度，同时避免了因发热剂和粘结剂比例过大造成的路面层间脱离。间脱离。间脱离。

【技术实现步骤摘要】
一种铺装式沥青毯自发热粘结层的材料组成比例设计方法

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[0001]本专利技术涉及铺装式沥青毯自发热粘结层的材料比例设计领域，具体涉及一种铺装式沥青毯自发热粘结层的材料组成比例设计方法。

技术介绍
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[0002]铺装式沥青毯因其施工速度快、操作简便等特点，成为路面铺筑和养护的新方法，受到了广泛的关注。然而，由于其和原有路面是单独的路面结构层，二者的层间粘结性能对路面稳定性有着重要影响，是施工的关键核心。根据相关研究，铺装式沥青毯自发热粘结层通过发热剂持续释放热量，以改变粘结剂的流动性，可用于铺装式沥青毯的施工中，提高其与原有路面的层间粘结性能。然而，铺装式沥青毯自发热粘结层的材料组成比例对路面性能有重要影响，当其中发热剂和粘结剂的比例过小时，由于粘结剂多发热剂少，会导致粘结剂无法升温至所需温度，使得路面层间粘结不牢固。当发热剂和粘结剂的比例过大时，多余的发热剂会脱离粘结剂表面，从而导致路面层间产生局部脱空或整体脱层，严重影响了道路的正常使用。

技术实现思路
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[0003]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种铺装式沥青毯自发热粘结层的材料组成比例设计方法，克服了现有技术的不足，通过设计发热剂中各材料的最佳组成比例，计算出发热剂的单位发热量，之后根据路面层间的传热规律，计算出铺装式沥青毯自发热粘结层中发热剂和粘结剂的洒布比例，提高了铺装式沥青毯与原有路面的层间粘结性能。
[0004]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：
[0005]一种铺装式沥青毯自发热粘结层的材料组成比例设计方法，所述铺装式沥青毯自发热粘结层由粘结剂和发热剂组成，所述粘结剂由SBS改性沥青构成，呈层状分布于铺装式沥青毯的下表面，所述发热剂由还原铁粉、碳粉、氯化钠和氧化钙均匀混合而成，随机洒布于粘结剂的下表面；
[0006]所述铺装式沥青毯自发热粘结层的材料组成比例设计方法包括以下步骤：
[0007]步骤一：设计发热剂中还原铁粉、碳粉、氯化钠的试验比例：
[0008]A1：设计碳粉与还原铁粉的试验比例：恒定还原铁粉的用量，在初始摩尔比例的范围内均匀选用n组(n≥5)比例作为碳粉与还原铁粉的试验比例，分别添加相应用量的碳粉，经均匀混合后，得到发热剂I，测试其最高发热温度T
1i
，并绘制最高发热温度随碳粉与还原铁粉试验比例变化的关系曲线，得到曲线取峰值时还原铁粉：碳粉的试验比例X1:X2；
[0009]A2：设计氯化钠与还原铁粉的试验比例：选用与A1中相同用量的还原铁粉，按照A1中确定的实验比例添加碳粉，并在初始摩尔比例的范围内均匀选用v组(v≥5)比例作为氯化钠与还原铁粉的试验比例，分别添加相应用量的氯化钠，经均匀混合后，得到发热剂II，测试其最高发热温度T
2i
，并绘制最高发热温度随氯化钠与还原铁粉试验比例变化的关系曲线，得到曲线取峰值时还原铁粉：氯化钠的试验比例X1:X3；
[0010]步骤二：设计发热剂中氧化钙的试验比例，并确定发热剂中各材料的最佳组成比例：
[0011]B1：测试不同氧化钙用量时的最高发热温度：按照步骤一中还原铁粉的用量，以及还原铁粉与碳粉、氯化钠的试验比例添加上述材料，并在初始摩尔比例的范围内均匀选用w组(w≥5)比例作为氧化钙与还原铁粉的试验比例，分别加入相应用量的氧化钙，经均匀混合后，得到发热剂III，测试其最高发热温度；
[0012]B2：根据发热剂III的最高发热温度制备复合试件：将多组等量的粘结剂分别加热到B1中发热剂III的最高发热温度，选用与此温度对应的发热剂III的发热反应生成物，均匀洒布在上述粘结剂表面，经过碾压处理得到由粘结剂与发热反应生成物组成的复合试件；
[0013]B3：设计氧化钙与还原铁粉的试验比例：对复合试件进行浸水处理后，计算相应的质量变化率ε，并绘制复合试件的质量变化率随氧化钙与还原铁粉试验比例变化的关系曲线，得到曲线取峰值时还原铁粉：氧化钙的试验比例X1:X4；
[0014]B4：计算发热剂各组成材料的质量比例：结合步骤一和步骤二B3中还原铁粉与碳粉、氯化钠、氧化钙的试验比例，分别计算其在发热剂中的质量分数：
[0015][0016]式中：a
j
—发热剂中各组材料的质量分数(％)；X
j
—发热剂中各组成材料的试验比例；M
j
—发热剂中各组成材料的摩尔质量(g/mol)；上述各参数中，j＝1、2、3、4所指代的材料分别为还原铁粉、碳粉、氯化钠、氧化钙；
[0017]步骤三：计算发热剂的单位发热量：
[0018]根据发热剂材料的组成比例和相应的热化学反应原理，计算出发热剂的单位发热量Q：
[0019][0020]式中：Q—发热剂的单位发热量(KJ/kg)；a—一级反应在原电池反应中的占比；b—二级反应在原电池反应中的占比；a1—发热剂中还原铁粉的比例(％)；a4—发热剂中氧化钙的比例(％)；ΔH1—一级反应的焓变(KJ/mol)；ΔH2—二级反应的焓变(KJ/mol)；ΔH3—化合反应的焓变(KJ/mol)；
[0021]步骤四：计算发热剂和粘结剂的比例；
[0022]根据热量在层间的传递规律，结合步骤三中发热剂的单位发热量，计算出发热剂和粘结剂的比例P：
[0023][0024]式中：P—发热剂和粘结剂的比例；C—粘结剂的比热容J/(kg
·
℃)；ΔT—发热剂发热前后粘结剂的温度差(℃)；K1—粘结剂的导热系数W/(m
·
℃)；K2—原有路面的导热系数W/(m
·
℃)。
[0025]优选的，所述步骤一和步骤二B1中发热剂材料的化学反应包括原电池反应和化合
反应，所述原电池反应是以还原铁粉作为正极，碳粉作为负极，氯化钠溶液作为电解质溶液发生的氧化还原反应，包括一级反应和二级反应，还原铁粉和碳粉发生原电池反应后产生不稳定的氢氧化铁，其在高温环境中继续反应，产生氧化亚铁和三氧化二铁，所述一级反应和二级反应的热化学方程式为：
[0026]一级反应：2Fe(s)+O2(g)＝2FeO(s) ΔH1[0027]二级反应：4Fe(s)+3O2(g)＝2Fe2O3(s) ΔH2[0028]所述化合反应的热化学反应方程式为：
[0029]CaO(s)+H2O(l)＝Ca(OH)2(s) ΔH3；
[0030]优选的，所述步骤二B3中对复合试件做浸水处理时的具体步骤如下：
[0031]①
对不同氧化钙与还原铁粉试验比例的复合试件，称量其质量为m0；
[0032]②
将复合试件浸泡在水中24小时，取出烘干后称量其质量为m1；
[0033]③
计算复合试件的质量变化率：
[0034]优选的，所述步骤一和步骤二B1中还原铁粉、碳粉、氯化钠、氧化钙的初始摩尔比例为1:1:2:2。
[0035]优选的，所述步骤三中一级反应在原电池反应中的占比a为：...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铺装式沥青毯自发热粘结层的材料组成比例设计方法，其特征在于，所述铺装式沥青毯自发热粘结层由粘结剂和发热剂组成，所述粘结剂由SBS改性沥青构成，呈层状分布于铺装式沥青毯的下表面，所述发热剂由还原铁粉、碳粉、氯化钠和氧化钙均匀混合而成，随机洒布于粘结剂的下表面；所述铺装式沥青毯自发热粘结层的材料组成比例设计方法包括以下步骤：步骤一：设计发热剂中还原铁粉、碳粉、氯化钠的试验比例：A1：设计碳粉与还原铁粉的试验比例：恒定还原铁粉的用量，在初始摩尔比例的范围内均匀选用n组比例作为碳粉与还原铁粉的试验比例，分别添加相应用量的碳粉，经均匀混合后，得到发热剂I，测试其最高发热温度T
1i
，并绘制最高发热温度随碳粉与还原铁粉试验比例变化的关系曲线，得到曲线取峰值时还原铁粉：碳粉的试验比例X1:X2；A2：设计氯化钠与还原铁粉的试验比例：选用与A1中相同用量的还原铁粉，按照A1中确定的试验比例添加碳粉，并在初始摩尔比例的范围内均匀选用v组比例作为氯化钠与还原铁粉的试验比例，分别添加相应用量的氯化钠，经均匀混合后，得到发热剂II，测试其最高发热温度T
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，并绘制最高发热温度随氯化钠与还原铁粉试验比例变化的关系曲线，得到曲线取峰值时还原铁粉：氯化钠的试验比例X1:X3；步骤二：设计发热剂中氧化钙的试验比例，并确定发热剂中各材料的最佳组成比例：B1：测试不同氧化钙用量时的最高发热温度：按照步骤一中还原铁粉的用量，以及还原铁粉与碳粉、氯化钠的试验比例添加上述材料，并在初始摩尔比例的范围内均匀选用w组比例作为氧化钙与还原铁粉的试验比例，分别加入相应用量的氧化钙，经均匀混合后，得到发热剂III，测试其最高发热温度；B2：根据发热剂III的最高发热温度制备复合试件：将多组等量的粘结剂分别加热到B1中发热剂III的最高发热温度，选用与此温度对应的发热剂III的发热反应生成物，均匀洒布在上述粘结剂表面，经过碾压处理得到由粘结剂与发热反应生成物组成的复合试件；B3：设计氧化钙与还原铁粉的试验比例：对复合试件进行浸水处理后，计算相应的质量变化率ε，并绘制复合试件的质量变化率随氧化钙与还原铁粉试验比例变化的关系曲线，得到曲线取峰值时还原铁粉：氧化钙的试验比例X1:X4；B4：计算发热剂中各组成材料的质量比例：结合步骤一和步骤二B3中还原铁粉与碳粉、氯化钠、氧化钙的试验比例，分别计算其在发热剂中的质量分数：式中：a
j
—发热剂中各组材料的质量分数(％)；X
j
—发热剂中各组成材料的试验比例；M
j
—发热剂中各组成材料的摩尔质量(g/mol)；上述各参数中，j＝1、2、3、4所指代的材料分别为还原铁粉、碳粉、氯化钠、氧化钙；步骤三：计算发热剂的单位...

【专利技术属性】
技术研发人员：王芳，张诗宜，张红波，刘凯，杨仲，陶明霞，马志平，
申请(专利权)人：安徽建筑大学，
类型：发明
国别省市：