一种用于沥青的相变改性材料调节系统

1.本发明涉及道路工程技术领域，具体为一种用于沥青的相变改性材料调节系统。


背景技术：

2.沥青是一种黑色吸热的温度敏感性材料，沥青路面在高温条件下容易产生车辙病害，而通过材料相态转化实现吸收、储存和释放热量来维持自身稳定的相变材料，在应用于沥青混合料中后，能降低沥青路面的内部温度、延缓升温速率，由于沥青路面的使用期限均较为长久，应用于沥青路面内的相变材料在沥青路面的使用过程中，相变材料在沥青路面上的均匀性与稳定性无法保证，且相变材料不仅会与沥青发生化学反应或物理损伤，还会在于地下水或其他外界因素接触后，影响相变材料的性能，导致沥青路面在进行相变材料改性后仍无法进行正常的温度调节，造成改性调节提前失效的结果，因此，针对上述问题提出一种用于沥青的相变改性材料调节系统。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种用于沥青的相变改性材料调节系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
5.一种用于沥青的相变改性材料调节系统，包括改性混合模块、调节控制模块、计算分析模块、绝缘封装模块、稳压加工模块，所述改性混合模块用于制作相变材料并应用于沥青混合料内，形成沥青路面中的相变改性层，所述调节控制模块对沥青路面检测，生成检测信号发送至计算分析模块，并接收计算分析模块的反馈控制信号，对相变改性层调节控制，所述计算分析模块对调节控制模块的检测信号计算，并分析得出相应的反馈控制信号，所述绝缘封装模块防止沥青路面中设置的相变改性层，并防止相变改性层，所述稳压加工模块用于相变改性层的均匀和稳定的压实。
6.进一步的，所述调节控制包括温度感应器、控制器组件以及热源组件，所述温度感应器、控制器组件以及热源组件之间依次通过电缆连接，所述温度感应器对沥青路面的温度检测生产检测信号，所述控制器组件根据反馈控制信号对热源组件进行控制，所述热源组件向相变改性层输送热能。
7.进一步的，所述绝缘封装模块包括绝缘层组件与微胶囊层组件，所述微胶囊层组件内设置固体-固体相变材料、固体-液体相变材料或液体-气体相变材料的相变材料。
8.进一步的，所述计算分析模块主要采用pid控制器实现反馈控制信号的获取，具体的获取公式为：
9.u(t)＝kp*e(t)+ki*∫e(t)dt+kd*de(t)/dt
10.其中，u(t)为控制器的输出信号，kp、ki和kd分别为比例、积分和微分系数，e(t)为控制器输入信号与目标信号的误差，de(t)/dt为误差变化率。
11.进一步的，所述稳压加工模块主要包括稳压加工主体、铲刀组件和固定基座，所述
稳压加工主体的内侧设有连接安装组件，所述连接安装组件上安装有控制电机、提升传动箱与拖拽传动箱，所述控制电机的输出端设有第一换向器，所述第一换向器的输出端设有传动轴，所述传动轴与提升传动箱连接，所述铲刀组件设置于提升传动箱的内侧，所述传动轴的外侧设有第二换向器，所述第二换向器的输出端与拖拽传动箱连接，所述拖拽传动箱的内侧设有传动板，所述传动板上设有固定基座。
12.进一步的，所述铲刀组件由刀片以及传动刀柄组成，所述传动刀柄穿设于提升传动箱的内侧，所述提升传动箱内设有传动齿轮，所述传动齿轮与所述第一换向器输出端的传动轴连接，所述传动刀柄上设有与传动齿轮啮合的长条齿槽。
13.进一步的，所述拖拽传动箱的内侧设有往复丝杠，所述往复丝杠与所述第二换向器的输出端连接，所述往复丝杠的外侧设有丝杠套筒，所述丝杠套筒与传动板之间固定连接。
14.进一步的，所述固定基座的前端设有固定夹爪，所述固定夹爪呈对称分布，所述固定基座的内侧穿设有长条螺栓杆，所述长条螺栓杆贯穿固定夹爪，位于上方的固定夹爪内设有加固螺栓。
15.本发明具有以下优点：
16.1)使用相变材料改性沥青，能够有效地调节沥青路面的温度和性质，延长道路的使用寿命和提高路面质量，在炎热的夏季减少路面温度的升高，减轻对汽车轮胎的损伤和对行车安全的影响，在寒冷的冬季能够维持路面的柔韧性和防止路面龟裂。
17.2)将相变材料嵌入到沥青中形成相变改性层，实现对沥青路面温度和性质的调节和控制，采用微胶囊层组件的包覆材料进行封装，以防止相变材料与沥青发生化学反应和物理损伤，相变改性层的下方设置绝缘层，以防止相变材料与地下水或其他外界因素的接触。
18.3)使用稳压加工模块对位于绝缘层拖拽，能够实现组成相变改性层的微胶囊层组件的抖动，使绝缘层上部由微胶囊层组件组成的相变改性层更加均匀，同时将绝缘层与地表分离，降低微胶囊层组件在绝缘层上方的均匀分布的难度，相变改性层上表面采用振动器对进行稳定的压实和加工，保证相变材料层对沥青路面的调节效果。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对本发明技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本发明的整体结构示意图。
21.图2为本发明沥青路面的实际建设示意图。
22.图3为本发明稳压加工的结构示意图。
23.图4为本发明拖拽传动箱的内部结构示意图。
24.图中：1、稳压加工主体；2、连接安装组件；3、控制电机；4、第一换向器；5、第二换向器；6、提升传动箱；7、铲刀组件；8、拖拽传动箱；9、往复丝杠；10、丝杠套筒；11、传动板；12、固定基座；13、固定夹爪；14、沥青；15、微胶囊层组件；16、绝缘层组件；17、电加热器。
具体实施方式
25.下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，基于本发明中的具体实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他具体实施方式，都属于本发明保护的范围。
26.实施例1
27.请参阅图1，本发明提供了一种用于沥青的相变改性材料调节系统，包括改性混合模块、调节控制模块、计算分析模块、绝缘封装模块、稳压加工模块，改性混合模块用于制作相变材料并应用于沥青混合料内，形成沥青路面中的相变改性层，调节控制模块对沥青路面检测，生成检测信号发送至计算分析模块，并接收计算分析模块的反馈控制信号，对相变改性层调节控制，计算分析模块对调节控制模块的检测信号计算，并分析得出相应的反馈控制信号，绝缘封装模块防止沥青路面中设置的相变改性层，并防止相变改性层，稳压加工模块用于相变改性层的均匀和稳定的压实。
28.在本实施例中，本系统的具体过程为：
29.s1，制备相变改性材料
30.使用相变温度为60℃的十六烷作为相变材料，将其包裹在聚乙烯薄膜中制成相变薄膜。为了提高相变材料的稳定性和耐久性，可以在相变材料中添加一些稳定剂和增塑剂等添加剂。
31.s2，将相变薄膜应用于沥青混合料中
32.将相变薄膜添加到沥青混合料中，通过混合和加热使相变薄膜与沥青混合均匀，并形成相变改性沥青。
33.s3，调节控制模块的安装与运行
34.在沥青路面下安装调节控制模块，用于对沥青路面的温度的检测，并根据检测结果生成检测信号。
35.s4，计算相变材料需要吸收或释放的热量
36.计算分析模块根据检测信号，确定沥青路面温度变化并计算相变材料需要吸收或释放的热量，并生产反馈控制信号，具体的计算公式为：
37.q＝m
×c×
δt
38.其中，q表示相变材料吸收或释放的热量，单位为焦耳(j)；m表示相变材料的质量，单位为千克(kg)；c表示相变材料的比热容，单位为焦耳/(千克
·
开)(j/(kg
·
k))；δt表示沥青的温度变化，单位为开尔文(k)。
39.s5，控制相变材料的相变过程
40.调节控制模块接收反馈控制信号，对相变材料的相变过程进行控制，使其在沥青路面温度升高时吸收热量，将温度控制在一定范围内，避免沥青路面软化和损坏。在沥青路面温度下降时，相变材料释放热量，保持沥青路面的柔韧性和耐久性。
41.本实施例使用相变材料改性沥青，能够有效地调节沥青路面的温度和性质，从而延长道路的使用寿命和提高路面质量。与传统的改良方法相比，使用相变材料改性沥青不仅能够提高路面的抗老化性能和耐久性，还能够在炎热的夏季减少路面温度的升高，减轻对汽车轮胎的损伤和对行车安全的影响，同时在寒冷的冬季能够维持路面的柔韧性和防止路面龟裂。相对于传统的混合料添加剂或涂料方式，使用相变材料改性沥青更加经济、环
保，同时具有更好的性能表现。
42.实施例2
43.基于上述实施例与本实施例不同的是：
44.请参阅图1-2，调节控制包括温度感应器、控制器组件以及热源组件，温度感应器、控制器组件以及热源组件之间依次通过电缆连接，温度感应器对沥青路面的温度检测生产检测信号，控制器组件根据反馈控制信号对热源组件进行控制，热源组件向相变改性层输送热能。
45.本实施例中，在沥青路面上安装温度感应器和控制器组件进行控制，以实现对沥青路面温度和性质的有效调节和控制。
46.温度感应器需要安装在沥青路面的表面，以便能够准确地感知路面的温度变化，温度感应器可以是基于电阻、热电偶或红外线技术的传感器，具体的选择取决于应用环境和实际需求，温度感应器通过传感器电缆连接到控制器，将温度数据传输给控制器，生成检测信号，并接收反馈控制信号。
47.控制器组件需要具备数据处理和控制输出功能，以便能够实现对沥青路面温度和性质的精确控制，控制器组件可以采用单片机或微处理器实现，具体的选择取决于应用环境和实际需求，控制器根据反馈控制信号，控制相变材料的相变状态和释放的热量，从而调节沥青路面的温度和性质。
48.本实施例中，热源组件提供能量以便激活相变材料，并实现对沥青路面温度和性质的调节和控制。
49.具体来说，可以使用电加热器作为热源，将其安装在沥青路面下方，以便能够直接向相变材料输送热能，电加热器可以采用线圈加热、电热膜加热或半导体加热等技术，具体的选择取决于应用环境和实际需求，电加热器通过电缆连接到控制器，由控制器实现对加热器功率和工作时间的精密调节和控制。
50.为了保证热源的高效能量输出和稳定性，可以在热源和相变材料之间设置一个热传导层，以便能够有效地传导热能，热传导层可以采用铜箔、铝箔、热导膜等材料，具体的选择取决于应用环境和实际需求，同时，为了保证热源的高效能量输出和稳定性，我们可以采用散热器或其他相应的工具来实现热源的散热和温度控制。
51.实施例3
52.基于上述实施例与本实施例不同的是：
53.请参阅图1-2，绝缘封装模块包括绝缘层组件16与微胶囊层组件15，微胶囊层组件15内设置固体-固体相变材料、固体-液体相变材料或液体-气体相变材料的相变材料。
54.本实施例中，相变材料需要被嵌入到沥青中，以便在温度变化时吸收或释放热量，从而实现对沥青路面温度和性质的调节和控制。
55.具体来说，在沥青路面中央的一定深度处嵌入相变材料，形成一个相变改性层，相变材料采用微胶囊层组件15或纳米尺度的包覆材料进行封装，以防止相变材料与沥青发生化学反应和物理损伤。
56.在实际应用中，为了保证相变改性层的性能稳定和长期使用寿命，在相变改性层的下方设置一个绝缘层，以防止相变材料与地下水或其他外界因素的接触，从而影响相变材料的性能，同时，为了保证相变改性层的均匀性和稳定性，我们可以采用振动器或其他相
应的工具对相变改性层进行均匀和稳定的压实和加工。
57.实施例4
58.基于上述实施例与本实施例不同的是：
59.请参阅图3-4，稳压加工模块主要包括稳压加工主体1、铲刀组件7和固定基座12，稳压加工主体1的内侧设有连接安装组件2，连接安装组件2上安装有控制电机3、提升传动箱6与拖拽传动箱8，控制电机3的输出端设有第一换向器4，第一换向器4的输出端设有传动轴，传动轴与提升传动箱6连接，铲刀组件7设置于提升传动箱6的内侧，传动轴的外侧设有第二换向器5，第二换向器5的输出端与拖拽传动箱8连接，拖拽传动箱8的内侧设有传动板11，传动板11上设有固定基座12。
60.请参阅图3-4，铲刀组件7由刀片以及传动刀柄组成，传动刀柄穿设于提升传动箱6的内侧，提升传动箱6内设有传动齿轮，传动齿轮与第一换向器4输出端的传动轴连接，传动刀柄上设有与传动齿轮啮合的长条齿槽。
61.请参阅图3-4，拖拽传动箱8的内侧设有往复丝杠9，往复丝杠9与第二换向器5的输出端连接，往复丝杠9的外侧设有丝杠套筒10，丝杠套筒10与传动板11之间固定连接。
62.请参阅图3-4，固定基座12的前端设有固定夹爪13，固定夹爪13呈对称分布，固定基座12的内侧穿设有长条螺栓杆，长条螺栓杆贯穿固定夹爪13，位于上方的固定夹爪13内设有加固螺栓。
63.本实施例中，通过稳压加工模块对相变改性层进行均匀和压实加工，使包覆有相变材料的微胶囊层组件15均匀敷设在绝缘层上。
64.具体来说，首先在绝缘层组件16两侧分别设置一组稳压加工模块，将绝缘层组件16的一端与固定基座12上的固定夹爪13上，在启动控制电机3，经由第一换向器4与第二换向器5的传动，为提升传动箱6与拖拽传动箱8提供动力，提升传动箱6内的传动齿轮将铲刀组件7带动，使铲刀组件7于绝缘层组件16的底端滑动，将绝缘层组件16与地表分离，拖拽传动箱8内的往复丝杠9将丝杠套筒10带动，使传动板11带动固定基座12往复运动，对绝缘层组件16的一端拖拽，实现对绝缘层组件16的抖动，使绝缘层组件16上部由微胶囊层组件15组成的相变改性层更加均匀。
65.在实际应用中，将绝缘层组件16的一端放置于固定夹爪13之间，对长条螺栓杆的调整使固定夹爪13相互靠近，对绝缘层组件16固定，对固定夹爪13上的加固螺栓调节则实现绝缘层组件16的加固。
66.相变改性层的微胶囊层组件15均匀分布后，可以在相变改性层上表面采用振动器或其他相应的工具对相变改性层进行稳定的压实和加工。
67.实施例5
68.基于上述实施例与本实施例不同的是：
69.本实施例中，需要设计并制作出适合沥青混合料的相变材料。具体的实施过程如下：
70.选择合适的相变材料，优先选择具有良好热学性质和化学稳定性的材料。比如，具有较高相变潜热和热容的微胶囊化蜡、高聚物相变材料等。
71.制备相变材料。将相变材料与载体材料混合，并加热到相变温度范围内使其相变。再将相变材料固定在载体材料上，制成相变材料复合材料。
72.对相变材料复合材料进行性能测试。测试其相变温度、相变潜热、热容等热学性质，以及载体材料与相变材料之间的相容性和化学稳定性等。
73.对相变材料复合材料进行优化。根据测试结果，适当调整相变材料的加入量和载体材料的种类和比例，以获得最佳的改性效果和使用寿命。
74.相关的公式如下：
75.计算相变材料的相变潜热
76.相变材料的相变潜热可以通过下面的公式进行计算：
77.δh＝cp*δt*m
78.其中，δh为相变潜热(j/kg)，cp为相变材料的比热容(j/(kg
·
k))，δt为相变材料的相变温度范围(k)，m为相变材料的质量(kg)。
79.计算相变材料的热容
80.相变材料的热容可以通过下面的公式进行计算：
81.cp＝δh/δt/m
82.其中，cp为相变材料的比热容(j/(kg
·
k))，δh为相变潜热(j/kg)，δt为相变材料的相变温度范围(k)，m为相变材料的质量(kg)。
83.计算相变材料的相变温度
84.相变材料的相变温度可以通过下面的公式进行计算：
85.tm＝tm0+α*δ
86.其中，tm为相变材料的相变温度(℃)，tm0为相变材料的标准相变温度(℃)，α为相变材料的温度系数(℃/wt％)，δ为相变材料的质量分数(wt％)。
87.通过上述实施过程，我们可以制作出适合沥青混合料的相变材料，并实现对沥青路面的相变改性，提高路面的抗老化性能和耐久性，从而提高道路的使用寿命和交通安全性能。
88.以上所述仅的仅为本发明优选的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，对于本技术领域的普通技术人员来说，在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，均应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种用于沥青的相变改性材料调节系统，包括改性混合模块、调节控制模块、计算分析模块、绝缘封装模块、稳压加工模块，其特征在于：所述改性混合模块用于制作相变材料并应用于沥青混合料内，形成沥青路面中的相变改性层，所述调节控制模块对沥青路面检测，生成检测信号发送至计算分析模块，并接收计算分析模块的反馈控制信号，对相变改性层调节控制，所述计算分析模块对调节控制模块的检测信号计算，并分析得出相应的反馈控制信号，所述绝缘封装模块防止沥青路面中设置的相变改性层，并防止相变改性层，所述稳压加工模块用于相变改性层的均匀和稳定的压实。2.根据权利要求1所述的一种用于沥青的相变改性材料调节系统，其特征在于：所述调节控制包括温度感应器、控制器组件以及热源组件，所述温度感应器、控制器组件以及热源组件之间依次通过电缆连接，所述温度感应器对沥青路面的温度检测生产检测信号，所述控制器组件根据反馈控制信号对热源组件进行控制，所述热源组件向相变改性层输送热能。3.根据权利要求1所述的一种用于沥青的相变改性材料调节系统，其特征在于：所述绝缘封装模块包括绝缘层组件(16)与微胶囊层组件(15)，所述微胶囊层组件(15)内设置固体-固体相变材料、固体-液体相变材料或液体-气体相变材料的相变材料。4.根据权利要求1所述的一种用于沥青的相变改性材料调节系统，其特征在于：所述计算分析模块主要采用pid控制器实现反馈控制信号的获取。5.根据权利要求1所述的一种用于沥青的相变改性材料调节系统，其特征在于：所述稳压加工模块主要包括稳压加工主体(1)、铲刀组件(7)和固定基座(12)，所述稳压加工主体(1)的内侧设有连接安装组件(2)，所述连接安装组件(2)上安装有控制电机(3)、提升传动箱(6)与拖拽传动箱(8)，所述控制电机(3)的输出端设有第一换向器(4)，所述第一换向器(4)的输出端设有传动轴，所述传动轴与提升传动箱(6)连接，所述铲刀组件(7)设置于提升传动箱(6)的内侧，所述传动轴的外侧设有第二换向器(5)，所述第二换向器(5)的输出端与拖拽传动箱(8)连接，所述拖拽传动箱(8)的内侧设有传动板(11)，所述传动板(11)上设有固定基座(12)。6.根据权利要求5所述的稳压加工模块，其特征在于：所述铲刀组件(7)由刀片以及传动刀柄组成，所述传动刀柄穿设于提升传动箱(6)的内侧，所述提升传动箱(6)内设有传动齿轮，所述传动齿轮与所述第一换向器(4)输出端的传动轴连接，所述传动刀柄上设有与传动齿轮啮合的长条齿槽。7.根据权利要求5所述的稳压加工模块，其特征在于：所述拖拽传动箱(8)的内侧设有往复丝杠(9)，所述往复丝杠(9)与所述第二换向器(5)的输出端连接，所述往复丝杠(9)的外侧设有丝杠套筒(10)，所述丝杠套筒(10)与传动板(11)之间固定连接。8.根据权利要求5所述的稳压加工模块，其特征在于：所述固定基座(12)的前端设有固定夹爪(13)，所述固定夹爪(13)呈对称分布，所述固定基座(12)的内侧穿设有长条螺栓杆，所述长条螺栓杆贯穿固定夹爪(13)，位于上方的固定夹爪(13)内设有加固螺栓。

技术总结
本发明公开了一种用于沥青的相变改性材料调节系统，包括改性混合模块、调节控制模块、计算分析模块、绝缘封装模块、稳压加工模块，所述改性混合模块用于制作相变材料并应用于沥青混合料内，形成沥青路面中的相变改性层，所述绝缘封装模块防止沥青路面中设置的相变改性层，并防止相变改性层，所述稳压加工模块用于相变改性层的均匀和稳定的压实，本发明中，将相变材料嵌入到沥青中形成相变改性层，实现对沥青路面温度和性质的调节和控制，采用微胶囊层组件的包覆材料进行封装，以防止相变材料与沥青发生化学反应和物理损伤，相变改性层的下方设置绝缘层，以防止相变材料与地下水或其他外界因素的接触。他外界因素的接触。他外界因素的接触。


技术研发人员：任永祥 刘小梅 张艳 刘锐娜 刘毅豪
受保护的技术使用者：许昌职业技术学院
技术研发日：2023.04.27
技术公布日：2023/8/1