相變材料在道路工程中的應(yīng)用前景分析

龍振英

摘 要：道路是連接各地的重要的交通通道，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)加大了對(duì)于公路的建設(shè)速度，每年都投入大量的人力、物力用以實(shí)現(xiàn)對(duì)于公路的建設(shè)。各種新技術(shù)和新材料不斷地應(yīng)用于公路的建設(shè)過程中，在提高公路建設(shè)速度的同時(shí)確保公路的建設(shè)質(zhì)量。相變材料是一種在航天、建筑以及節(jié)能等領(lǐng)域中應(yīng)用較多也較為廣泛的一種材料。相變材料具有極強(qiáng)的潛熱儲(chǔ)能能力，相較于在上述領(lǐng)域中的應(yīng)用，相變材料在道路工程中的應(yīng)用相對(duì)較少。在相變材料的應(yīng)用中應(yīng)當(dāng)積極加強(qiáng)對(duì)于相變材料應(yīng)用技術(shù)的研究，從而使得相變材料能夠與道路工程中通過與瀝青混凝土或是水泥混凝土相配合，從而獲得良好的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：相變材料；道路工程；瀝青混凝土；水泥混凝土

中圖分類號(hào)：TU528 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

當(dāng)前，做好能源的合理開發(fā)利用成為全世界所面臨的一道難題。將所浪費(fèi)的能源儲(chǔ)存起來加以利用是解決這一難題的重要途徑。相變技術(shù)是一種極為優(yōu)良的技術(shù)。將所浪費(fèi)的能源通過相變材料儲(chǔ)存起來將會(huì)使相變材料獲得良好的應(yīng)用前景。相變材料是一種潛熱儲(chǔ)能材料，相關(guān)研究表明，單位體積的相變材料所具有的儲(chǔ)熱能力是同體積顯熱儲(chǔ)能材料的5～14倍。相變材料已經(jīng)在建筑領(lǐng)域中得到了較為良好的應(yīng)用。但是在道路工程領(lǐng)域中的應(yīng)用還處于初始階段，鑒于相變材料在節(jié)約能源和改善工程結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度分布所發(fā)揮出的良好效果，相變材料將會(huì)在道路工程領(lǐng)域中發(fā)揮出良好的應(yīng)用效果。

1.相變材料在道路工程領(lǐng)域中應(yīng)用所需要的性質(zhì)

相變材料只有具有良好的熱物理等性能才能在道路工程中發(fā)揮出良好的應(yīng)用效果。一般來說，相變材料在道路工程的應(yīng)用應(yīng)當(dāng)滿足以下性能：

（1）熱力性能。相變材料應(yīng)當(dāng)具有合適的相變溫度。在道路工程中應(yīng)用相變材料時(shí)，其相變溫度應(yīng)當(dāng)滿足相應(yīng)的應(yīng)用需求以使得相變材料能夠通過相變作用從而有效的減少溫度對(duì)于道路工程的損壞。比如說，通過在道路工程的路面材料中添加一定的相變調(diào)溫劑，這些相變材料在道路工程路面溫度高出相變溫度時(shí)將會(huì)導(dǎo)致相變材料熔融相變，從而吸收周邊的熱量形成對(duì)于道路工程路面的保護(hù)。此外，在相變材料添加進(jìn)瀝青混凝土料或是水泥混凝土材料中時(shí)，將會(huì)在一定程度上改變?yōu)r青混合料或是水泥混凝土材料的組成，如加入的相變材料的量過大極易導(dǎo)致水泥混凝土或是瀝青混凝土混合料物理性能的降低。合理地加入相變材料將會(huì)在確保水泥混凝土或是瀝青混凝土獲得良好的力學(xué)性能的同時(shí)使得其獲得相應(yīng)的吸收和釋放熱量的能力。從而降低所需相變材料的體積，降低相變材料對(duì)于原混合材料力學(xué)性能的影響。提高相變材料的比熱容將會(huì)使得相變材料在以顯熱形式吸熱放熱的過程中對(duì)混合料溫度獲得較強(qiáng)的調(diào)節(jié)能力。此外，在將相變材料應(yīng)用到道路工程中時(shí)應(yīng)當(dāng)確保相變材料具有較強(qiáng)的導(dǎo)熱性能，使其能夠及時(shí)的對(duì)混合料的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，緩解溫度對(duì)于道路工程的損害。

（2）相變材料還應(yīng)在物理性方面滿足相應(yīng)的添加要求。相變材料應(yīng)當(dāng)具有較高的密度和較低的體積變化量，從而使得相變材料在相變的過程中保持一定的穩(wěn)定，避免其對(duì)混合料造成影響。

（3）相變材料應(yīng)用于道路工程施工中時(shí)還應(yīng)當(dāng)具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性及相容性，從而使得相變材料應(yīng)用于道路工程時(shí)不易發(fā)生降解或是化學(xué)反應(yīng)，確保道路工程的建設(shè)質(zhì)量。

2.相變材料應(yīng)用于道路工程施工所需的瀝青混合料中

在道路工程的施工中，瀝青混合料是其中極為重要的建筑材料，應(yīng)用瀝青混合料所鋪筑的道路路面能夠形成良好的高等級(jí)路面結(jié)構(gòu)。但是，瀝青混合料在應(yīng)用的過程中容易因高溫和車輛載荷而導(dǎo)致路面產(chǎn)生車轍等的永久變形，從而影響道路的正常使用。因此，通過將相變材料在瀝青混合料中的應(yīng)用將能夠使得瀝青混合料獲得較強(qiáng)的溫度抗性。提高瀝青混凝土路面的使用質(zhì)量和使用壽命。近些年來，相關(guān)研究機(jī)構(gòu)加大了相變材料在相關(guān)建材中的應(yīng)用研究，通過利用相變材料的溫度調(diào)節(jié)特性，使其能夠有效地減少因溫升過快對(duì)瀝青混凝土路面所造成的損害。通過研究發(fā)現(xiàn)，聚乙二醇作為一種相變材料通過添加入瀝青混凝土中將能夠發(fā)揮出良好的性能。通過研究聚乙二醇對(duì)基質(zhì)瀝青和AC-20瀝青混凝土基本性能和溫度敏感性的影響發(fā)現(xiàn)，聚乙二醇作為一種相變材料添加入瀝青混凝土中時(shí)其摻雜量越大則將會(huì)使瀝青的黏度產(chǎn)生較大的變化，同時(shí)降低瀝青混凝土的延度和溫敏性。尤其是隨著聚乙二醇摻雜量的不斷提高并超過30%時(shí)，加入其中的聚乙二醇相變材料會(huì)使得瀝青混凝土獲得良好的高溫穩(wěn)定性。能夠有效地降低高溫對(duì)于瀝青混凝土路面的溫度損害。在將聚乙二醇與其他同類相變材料進(jìn)行應(yīng)用對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，將聚乙二醇4000這一相變材料加入瀝青混凝土材料中能夠發(fā)揮出良好的應(yīng)用效果。聚乙二醇與瀝青混合料的混合方式主要采用的是物理混合，完成添加后的聚乙二醇的瀝青混合料能夠與石灰質(zhì)形成良好的粘附性，從而使得瀝青混合料能夠具有良好的儲(chǔ)熱性能。此外，根據(jù)相應(yīng)的研究表明，在瀝青混凝土材料中加入一定的聚乙二醇相變材料將能夠確保其具有良好的調(diào)溫效果。此外，聚乙二醇在相容性方面性能也較好，加入聚乙二醇后的瀝青會(huì)使得瀝青的質(zhì)地變軟。為做好聚乙二醇等相變材料在瀝青混凝土中的應(yīng)用還需要對(duì)其進(jìn)行更多的研究，以確保相變材料在瀝青混凝土路面的應(yīng)用中發(fā)揮出良好的應(yīng)用效果。

3.相變材料應(yīng)用于道路工程施工所需的水泥混凝土中

水泥混凝土路面的強(qiáng)度高、穩(wěn)定性強(qiáng)，因此這種建設(shè)方式在國(guó)內(nèi)外道路路面中都有著廣泛的應(yīng)用。水泥混凝土是一種塑性材料，因溫度升高而導(dǎo)致的水泥混凝土體積變化將會(huì)對(duì)水泥混凝土的應(yīng)用產(chǎn)生極大的危害。因此，將水泥混凝土與相變材料相結(jié)合能夠極大地增強(qiáng)水泥混凝土的儲(chǔ)熱能力，從而有效增強(qiáng)水泥混凝土的強(qiáng)度和耐久性。但是在相變材料的應(yīng)用過程中需要注意的是，水泥混凝土中摻雜入相變材料將會(huì)對(duì)水泥混凝土的力學(xué)性能產(chǎn)生極大的影響。比如說，水泥混凝土的抗壓和抗彎強(qiáng)度將會(huì)明顯地降低。因此，在相變材料摻入水泥混凝土的過程中需要注意選用合適的相變材料和摻入方式，在最大限度地發(fā)揮相變材料特性的同時(shí)確保水泥混凝土的穩(wěn)定性。根據(jù)相關(guān)研究表明，在水泥混凝土中摻雜入的相變材料占比達(dá)到2%±1%時(shí)，能夠確保水泥混凝土具有良好的溫度抗性，但是，會(huì)在一定程度上降低水泥混凝土的耐久性，而通過改變所添加相變材料的純度能夠在一定程度上改善水泥混凝土在50℃下的耐久性。以PEG600相變材料為例，當(dāng)選用一定的濃度將其添加入水泥混凝土中時(shí)，將會(huì)使水泥混凝土的水化熱放熱峰滯后和降低，而降低PEG600的濃度將影響水泥混凝土的導(dǎo)熱性。一些學(xué)者將硬脂酸丁酯作為相變材料，利用兩部法所制成的相變儲(chǔ)能水泥混凝土具有良好的相變儲(chǔ)能能力。除了上述相變材料外，針對(duì)大體積的水泥混凝土封裝填埋相變大膠囊的方式能夠有效地保持水化熱和水泥混凝土強(qiáng)度之間的平衡。

結(jié)語(yǔ)

新材料的發(fā)展應(yīng)用將極大地推動(dòng)道路工程的建設(shè)速率與建設(shè)質(zhì)量。相變材料作為一種優(yōu)質(zhì)的材料能夠在降低道路工程材料溫升損害方面發(fā)揮出極為重要的作用?，F(xiàn)今，相變材料在道路工程中的應(yīng)用仍處于初始階段，應(yīng)當(dāng)通過加大研發(fā)投入力度，使得相變材料能夠在道路工程的應(yīng)用中發(fā)揮出良好的應(yīng)用效果。

參考文獻(xiàn)

[1]馮哲，虎東霞，趙龍，等.相變材料在道路工程中的研究現(xiàn)狀綜述.材料導(dǎo)報(bào)，2015（s1）：144-147.

[2]周靚，石偉，王春偉.相變材料對(duì)水泥混凝土性能的影響[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)（交通科學(xué)與工程版），2014（4）：933-937.

[3]楊獻(xiàn)章，胡柏學(xué)，廖春芳，等.相變控溫技術(shù)在橋梁防凍工程的應(yīng)用[J].公路工程，2013，38（1）：1-4.