相變材料在瀝青路面降溫應(yīng)用中的研究

許子龍 高 穎 李曉旭 朱玉風(fēng) 董素嫻

（河北工程大學(xué)， 河北 邯鄲 056107）

隨著時(shí)代不斷的進(jìn)步，我國(guó)高速公路的建設(shè)進(jìn)入了一個(gè)新的時(shí)期。各種先進(jìn)的手段和材料都可以應(yīng)用到公路的建設(shè)當(dāng)中，我國(guó)的大部分公路路面都是由瀝青路面組成，這種由瀝青混凝土建設(shè)成的路面質(zhì)量十分良好，可以保證道路運(yùn)輸?shù)陌踩５沁@種路面非常容易受高溫的影響，常常因?yàn)楦邷囟鴮?duì)路面造成損壞，長(zhǎng)期以來(lái)我們一直在尋找對(duì)瀝青路面進(jìn)行調(diào)溫的有效手段，而相變材料在建筑工程領(lǐng)域應(yīng)用方面逐漸成熟，相變材料摻入到瀝青混凝土路面當(dāng)中，可以有效地改善瀝青路面的溫度，延長(zhǎng)瀝青路面的使用壽命。但是在應(yīng)用過(guò)程中還有著一些問(wèn)題需要解決，所以對(duì)相變材料在瀝青路面中的應(yīng)用進(jìn)行探討，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 相變材料概述

相變材料是指溫度不變的情況下而改變物質(zhì)相態(tài)，并且能夠提供潛熱的物質(zhì)，是一種十分綠色環(huán)保的材料，另外，相變材料可以改變一定范圍內(nèi)物體的狀態(tài)，相變材料分為固液相變和固固相變，例如，在固液相變當(dāng)中，將溫度加熱到熔化溫度時(shí)相變材料就會(huì)發(fā)生固液相變，在熔化過(guò)程中相變材料會(huì)吸收大量的熱量并將其儲(chǔ)存，當(dāng)相變材料冷卻后，所儲(chǔ)存的熱量就會(huì)在一定時(shí)間內(nèi)散發(fā)到周?chē)沫h(huán)境當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)從液態(tài)到固態(tài)的逆轉(zhuǎn)變。這種技術(shù)就可以應(yīng)用到瀝青路面當(dāng)中，當(dāng)路面溫度過(guò)高時(shí)，摻入到瀝青路面的相變材料就可以吸收并儲(chǔ)存散發(fā)出的熱量，當(dāng)相變材料冷卻后，再將所吸收的熱量散發(fā)出去，這樣就可以有效地調(diào)節(jié)瀝青路面的溫度，避免瀝青路面由于受到高溫的影響而被損害。相變材料的分類(lèi)依據(jù)化學(xué)成分主要包括無(wú)機(jī)PCM、有機(jī)PCM 和復(fù)合PCM 三類(lèi)。其中，無(wú)機(jī)類(lèi)PCM 主要有結(jié)晶水合鹽類(lèi)、熔融鹽類(lèi)、金屬或合金類(lèi)等;有機(jī)類(lèi)PCM 主要包括石蠟、聚醚和其他有機(jī)物;復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料的應(yīng)運(yùn)而生，它既能有效克服單一的無(wú)機(jī)物或有機(jī)物相變儲(chǔ)熱材料存在的缺點(diǎn)，又可以改善相變材料的應(yīng)用效果以及拓展其應(yīng)用范圍。因此，研制復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料已成為儲(chǔ)熱材料領(lǐng)域的熱門(mén)研究課題。但是復(fù)合相變材料也可能會(huì)帶來(lái)相變潛熱下降，或在長(zhǎng)期的相變過(guò)程中容易性能下降等缺點(diǎn)。

2 相變材料應(yīng)用存在的問(wèn)題

2.1 相變材料儲(chǔ)能問(wèn)題

在將相變材料摻入到瀝青路面當(dāng)中，之前要經(jīng)歷過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)，相變材料具有吸收并儲(chǔ)存熱量的功能，但是在瀝青路面的應(yīng)用當(dāng)中要著重考慮以下三點(diǎn)內(nèi)容。首先，由于相變材料的種類(lèi)較多，而且每一個(gè)不同類(lèi)別的相變材料所對(duì)應(yīng)的相變溫度都不相同，如果沒(méi)有找到合適的相變材料摻入到瀝青混合料當(dāng)中，那么有可能出現(xiàn)相變溫度與瀝青混合料所要求的溫度范圍不適的現(xiàn)象，這樣就有可能造成瀝青所釋放出來(lái)的熱量達(dá)不到相變材料吸收熱量的溫度范圍，這樣相變材料就發(fā)揮不出任何的作用，而瀝青路面還是會(huì)受到溫度的影響而造成破壞。其次，相變材料吸收所釋放出的熱量要在一定的條件下進(jìn)行儲(chǔ)存，所以一定要有合適的盛裝相變材料的容器以及包裹它的辦法，這樣就可以保證相變材料的質(zhì)量不會(huì)受到影響，它的作用也可以得到完全的發(fā)揮。最后，要通過(guò)不斷的實(shí)驗(yàn)來(lái)檢測(cè)出所選用的相變材料適用的換熱環(huán)境，如果相變材料沒(méi)有一個(gè)良好的換熱環(huán)境，那么相變材料就不可以有效地吸收熱源所傳出的熱量。而在相變材料應(yīng)用到瀝青路面調(diào)溫中主要的問(wèn)題就是相變儲(chǔ)能技術(shù)存在缺陷，由于相變材料應(yīng)用歷史較短，相變材料的耐久性問(wèn)題還沒(méi)有得到徹底的解決，在不斷的相變過(guò)程中，相變材料可能無(wú)法持續(xù)的進(jìn)行熱量的吸收以及儲(chǔ)存，會(huì)出現(xiàn)一些熱物理特性退化等問(wèn)題，這樣會(huì)嚴(yán)重的影響相變材料的儲(chǔ)能質(zhì)量，也可能會(huì)對(duì)瀝青路面造成一定的影響。

2.2 相變材料所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)問(wèn)題

相變材料在液相過(guò)程中一旦出現(xiàn)泄漏，就會(huì)對(duì)瀝青路面造成嚴(yán)重的影響，就會(huì)帶來(lái)極大的經(jīng)濟(jì)損失，而復(fù)合相變材料的造價(jià)又較高，應(yīng)用到瀝青路面的調(diào)溫當(dāng)中如果不能有效地解決儲(chǔ)能問(wèn)題就會(huì)帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)損耗。所以在相變材料應(yīng)用到瀝青路面調(diào)溫當(dāng)中，要保證單位體積內(nèi)相變潛熱較大，使相變材料的單位儲(chǔ)能提高就可以更好地發(fā)揮相變材料的調(diào)溫作用。

3 相變材料在瀝青路面當(dāng)中的應(yīng)用

3.1 相變材料的選用

對(duì)于固液相變材料來(lái)說(shuō)，相變材料摻入量的多少會(huì)對(duì)升溫效果有著明顯的影響，在相變材料不從載體基質(zhì)中泄露的前提下，如果材料加入的越多，那么它的儲(chǔ)存熱量就越大，其所在瀝青路面當(dāng)中所起到的降溫作用也就越大。另外，瀝青路面由瀝青和混凝土混合而成，其按照一定比例混合可以有效地提高瀝青路面的質(zhì)量，所以在相變材料的添加過(guò)程中一定要注意相變材料所加入的體積大小，如果相變材料體積較大就會(huì)占用過(guò)多的空間從而影響瀝青路面的質(zhì)量，通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)得出，在備選的相變材料當(dāng)中，應(yīng)該選用既可以有效的保證瀝青混合料的質(zhì)量又可以保證其溫度在有效的控制范圍內(nèi)的相變材料。

3.2 相變材料對(duì)瀝青混合料的影響

在相變材料應(yīng)用到瀝青混合料中的過(guò)程中，由于瀝青混合料和相變材料的特征不一樣，所以，混合在一起會(huì)出現(xiàn)不良的反應(yīng)，所以需要選取合適的相變材料與瀝青混合料進(jìn)行搭配才可以達(dá)到預(yù)定的效果。復(fù)合相變材料會(huì)對(duì)瀝青混合料高溫穩(wěn)定性造成一定的影響，由于受到溫度的影響，瀝青路面在受到高溫后其熱量會(huì)不斷地提高，而復(fù)合相變材料會(huì)對(duì)礦料性質(zhì)造成一些影響。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)使用較為粗糙的材料，經(jīng)過(guò)摩擦損耗所形成的混合料穩(wěn)定性更強(qiáng)，如果采用表面較為光滑的材料進(jìn)行混合材料的攪拌就很容易產(chǎn)生滑移。而且瀝青的粘度越大其與集料的復(fù)合性就越好，相應(yīng)的瀝青混合料的抗高溫能力就越強(qiáng)，所以在選用相變材料時(shí)要選取最佳的相變材料，從而提高相變?yōu)r青混合料的強(qiáng)度。

3.3 復(fù)合相變材料瀝青混合料瀝青最佳用量

在不加入復(fù)合相變材料時(shí)，瀝青混合料所選用的比例應(yīng)滿(mǎn)足道路工程建設(shè)的要求，但是在加入復(fù)合相變材料后就要對(duì)瀝青的用量做出相應(yīng)的調(diào)整，對(duì)不同方法下所采用的量進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，例如對(duì)于石墨包裹法，由于石墨本身具有多孔的結(jié)構(gòu)可以吸附大量的瀝青，所以就可以相對(duì)的減少瀝青的用量；而對(duì)于水泥包裹法，其對(duì)瀝青的吸附程度不強(qiáng)，很容易在浸水的條件下剝落，所以就要加大瀝青量的投入從而保證它的穩(wěn)定性提高。

4 結(jié)束語(yǔ)：

綜上所述，在對(duì)相變材料在瀝青路面降溫的應(yīng)用進(jìn)行探究時(shí)，首先要了解相變材料的特征以及相變材料在這一工程應(yīng)用中存在哪些缺陷，這樣才可以根據(jù)現(xiàn)有的問(wèn)題尋找突破點(diǎn)來(lái)解決這些問(wèn)題；其次要通過(guò)不斷的實(shí)驗(yàn)得出適合應(yīng)用到瀝青路面當(dāng)中的相變材料以及所選取的摻量；最后在不同配比下選用瀝青的用量，再通過(guò)復(fù)合相變材料的應(yīng)用就可以有效的提高瀝青路面的高溫穩(wěn)定性，從而更好地保護(hù)瀝青路面的質(zhì)量。