抗凝冰相變瀝青材料的研究

蒙柯江 成都市石室中學蜀都校區

抗凝冰相變瀝青材料的研究

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在最近的幾年，我國開始注重對于相變材料與瀝青的結合應用。這種結合應用，多以研究相變材料對溫度的一些相關調節，還有少部分是研究相變材料用于瀝青路面的抗凝冰的作用。在這其中，應用于抗凝冰方向的應用技術，大多使用的是微膠囊封裝技術，由于這項技術的成本過高，不能廣泛使用。本文從相變材料在抗凝冰瀝青中的適用性出發，分析了瀝青路面工程用相變材料的技術要求，在此基礎上具體研究了抗凝冰相變瀝青材料。

抗凝冰 相變瀝青材料 研究

相變材料，其本質是通過本身的相變過程汲取或放出熱量來完成潛熱儲能工作的一種物質。相變材料在此過程中，把熱量以潛熱的方式保存在材料內部。同時，其還能夠通過釋放能量，來保持自身的溫度恒定。相變材料儀器特殊的保溫儲熱特質，在建筑領域、紡織領域、節能領域都有著廣泛的應用前景。而把相變材料與瀝青進行融合，同時利用相變材料對于其自身的溫度平衡能力，這能夠很好的利用相變瀝青材料對周圍環境有的自我調節的功能。目前，冬天路面積雪給人們帶來了很多生活上的不便利，阻礙交通運輸、影響路面行人安全等。而且目前融雪化冰的方法成本較高且效果并不顯著，因此，我們希望通過把相變材料對溫度的調節能力應用到抗凝冰瀝青中，大大減緩降雪給人們生活帶來的不便。

1 相變材料在抗凝冰瀝青中應用的適用性

想要分析相變材料在抗凝冰瀝青中的適用性，首先需要分析現今溶雪化冰的方法。

1.1 現今對于路面溶雪化冰的方法

在現今，對于冬季路面溶雪化冰的方法主要有三種形式，第一種是清除法，第二種是融化法，第三種是自應力破冰法。

清除法，是屬于人工清除或機械清除的方法，這種方法存在著效率低、耗能高的特點。

熔化法，是屬于對雪或冰進行化學消融、加熱消融的方式，化學消融是對目標進行撒鹽處理，這種在某種意義上對環境造成一定的破壞，而綠色環保型的融雪鹽對于成本要求較高。而能夠融冰的加熱融化法，在使用中還存在著消耗高、維修費用高的問題，其主要采用的是導電瀝青混合料、微波加熱法等。

自應力破冰法主要是針對粗糙的路邊或使用彈性比較強的橡膠路面，使用荷載的原理，達到清理冰面的目的，雖然這種方法十分有效，但還存在著工程難度大，對于比較厚的冰面難以消除的問題。

現今的路面溶雪化冰的各種手段多多少少都存在著一些問題，所以，加強瀝青路面自身的抗凝冰性是現在最有效的手段之一，而對于相變材料的利用，是能夠真正解決當今破冰融雪難的這一問題。

1.2 相變材料對于抗凝冰應用的優勢

隨著過去幾年里對于相變材料的研究探索，其特點正好與抗凝冰瀝青材料相符合。其特點在于能夠在較小的溫度區間內，通過其本身的物理形態發生轉變，從而與周邊發生冷熱的互換，并且隨著其本身的特質，能夠向周圍吸收或釋放相應的能量，當發生能量的轉換是，其產生了一個溫度變化的現象。這種能量吸收或釋放的現象，正是當前抗凝冰瀝青材料的需要。

2 瀝青路面工程對相變材料應用的技術要求

雖然現今存在的相變材料多種多樣，但是能夠適合當今瀝青路面工程的卻為數不多。在美國的一家公司，對于現今市場的兩萬多種相變材料進行測試，才發現只有百分之一的材料有實際使用的價值。

抗凝冰相變瀝青材料，不但要能夠應付普通路面工程的要求，更要適應交通荷載的反復作用，周圍自然因素的影響。所以對于相變材料需要符合以下幾個條件。

第一個條件是，要有符合條件的相變溫度。即對于高溫溫度的調節，大約為30℃—55℃。對于低溫溫度的調節，大約為-5℃—5℃。

第二個條件是，要求相變材料要有相對較高的相變焓。

第三個條件是，在溫度過高的情況下有較高的導熱系數，相對的在溫度過低的時候有良好放熱效果。

第四個條件是，對于相變材料要有不錯的相變循環的穩定性。以及在200℃左右不分解的熱穩性能。

第五個條件，也是極為重要的，就是相變材料和瀝青材料的混合，要有極好的化學兼容性，以保證材料都能夠發揮其良好的物理性以及化學性。

3 抗凝冰相變瀝青材料的研究

3.1 原材料的選擇

在對相變材料的選擇中，一定要保證其材料能夠有相應的抗揮發性，能夠與瀝青的互溶性。而我們平時常見的相變有機材料很難符合當前的需要，所以對于原材料的選擇我們可以考慮復合的相變材料。這種復合的相變材料我們可以選擇正十二烷與正十四烷，并且我們還要考慮到相變瀝青材料的流變性能與生產成本，還可以選擇低密度的聚乙烯HDPE8006與環氧大豆油作為復合材料的改性劑。

3.2 材料研究儀器

在對于材料研究儀器的選擇中，我們可以選擇德國的STA449C型綜合型熱分析儀與美國的PE100型紅外分析儀。

3.3 相變材料與瀝青的結合

當前實際操作過程在瀝青的調配中加入相變材料主要有兩種手段，通常采取的是節約成本的直接添加的方法，從而考察相變材料在瀝青摻入中所起到的作用，通過實驗結果可以表明膠質所具有的可塑性與粘性是最好的，排在第二位的是芳香酚。

瀝青是由多種復雜的碳氫化合物及其氧、硫、氮等非金屬衍生物組成的混合物，瀝青組分可以分為飽和酚、芳香酚、膠質和瀝青質。相變材料混合物為有機直鏈烷烴，將相變材料摻入瀝青之后，瀝青組成成分與相變材料可能發生相互作用，若發生相互作用，則相變材料在瀝青中不能發揮其相變作用，不能達到抗凝冰的目的，故采用紅外光譜分析試驗對相變瀝青進行分析其是否發生了相互作用。

4 結論

綜上所述，對于相變材料與瀝青進行結合，而產生的抗凝冰型瀝青非常有利于當前的道路使用。這可以在很大程度上減少路面冰層的產生，更能夠減少因路面冰層導致的交通事故，這項技術的研究在利國利民的方面，能夠展現非常大的作用。

[1]朱建勇,何兆益,林菲飛.抗凝冰相變瀝青材料的研究[J].材料導報,2015,(S2):472-475.