相變材料在瀝青路面降溫應用中的研究

許子龍 高 穎 李曉旭 朱玉風 董素嫻

（河北工程大學， 河北 邯鄲 056107）

隨著時代不斷的進步，我國高速公路的建設進入了一個新的時期。各種先進的手段和材料都可以應用到公路的建設當中，我國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成的路面質量十分良好，可以保證道路運輸的安全。但是這種路面非常容易受高溫的影響，常常因為高溫而對路面造成損壞，長期以來我們一直在尋找對瀝青路面進行調溫的有效手段，而相變材料在建筑工程領域應用方面逐漸成熟，相變材料摻入到瀝青混凝土路面當中，可以有效地改善瀝青路面的溫度，延長瀝青路面的使用壽命。但是在應用過程中還有著一些問題需要解決，所以對相變材料在瀝青路面中的應用進行探討，具有十分重要的現實意義。

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相態，并且能夠提供潛熱的物質，是一種十分綠色環保的材料，另外，相變材料可以改變一定范圍內物體的狀態，相變材料分為固液相變和固固相變，例如，在固液相變當中，將溫度加熱到熔化溫度時相變材料就會發生固液相變，在熔化過程中相變材料會吸收大量的熱量并將其儲存，當相變材料冷卻后，所儲存的熱量就會在一定時間內散發到周圍的環境當中，實現從液態到固態的逆轉變。這種技術就可以應用到瀝青路面當中，當路面溫度過高時，摻入到瀝青路面的相變材料就可以吸收并儲存散發出的熱量，當相變材料冷卻后，再將所吸收的熱量散發出去，這樣就可以有效地調節瀝青路面的溫度，避免瀝青路面由于受到高溫的影響而被損害。相變材料的分類依據化學成分主要包括無機PCM、有機PCM 和復合PCM 三類。其中，無機類PCM 主要有結晶水合鹽類、熔融鹽類、金屬或合金類等;有機類PCM 主要包括石蠟、聚醚和其他有機物;復合相變儲熱材料的應運而生，它既能有效克服單一的無機物或有機物相變儲熱材料存在的缺點，又可以改善相變材料的應用效果以及拓展其應用范圍。因此，研制復合相變儲熱材料已成為儲熱材料領域的熱門研究課題。但是復合相變材料也可能會帶來相變潛熱下降，或在長期的相變過程中容易性能下降等缺點。

2 相變材料應用存在的問題

2.1 相變材料儲能問題

在將相變材料摻入到瀝青路面當中，之前要經歷過大量的實驗，相變材料具有吸收并儲存熱量的功能，但是在瀝青路面的應用當中要著重考慮以下三點內容。首先，由于相變材料的種類較多，而且每一個不同類別的相變材料所對應的相變溫度都不相同，如果沒有找到合適的相變材料摻入到瀝青混合料當中，那么有可能出現相變溫度與瀝青混合料所要求的溫度范圍不適的現象，這樣就有可能造成瀝青所釋放出來的熱量達不到相變材料吸收熱量的溫度范圍，這樣相變材料就發揮不出任何的作用，而瀝青路面還是會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行儲存，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量不會受到影響，它的作用也可以得到完全的發揮。最后，要通過不斷的實驗來檢測出所選用的相變材料適用的換熱環境，如果相變材料沒有一個良好的換熱環境，那么相變材料就不可以有效地吸收熱源所傳出的熱量。而在相變材料應用到瀝青路面調溫中主要的問題就是相變儲能技術存在缺陷，由于相變材料應用歷史較短，相變材料的耐久性問題還沒有得到徹底的解決，在不斷的相變過程中，相變材料可能無法持續的進行熱量的吸收以及儲存，會出現一些熱物理特性退化等問題，這樣會嚴重的影響相變材料的儲能質量，也可能會對瀝青路面造成一定的影響。

2.2 相變材料所帶來的經濟問題

相變材料在液相過程中一旦出現泄漏，就會對瀝青路面造成嚴重的影響，就會帶來極大的經濟損失，而復合相變材料的造價又較高，應用到瀝青路面的調溫當中如果不能有效地解決儲能問題就會帶來更大的經濟損耗。所以在相變材料應用到瀝青路面調溫當中，要保證單位體積內相變潛熱較大，使相變材料的單位儲能提高就可以更好地發揮相變材料的調溫作用。

3 相變材料在瀝青路面當中的應用

3.1 相變材料的選用

對于固液相變材料來說，相變材料摻入量的多少會對升溫效果有著明顯的影響，在相變材料不從載體基質中泄露的前提下，如果材料加入的越多，那么它的儲存熱量就越大，其所在瀝青路面當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量，所以在相變材料的添加過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占用過多的空間從而影響瀝青路面的質量，通過一系列實驗得出，在備選的相變材料當中，應該選用既可以有效的保證瀝青混合料的質量又可以保證其溫度在有效的控制范圍內的相變材料。

3.2 相變材料對瀝青混合料的影響

在相變材料應用到瀝青混合料中的過程中，由于瀝青混合料和相變材料的特征不一樣，所以，混合在一起會出現不良的反應，所以需要選取合適的相變材料與瀝青混合料進行搭配才可以達到預定的效果。復合相變材料會對瀝青混合料高溫穩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不斷地提高，而復合相變材料會對礦料性質造成一些影響。在實驗過程中應使用較為粗糙的材料，經過摩擦損耗所形成的混合料穩定性更強，如果采用表面較為光滑的材料進行混合材料的攪拌就很容易產生滑移。而且瀝青的粘度越大其與集料的復合性就越好，相應的瀝青混合料的抗高溫能力就越強，所以在選用相變材料時要選取最佳的相變材料，從而提高相變瀝青混合料的強度。

3.3 復合相變材料瀝青混合料瀝青最佳用量

在不加入復合相變材料時，瀝青混合料所選用的比例應滿足道路工程建設的要求，但是在加入復合相變材料后就要對瀝青的用量做出相應的調整，對不同方法下所采用的量進行適當的調整，例如對于石墨包裹法，由于石墨本身具有多孔的結構可以吸附大量的瀝青，所以就可以相對的減少瀝青的用量；而對于水泥包裹法，其對瀝青的吸附程度不強，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定性提高。

4 結束語：

綜上所述，在對相變材料在瀝青路面降溫的應用進行探究時，首先要了解相變材料的特征以及相變材料在這一工程應用中存在哪些缺陷，這樣才可以根據現有的問題尋找突破點來解決這些問題；其次要通過不斷的實驗得出適合應用到瀝青路面當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，再通過復合相變材料的應用就可以有效的提高瀝青路面的高溫穩定性，從而更好地保護瀝青路面的質量。