DTC自調溫相變技術道路在實際應用中的溫度調控評價

黃永飛 張鵬舉 康俊泰 洪偉

（1甘肅昶通公路養護科技有限公司，甘肅 蘭州 730030，2甘肅恒路交通勘察設計院有限公司，甘肅 蘭州 730030；3甘肅省高等級公路養護工程研究中心，甘肅 蘭州 730030）

0 前言

甘肅的地理位置特殊，地形條件復雜，在7～8月的河西地區年最高氣溫可達34～45℃，而在1月甘南、祁連山地區最低氣溫為-33～-27℃[1]，極端的氣候環境和大溫差對西北地區公路基礎設施的建設與養護提出了更高的要求[2]。

相變材料又稱相變儲能材料，是一種利用相變過程中吸收或釋放的熱量進行潛熱儲能的物質[3]。基于材料能自行調節和環境溫度場能量交換的供求關系的特性，可減少溫度病害，在太陽能、電子、紡織品、保溫建筑墻體等領域被廣為研究[4-6]。相變材料在瀝青混凝土路面中通過主動調控瀝青混凝土路面溫度，發揮了良好的應用效果[7-10]。周雪艷研究發現，100%十四烷的CSPCM瀝青混合料的調溫效果最明顯，在升降溫階段的調溫效果均為最優[11]。邊鑫開展了相變瀝青混合料調溫效果試驗，發現摻加5% PEG相變材料的相變瀝青混合料可降溫8～10℃[12]。加入相變調溫材料可降低溫度敏感性，延緩溫度峰值出現，并降低峰值溫度[13-14]。由于相變儲熱材料種類的多樣性，相變自調溫技術道路的可行性、耐久性和價值需進一步研究和驗證。

DTC相變自調溫材料瀝青路面利用DTC材料的相變特性，主動調控瀝青路面溫度的高低溫極值和變化幅度，提高瀝青路面環境適應能力，顯著降低全壽命周期維護成本，對促進公路和城市道路安全低碳綠色可持續發展有重要應用價值[15]。該技術于2019年在甘肅公路工程中首次應用。本文從夏季和冬季兩個時間段對甘肅鋪筑DTC自調溫道路開展相關溫度測試評價，對該技術的溫度調控表現和規律進行分析和總結。

1 試驗

1.1 項目概況

2019年首次在甘肅公路工程中應用DTC自調溫相變技術，截至目前已在G30連霍高速、G312線、G309線、G22青蘭高速等七條國省干線鋪筑試驗路段。路段信息及路面結構見表1。

表1 路段信息及路面結構

1.2 試驗材料

北京秦天科技集團有限公司生產的DTC相變材料是一種固-固相變有機材料，利用自然能在晶格體中發生可逆的分子位移，結晶態與非結晶態的轉化過程伴隨著儲能和能量的釋放，潛熱值能達到70J/g。此外，DTC相變材料通過化學鏈嫁接與瀝青形成穩定的化學結構，有效保證了該材料在道路工程上的可行性。按照JT/T 1210.1-2018《公路瀝青混合料用融冰雪材料》進行相關試驗，結果見表2。

表2 材料的測試結果

1.3 試驗方法

本研究主要通過紅外熱成像儀對已鋪筑DTC自調溫相變技術路面的溫度，在垂直于距路表60～80cm處測量，為降低誤差，在每個路段分別測定8個點位，去除誤差大于平均值±2℃的數據值，溫度平均值為最終的路面溫度。溫度測量使用香港希瑪集團的熱成像儀，型號ST-9550，儀器的參數見表3。

表3 熱成像儀儀器的參數

1.4 研究內容

1）DTC自調溫相變技術道路與普通路段路面溫度檢測對比。

2）全時段下監測典型DTC自調溫相變技術道路與普通路段路面溫度變化曲線，觀測溫度變化規律。

2 結果與討論

2.1 夏季降低路面溫度

在8月對鋪筑的4條DTC自調溫相變技術道路進行溫度檢測。整體來看，DTC自調溫相變技術道路相較普通路面溫度低3～7℃，有明顯的路面降溫效果。此外發現，DTC高速路的降溫效果最好，和普通路段的平均溫差達6.4℃，其次是國道干線，平均溫差為5.4℃，縣道的降溫效果最差，僅有2.3℃，這可能與路面結構、車流速度、周圍環境、天氣氣溫等有關。

圖1 夏季路面溫度監測結果

2.2 冬季提高路面溫度

在1月對鋪筑的6條DTC自調溫相變技術道路進行溫度檢測。整體來看，DTC自調溫相變技術道路相較普通路面溫度高1.5～4℃，有明顯的提高路面溫度效果。此外發現，DTC高速路的提溫效果最好，和普通路段的平均溫差約4℃，DTC國道干線和普通路段的平均溫差為2.3℃，這可能與路面結構、車流速度、周圍環境、天氣氣溫等有關。

圖2 冬季路面溫度監測結果

2.3 全時段檢測

在1月對今年新鋪筑的G327線DTC自調溫相變技術路段和普通路段進行全時段溫度監測，當天氣溫-9～9℃。全天候溫度監測發現，G327線DTC路面平均溫度均高于普通路段，溫差在1～5℃。18點至次日11點，路面溫度在零度以下，DTC路段溫度高于普通路段1～2℃；14點左右為當日路面溫度最高點，DTC路段和普通路段在15點達到溫差最大點；DTC路段及普通路段在5～7℃的溫度曲線時會有交匯，可能與DTC材料的相變溫度及相變點有關。總體來說，DTC路面相較普通路段有明顯的提溫作用。

圖3 冬季全時段路面溫度監測結果

3 結論

針對甘肅鋪筑的多條DTC自調溫相變技術道路進行持續的溫度檢測與跟蹤，結果發現，DTC自調溫相變材料有路面溫度調控的作用，結論如下：

1）夏季高溫時，DTC自調溫相變技術道路相較普通路面溫度低3～7℃，有明顯的路面降溫效果。

2）冬季低溫時，DTC自調溫相變技術道路相較普通路面溫度高1.5～4℃，有提高路面溫度效果。

3）高速路的溫控作用較二級路明顯，表明路面調溫效果可能與路面結構有關。

4）冬季全時段路段溫度監測發現，DTC自調溫相變技術道路相較普通路面溫度整體高1～5℃，且在當日氣溫最高時段路面溫差最大，在6℃時為溫差最小的時間點，這可能與DTC相變材料的相變點有關。