相变材料在沥青路面降温应用中的研究

许子龙 高 颖 李晓旭 朱玉风 董素娴

（河北工程大学， 河北 邯郸 056107）

随着时代不断的进步，我国高速公路的建设进入了一个新的时期。各种先进的手段和材料都可以应用到公路的建设当中，我国的大部分公路路面都是由沥青路面组成，这种由沥青混凝土建设成的路面质量十分良好，可以保证道路运输的安全。但是这种路面非常容易受高温的影响，常常因为高温而对路面造成损坏，长期以来我们一直在寻找对沥青路面进行调温的有效手段，而相变材料在建筑工程领域应用方面逐渐成熟，相变材料掺入到沥青混凝土路面当中，可以有效地改善沥青路面的温度，延长沥青路面的使用寿命。但是在应用过程中还有着一些问题需要解决，所以对相变材料在沥青路面中的应用进行探讨，具有十分重要的现实意义。

1 相变材料概述

相变材料是指温度不变的情况下而改变物质相态，并且能够提供潜热的物质，是一种十分绿色环保的材料，另外，相变材料可以改变一定范围内物体的状态，相变材料分为固液相变和固固相变，例如，在固液相变当中，将温度加热到熔化温度时相变材料就会发生固液相变，在熔化过程中相变材料会吸收大量的热量并将其储存，当相变材料冷却后，所储存的热量就会在一定时间内散发到周围的环境当中，实现从液态到固态的逆转变。这种技术就可以应用到沥青路面当中，当路面温度过高时，掺入到沥青路面的相变材料就可以吸收并储存散发出的热量，当相变材料冷却后，再将所吸收的热量散发出去，这样就可以有效地调节沥青路面的温度，避免沥青路面由于受到高温的影响而被损害。相变材料的分类依据化学成分主要包括无机PCM、有机PCM 和复合PCM 三类。其中，无机类PCM 主要有结晶水合盐类、熔融盐类、金属或合金类等;有机类PCM 主要包括石蜡、聚醚和其他有机物;复合相变储热材料的应运而生，它既能有效克服单一的无机物或有机物相变储热材料存在的缺点，又可以改善相变材料的应用效果以及拓展其应用范围。因此，研制复合相变储热材料已成为储热材料领域的热门研究课题。但是复合相变材料也可能会带来相变潜热下降，或在长期的相变过程中容易性能下降等缺点。

2 相变材料应用存在的问题

2.1 相变材料储能问题

在将相变材料掺入到沥青路面当中，之前要经历过大量的实验，相变材料具有吸收并储存热量的功能，但是在沥青路面的应用当中要着重考虑以下三点内容。首先，由于相变材料的种类较多，而且每一个不同类别的相变材料所对应的相变温度都不相同，如果没有找到合适的相变材料掺入到沥青混合料当中，那么有可能出现相变温度与沥青混合料所要求的温度范围不适的现象，这样就有可能造成沥青所释放出来的热量达不到相变材料吸收热量的温度范围，这样相变材料就发挥不出任何的作用，而沥青路面还是会受到温度的影响而造成破坏。其次，相变材料吸收所释放出的热量要在一定的条件下进行储存，所以一定要有合适的盛装相变材料的容器以及包裹它的办法，这样就可以保证相变材料的质量不会受到影响，它的作用也可以得到完全的发挥。最后，要通过不断的实验来检测出所选用的相变材料适用的换热环境，如果相变材料没有一个良好的换热环境，那么相变材料就不可以有效地吸收热源所传出的热量。而在相变材料应用到沥青路面调温中主要的问题就是相变储能技术存在缺陷，由于相变材料应用历史较短，相变材料的耐久性问题还没有得到彻底的解决，在不断的相变过程中，相变材料可能无法持续的进行热量的吸收以及储存，会出现一些热物理特性退化等问题，这样会严重的影响相变材料的储能质量，也可能会对沥青路面造成一定的影响。

2.2 相变材料所带来的经济问题

相变材料在液相过程中一旦出现泄漏，就会对沥青路面造成严重的影响，就会带来极大的经济损失，而复合相变材料的造价又较高，应用到沥青路面的调温当中如果不能有效地解决储能问题就会带来更大的经济损耗。所以在相变材料应用到沥青路面调温当中，要保证单位体积内相变潜热较大，使相变材料的单位储能提高就可以更好地发挥相变材料的调温作用。

3 相变材料在沥青路面当中的应用

3.1 相变材料的选用

对于固液相变材料来说，相变材料掺入量的多少会对升温效果有着明显的影响，在相变材料不从载体基质中泄露的前提下，如果材料加入的越多，那么它的储存热量就越大，其所在沥青路面当中所起到的降温作用也就越大。另外，沥青路面由沥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沥青路面的质量，所以在相变材料的添加过程中一定要注意相变材料所加入的体积大小，如果相变材料体积较大就会占用过多的空间从而影响沥青路面的质量，通过一系列实验得出，在备选的相变材料当中，应该选用既可以有效的保证沥青混合料的质量又可以保证其温度在有效的控制范围内的相变材料。

3.2 相变材料对沥青混合料的影响

在相变材料应用到沥青混合料中的过程中，由于沥青混合料和相变材料的特征不一样，所以，混合在一起会出现不良的反应，所以需要选取合适的相变材料与沥青混合料进行搭配才可以达到预定的效果。复合相变材料会对沥青混合料高温稳定性造成一定的影响，由于受到温度的影响，沥青路面在受到高温后其热量会不断地提高，而复合相变材料会对矿料性质造成一些影响。在实验过程中应使用较为粗糙的材料，经过摩擦损耗所形成的混合料稳定性更强，如果采用表面较为光滑的材料进行混合材料的搅拌就很容易产生滑移。而且沥青的粘度越大其与集料的复合性就越好，相应的沥青混合料的抗高温能力就越强，所以在选用相变材料时要选取最佳的相变材料，从而提高相变沥青混合料的强度。

3.3 复合相变材料沥青混合料沥青最佳用量

在不加入复合相变材料时，沥青混合料所选用的比例应满足道路工程建设的要求，但是在加入复合相变材料后就要对沥青的用量做出相应的调整，对不同方法下所采用的量进行适当的调整，例如对于石墨包裹法，由于石墨本身具有多孔的结构可以吸附大量的沥青，所以就可以相对的减少沥青的用量；而对于水泥包裹法，其对沥青的吸附程度不强，很容易在浸水的条件下剥落，所以就要加大沥青量的投入从而保证它的稳定性提高。

4 结束语：

综上所述，在对相变材料在沥青路面降温的应用进行探究时，首先要了解相变材料的特征以及相变材料在这一工程应用中存在哪些缺陷，这样才可以根据现有的问题寻找突破点来解决这些问题；其次要通过不断的实验得出适合应用到沥青路面当中的相变材料以及所选取的掺量；最后在不同配比下选用沥青的用量，再通过复合相变材料的应用就可以有效的提高沥青路面的高温稳定性，从而更好地保护沥青路面的质量。