王斌

摘要：瀝青作為一種黑色材料，具有很強(qiáng)的吸熱能力，特別是在夏季會引起路面高溫。隨著全球氣候變暖和瀝青路面的廣泛應(yīng)用，路面高溫問題將更加嚴(yán)重。文章分析了路面高溫對道路耐久性、交通安全和生態(tài)環(huán)境的影響，綜述了國內(nèi)外降低路面溫度的技術(shù)方法，并基于相變材料（PCMs）及其溫控原理，提出了一種利用相變材料制備仿生瀝青混凝土，降低路面溫度的新方法。

關(guān)鍵詞：瀝青路面;高溫車轍;交通安全;相變材料

中圖分類號：U416.217 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2020.11.030

文章編號：1673—4874（2020）11-0111—03

0引言

瀝青路面是運(yùn)輸系統(tǒng)的組成部分，作為一種黑色材料，瀝青具有很強(qiáng)的吸熱能力，容易引起路面高溫，尤其是在夏季。溫度是影響瀝青路面使用性能和使用壽命的重要因素。例如，路面高溫使瀝青軟化，重型車輛因塑性變形而產(chǎn)生車轍的風(fēng)險(xiǎn)很大，從而降低路面平整度，進(jìn)而影響交通安全。同時，路面的高溫會增加城市熱島效應(yīng)，隨著全球氣候變暖，路面高溫問題將更加嚴(yán)重，因此，控制瀝青路面的溫度至關(guān)重要。

1瀝青路面高溫危害

由太陽輻射和汽車尾氣排放引起的路面高溫是不可避免的。通常，路面溫度遠(yuǎn)高于周圍空氣溫度，有時可能達(dá)到70℃或更高。瀝青既是一種吸熱材料，其吸熱率為0.80～O.95，也是一種隔熱材料，吸熱容易，降溫慢。根據(jù)調(diào)查，瀝青路面的表面溫度比氣溫高24℃。近年來，隨著全球氣候變暖，氣溫普遍上升，我國大部分地區(qū)出現(xiàn)了持續(xù)時間較長的高溫天氣。例如，圖1顯示了某研究區(qū)近20年來的夏季氣溫變化。

1.1高溫對道路耐久性的影響

溫度是影響瀝青混凝土性能的重要因素。圖2顯示了溫度對瀝青結(jié)合料（AH-70）復(fù)合模量的影響。由圖2可知，瀝青結(jié)合料的復(fù)合模量隨溫度的升高而降低。事實(shí)上，隨著溫度的升高，瀝青混凝土的穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度急劇下降。溫度越高，瀝青混凝土的剛度模量和抗車轍性能越低。在連續(xù)高溫作用下，由于瀝青的軟化、體積膨脹和老化，瀝青路面已暴露出較大的病害。高溫車轍是瀝青路面最嚴(yán)重的病害之一，主要發(fā)生在夏季。根據(jù)調(diào)查，當(dāng)氣溫低于30℃，即路面表面溫度低于55℃時，不會發(fā)生車轍或車轍限制在幾毫米以內(nèi)。然而，當(dāng)氣溫高于38℃時，車轍會迅速增加，當(dāng)氣溫持續(xù)高于40℃時，幾天內(nèi)就會產(chǎn)生嚴(yán)重的車轍。

1.2高溫對交通安全的影響

車轍是由路面高溫引起的，嚴(yán)重影響路面的使用性能和使用壽命。它降低了道路的平整度，降低了行車的舒適性，使車輛易在超車或變道時失控，影響了車輛的操縱穩(wěn)定性。雨水或低溫天氣時，車轍中的水和冰會降低道路的抗滑性能，從而影響交通安全，誘發(fā)交通事故。

據(jù)說路面高溫是導(dǎo)致爆胎和車輛自燃的原因之一，特別是當(dāng)路面溫度達(dá)到40℃時。此外，夏季炎熱的路面也可能造成行人燙傷，尤其是老人和兒童。例如，在僅僅六年的時間里，美國就有24例二級燙傷行人事故發(fā)生。此外，路面高溫還影響著駕駛員的身心和精神狀態(tài)，增加了駕駛員對路面狀況產(chǎn)生錯覺造成的交通事故。例如，由于瀝青結(jié)合料的軟化和體積膨脹所引起的氧化和揮發(fā)作用，使瀝青路面暴露在強(qiáng)烈的陽光下，變得有光澤，似乎會發(fā)出“假光”。因此，我國許多省市的氣象部門和交通管理部門都加強(qiáng)了對路面溫度的監(jiān)測和預(yù)報(bào)。

1.3高溫對生態(tài)環(huán)境的影響

瀝青路面在高溫下會釋放出大量的有毒化合物，可能對生態(tài)環(huán)境造成破壞。據(jù)報(bào)道，瀝青的氧化和蒸發(fā)速度會隨溫度每增加10℃而增加近一倍。據(jù)有關(guān)資料顯示，63℃瀝青路面的長波輻射強(qiáng)度達(dá)到672w/m²，夏季太陽直接輻射強(qiáng)度在700～1000w/m²。隨著城市路網(wǎng)的發(fā)展，瀝青路面已成為影響城市熱島效應(yīng)的主要因素之一，夜間熱島效應(yīng)更為明顯。熱島效應(yīng)除了帶來工業(yè)減產(chǎn)、水電消耗增加的高溫天氣外，還導(dǎo)致冬季轉(zhuǎn)暖、颶風(fēng)、暴雨等異常天氣，影響居民的身心健康。醫(yī)學(xué)研究表明，當(dāng)氣溫高于28℃時，人們會感到不舒服;而氣溫超過34℃時，熱浪會引發(fā)一系列疾病。

2瀝青路面現(xiàn)有降溫技術(shù)

路面溫度可能受到環(huán)境因素（如太陽輻射、云、相對濕度、風(fēng)速和降雨量）和路面特征（如反照率、濕度和密度）的影響。除植樹改善道路通風(fēng)外，人為干預(yù)環(huán)境的可能性很小。目前，降低路面溫度的主要技術(shù)有以下幾個方面。

（1）噴水冷卻

在城市里，中午噴水可以沖洗道路，降低路面溫度，但效果不是很好。如果地表溫度過高，水一灑就變成霧，那么澆水只能起到“除塵”的作用。此外，處于潮濕狀態(tài)的瀝青路面容易產(chǎn)生更多車轍。

（2）冷鋪技術(shù)

冷鋪技術(shù)是美國環(huán)境保護(hù)署提出的改善城市熱島效應(yīng)的三大策略之一，它主要關(guān)注材料結(jié)構(gòu)（如多孔材料）和路面表面特性（如高反射率）。多孔透水瀝青路面的表面溫度可以通過路面空隙中水分的蒸發(fā)和滲透來降低，從而增加施工質(zhì)量的變異性、水損害和瀝青老化。其他提高路面反射率的方法，如使用淺色聚集體或太陽熱反射涂料，都會影響駕駛員的視力，高反射環(huán)境對人體健康也不利。更糟糕的是，高反光涂層可能會影響道路抗滑性能。

（3）集熱技術(shù)

由于瀝青路面具有良好的吸熱性能，在夏季可以通過太陽輻射加熱到70℃。同時日落后瀝青路面中的熱量仍然可以提供能量。因此，瀝青路面作為一種新型的可再生能源，近年來越來越受到人們的關(guān)注，它作為一種太陽能集熱器，既可以用于相鄰建筑物的采暖、降溫，又可以降低路面溫度。然而，路面換熱設(shè)備會引起大量的應(yīng)力集中，導(dǎo)致路面損壞。3PCMs在瀝青路面中的應(yīng)用

3.1路面PcMs溫度控制理論

與瀝青路面相比，綠色植物也吸收太陽能，但由于葉綠素的光合作用，其溫度不會升高。因此，含有葉綠素等成分的路面也會自我控制溫度。PCMs具有上述溫度控制功能，如圖3所示，熱能可以以潛熱的形式存儲，系統(tǒng)溫度可以保持相對恒定?；谏鲜鲈恚疚奶岢鲇肞CMs制備仿生瀝青混凝土。路面溫度隨著太陽能的吸收而升高，達(dá)到相變點(diǎn)后，由于相變過程開始發(fā)生，太陽能以潛熱的形式儲存，路面溫度基本保持不變（見圖4）。因此，采用F：～Ms的路面溫度比未采用PCMs的路面溫度低。

3.2PCMs瀝青路面關(guān)鍵技術(shù)

目前，POMS在瀝青路面上的應(yīng)用存在技術(shù)難點(diǎn)。第一個是材料成本，主要是由于目前PQvlS價格高，不能作為道路材料。但是，隨著PQVlS制備技術(shù)的發(fā)展，PCMs應(yīng)具有在道路工程中廣泛應(yīng)用的可能性。因此，我們必須重視以下關(guān)鍵技術(shù)。

3.2.1PCMs熔化溫度的選擇

這取決于瀝青路面的溫度控制要求，是選擇PQ'vlS的關(guān)鍵參數(shù)。理想的PCMS候選材料應(yīng)滿足聚變熱和熱導(dǎo)率高、比熱容高、體積變化小、無腐蝕性、無毒等一系列要求。瀝青混凝土是一種熱敏性材料，具有很強(qiáng)的地域性，應(yīng)根據(jù)天氣條件進(jìn)行選擇。根據(jù)不同地區(qū)的氣溫，提出我國瀝青路面氣候區(qū)劃。因此，如何根據(jù)已有成果確定瀝青路面的溫度控制范圍是關(guān)鍵。

3.2.2瀝青混凝土中PCMs的集成

大量研究表明，PCMs在基體材料中的相容性、穩(wěn)定性和耐久性是至關(guān)重要的。成型穩(wěn)定PCM（SSPOM）的發(fā)展為PCMs在瀝青混凝土中的集成化提供了技術(shù)支持。此外，還有要求如下：（1）要保證瀝青混凝土結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，必須使SSPCIvl與瀝青具有較好的粘結(jié)性;（2）SSPOM良好的化學(xué)穩(wěn)定性對于防止相變過程中液體的泄漏具有重要意義;（3）常規(guī)瀝青混凝土的生產(chǎn)一般要承受160℃～180℃的高溫，這對相變儲能和相變材料的溫控性能是一種熱沖擊，因此相變材料在瀝青混合料中的攪拌技術(shù)值得研究。

3.2.3PCMs瀝青路面的控溫效果和耐久性

瀝青混凝土的拌和工藝、潛熱、PCMs用量等都直接關(guān)系到路面溫度控制效果和道路工程性能耐久性，相變溫度控制功能應(yīng)在車輛與溫度負(fù)載的耦合作用下正常工作。對PCMs瀝青混凝土的高溫變形、抗疲勞和抗老化性能等耐久性有待進(jìn)一步研究。

4結(jié)語

隨著全球氣候變暖和黑色瀝青路面的廣泛應(yīng)用，路面高溫問題日益突出。路面高溫對道路的耐久性、交通安全和生態(tài)環(huán)境有著嚴(yán)重的影響。采取適當(dāng)措施降低路面溫度，對控制高溫車轍，改善居住環(huán)境和交通安全具有重要意義。本文提出了一種以相變材料為功能組分制備溫控瀝青混凝土的新方法。相較于現(xiàn)有的降低路面溫度的技術(shù)方法，相變溫控瀝青混凝土是一種仿生智能材料，還有許多研究有待開展。