黃永飛 張鵬舉 康俊泰 洪偉

（1甘肅昶通公路養(yǎng)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(yǎng)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(qū)年最高氣溫可達34～45℃，而在1月甘南、祁連山地區(qū)最低氣溫為-33～-27℃[1]，極端的氣候環(huán)境和大溫差對西北地區(qū)公路基礎設施的建設與養(yǎng)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]?；诓牧夏茏孕姓{節(jié)和環(huán)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(fā)揮了良好的應用效果[7-10]。周雪艷研究發(fā)現(xiàn)，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(yōu)[11]。邊鑫開展了相變?yōu)r青混合料調溫效果試驗，發(fā)現(xiàn)摻加5% PEG相變材料的相變?yōu)r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(xiàn)，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(huán)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(xù)發(fā)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(xiàn)和規(guī)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(fā)生可逆的分子位移，結晶態(tài)與非結晶態(tài)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(wěn)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?，敿瘓F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(jiān)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(guī)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(fā)現(xiàn)，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(huán)境、天氣氣溫等有關。

圖1 夏季路面溫度監(jiān)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(fā)現(xiàn)，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(huán)境、天氣氣溫等有關。

圖2 冬季路面溫度監(jiān)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(jiān)測，當天氣溫-9～9℃。全天候溫度監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，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(jiān)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(xù)的溫度檢測與跟蹤，結果發(fā)現(xiàn)，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(jiān)測發(fā)現(xiàn)，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。