耿 巍，程恒通

（南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 211188）

瀝青路面是國內(nèi)道路工程的主要路面形式，具有施工工藝成熟、燃油經(jīng)濟(jì)性好、行車舒適度高、易于維修養(yǎng)護(hù)等顯著特點(diǎn)[1]。由于瀝青材料的路用性能受溫度影響較大，低溫環(huán)境下易造成瀝青材料脆化、裂縫，導(dǎo)致路面材料損失和抗滑能力下降等突出問題，高溫環(huán)境下易造成瀝青材料抗剪性能下降，導(dǎo)致泛油、擁包、車轍等病害出現(xiàn)，嚴(yán)重制約了瀝青路面的使用性能和道路服務(wù)水平，甚至影響到通行車輛的安全運(yùn)行。同時(shí)，由于黑色路面的吸熱性能，也進(jìn)一步加劇了城市“熱島效應(yīng)”的惡化[2]。近年來，相關(guān)研究人員展開了大量的試驗(yàn)研究工作，通過表面反射涂層反射熱量、低熱導(dǎo)系數(shù)材料阻隔熱傳導(dǎo)、相變材料儲(chǔ)存熱量等方式改善瀝青路面的溫度性能，其中瀝青路面相變控溫技術(shù)由于其良好的控溫、調(diào)溫效果，得到了廣泛的關(guān)注和研究[3-4]。本文綜述了近年來瀝青路面相變控溫技術(shù)的最新研究進(jìn)展，分析比較了各類相變控溫技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了下一步的研究方向。

1 相變材料

1.1 相變?cè)?/h3>

相變材料（PCM，Phase Change Material）是指材料的相態(tài)隨環(huán)境條件變化而發(fā)生轉(zhuǎn)變的材料，目前研究應(yīng)用主要集中于隨環(huán)境溫度變化而發(fā)生變化的材料，其轉(zhuǎn)變方式包括固態(tài)-固態(tài)、固態(tài)-液態(tài)、固態(tài)-氣態(tài)、液態(tài)-氣態(tài)之間的相態(tài)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換的條件是環(huán)境溫度的升高或降低，同時(shí)伴隨著能量的吸收與釋放。發(fā)生相變現(xiàn)象的觸發(fā)溫度被稱為相變溫度，相變過程中的能量被稱為相變潛熱。

1.2 分類

相變材料按照其化學(xué)組成主要可分為有機(jī)類、無機(jī)類、多元復(fù)合類三類[5]，其中多元復(fù)合類是指由兩種或多種有機(jī)、無機(jī)材料通過特殊工藝加工而成的具有復(fù)合化學(xué)性質(zhì)的材料。有機(jī)和無機(jī)材料的常用類型和主要優(yōu)缺點(diǎn)詳見表1[6]。

表1 有機(jī)和無機(jī)類相變材料的優(yōu)缺點(diǎn)

相變材料按照相變發(fā)生的溫度高低，以100℃、250℃為界可以分為高溫相變材料（相變溫度>250℃）、中溫相變材料（100℃<相變溫度<250℃）和低溫相變材料（相變溫度<100℃）[7]。

2 相變控溫技術(shù)研究現(xiàn)狀

2.1 有機(jī)相變材料“直摻”技術(shù)

有機(jī)相變材料“直摻”技術(shù)是指在瀝青或?yàn)r青混合料中通過強(qiáng)制攪拌分散的方式直接摻入有機(jī)相變材料，從而改良瀝青感溫性能或改善瀝青混合料溫度特性，從而達(dá)到調(diào)節(jié)瀝青路面高、低溫性能的控溫技術(shù)。

胡曙光等研究了常用相變有機(jī)材料聚乙二醇在基質(zhì)瀝青中摻入5%～30%的不同量后瀝青和瀝青混合料的性能變化，發(fā)現(xiàn)直接摻入量的增加對(duì)瀝青三大指標(biāo)均有直接影響，特別是黏度增大和延度減小較為明顯，最終形成的瀝青混合料溫度敏感性有所改善，但軟化點(diǎn)溫度時(shí)的抗車轍性能有所下降[8]。雷寶財(cái)?shù)妊芯堪l(fā)現(xiàn)取代比例為5.1%的瀝青混合料溫度病害有所減少，但高溫穩(wěn)定性起伏較大，控溫效果有待提升[9]。萬路通過對(duì)兩種類別（PCM-45、PCM-50）、相變材料三個(gè)摻入量（3%、5%、7%）的瀝青膠漿開展溫度敏感性和流變性能的實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)溫度對(duì)瀝青膠漿的流變性能影響較大，溫度越低，模量越大[10]。朱玉風(fēng)通過大量實(shí)驗(yàn)研究了摻量為5%、10%、15%、20%的聚乙二醇4000（PEG4000）直接摻入SBS瀝青后的控溫效果，當(dāng)環(huán)境溫度在40℃左右時(shí)，瀝青路面降溫幅度在2～3℃[11]。

直接在基瀝青中摻入不同類別、不同比例的相變材料，操作工藝簡單、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)易于控制，能在一定程度上降低瀝青路面的自身溫度，有一定的控溫效果，但瀝青混合料的技術(shù)性能均有不同程度的下降，這主要是由于相變材料吸收熱量后變?yōu)橛坞x液體，改變了原有的穩(wěn)定力學(xué)結(jié)構(gòu)，是制約直摻法控溫技術(shù)轉(zhuǎn)為實(shí)際路用的關(guān)鍵問題。

2.2 復(fù)合定形控溫技術(shù)

復(fù)合定形控溫技術(shù)主要是通過多孔吸附、溶膠凝膠、熔融共混等方法將大容量的固-液相變材料分散固定在一定的載體基質(zhì)上，減少相變材料泄露概率，提高相變?yōu)r青混合料的高溫穩(wěn)定性[12]。

譚憶秋等研究了硅藻土粉末狀復(fù)合相變材料、陶砂粒狀復(fù)合相變材料的室內(nèi)、室外模擬實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng)復(fù)合相變材料摻入量為5%左右時(shí)，瀝青路面升溫延緩效果比較理想[13]。周琰等利用石墨和聚乙二醇不同比例加工形成的復(fù)合相變材料對(duì)SBS 瀝青進(jìn)行了改性實(shí)驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)隨著G/PEG 摻量的增大，有助于提升改性瀝青的降溫效果，但三大指標(biāo)參數(shù)均有明顯下降[14]。譚海勤對(duì)聚乙二醇和硅溶膠進(jìn)行了復(fù)合定形的配比及瀝青混合料摻入量的實(shí)驗(yàn)研究，得到了聚乙二醇與硅溶膠比例為5∶10、瀝青混合料中摻量為3%的優(yōu)選方案，該方案控溫效果良好，主要路用性能能滿足路用規(guī)范要求[15]。王瑞馨采用固液石蠟、聚乙二醇2000 與珍珠巖、陶粒進(jìn)行復(fù)合加工形成了復(fù)合定形相變材料，通過對(duì)不同配比材料的性能實(shí)驗(yàn)確定了聚乙二醇2000 和固液石蠟1∶1 配比下的復(fù)合定形材料試驗(yàn)性能最佳[6]。許子龍通過實(shí)驗(yàn)分析了PEG/SiO2、PEG/EG/SiO2兩類復(fù)合定形材料的儲(chǔ)熱性能、導(dǎo)熱性能和感溫性能，其實(shí)際降溫幅度在2～3℃范圍，表現(xiàn)出了良好的控溫和路面高溫病害抑制作用[12]。白鋼以聚氨酯泡沫、環(huán)氧樹脂、粉煤灰等不同的定形載體對(duì)不同熔點(diǎn)的石蠟進(jìn)行了定形復(fù)合研究，初步解決了相變材料穩(wěn)定性差的問題[16]。

復(fù)合定形控溫技術(shù)既能儲(chǔ)熱降低路面溫度，也可以放熱防止路面結(jié)冰，實(shí)驗(yàn)效果較好，問題主要集中在高溫穩(wěn)定性不夠理想，馬歇爾試驗(yàn)數(shù)據(jù)下降明顯，長期的路用實(shí)效有待驗(yàn)證。

2.3 微膠囊控溫技術(shù)

微膠囊控溫技術(shù)是一種特殊的復(fù)合定形控溫技術(shù)，特殊在通過高分子聚合技術(shù)對(duì)相變材料進(jìn)行微米級(jí)別的包裹封閉，形成一種含有相變材料的微小粒子，直徑一般為1～1 000 μm[17-18]?？梢杂行Х乐瓜嘧儾牧衔鼰嵋夯缶奂斐傻臑r青混合料路用性能下降，延長相變材料的功能發(fā)揮時(shí)間，從而減少相變控溫瀝青路面的高溫病害發(fā)生[19-20]。

尚建麗等以石蠟為芯材，通過界面聚合法對(duì)單層膠囊壁和雙層膠囊壁進(jìn)行了研究，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)雙層壁材的微膠囊的反應(yīng)更為充分、穩(wěn)定性高于單層膠囊[21]。任君平采用ANSYS 建立了瀝青路面的有限元模型，對(duì)采用微膠囊和沒有微膠囊的瀝青路面內(nèi)部溫度場情況進(jìn)行了比較分析，采用微膠囊控溫的瀝青路面內(nèi)部主要溫度點(diǎn)的溫度變化規(guī)律與外界溫度大體相同，但明顯滯后于環(huán)境溫度的變化，白天與夜間呈現(xiàn)相反的特征，室外與室內(nèi)的情況有一定差異[22]。王小慶等對(duì)摻與未摻相變微膠囊的瀝青混合料開展了室外溫度響應(yīng)情況研究，發(fā)現(xiàn)瀝青混合料各位置的溫度響應(yīng)顯著滯后于環(huán)境溫度，且隨混合料深度的增加而增加。外界環(huán)境溫度處于4.54～26.64℃和-31.65～2.16℃兩個(gè)溫度區(qū)間時(shí)，溫差滯后現(xiàn)象越明顯，驗(yàn)證了微膠囊控溫技術(shù)的有效性[23]。周澤洪等研究了微膠囊摻入量從2%～12%每增加2%的自愈性能和路用性能的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)當(dāng)摻入量超過8%后自愈性能明顯下降。瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度在0～4%時(shí)變化不明顯，4%以上開始明顯下降，6%以上開始急劇下降[24]。

微膠囊控溫技術(shù)突破了直接摻入相變材料的材料性能制約，路用性能特別是高溫穩(wěn)定性有了大幅提升，制備工藝還不夠成熟，路面施工造成的個(gè)別泄露問題仍未較好解決。

3 結(jié)論

（1）不同相變材料的不同摻入量對(duì)瀝青各主要指標(biāo)的性能影響差異較大，需要開展更全面的實(shí)驗(yàn)研究，總結(jié)出性能差異的深層次原因和變化規(guī)律，從而進(jìn)一步優(yōu)化相變材料的摻入量。

（2）相變材料在瀝青混合料中的微觀存在形式和性能特征還不明確，有待進(jìn)一步研究探索。

（3）相變?yōu)r青混合料路面的性能與傳統(tǒng)瀝青路面材料有一定差異，如何開展有效的結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)，在保證路面結(jié)構(gòu)整體性能穩(wěn)定的基礎(chǔ)上進(jìn)一步加大相變?yōu)r青混合料的實(shí)際應(yīng)用范圍。

（4）各類控溫技術(shù)的制備加工工藝還有待完善，室內(nèi)試驗(yàn)的可靠性還有待在試驗(yàn)路段進(jìn)行全面檢驗(yàn)。