復(fù)合相變儲熱瀝青路面材料研制及降溫機(jī)理.pdf

1、瀝青路面在高溫氣候條件下易產(chǎn)生車轍、推移等熱穩(wěn)性病害，同時高溫瀝青路面釋放的有機(jī)揮發(fā)物和大量熱量，既污染環(huán)境又加劇了城市熱島效應(yīng)。本文依托國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51178491)，基于相變儲熱理論，研制出一種適用于瀝青路面的復(fù)合定形相變材料，將其替代細(xì)集料應(yīng)用于熱拌瀝青混合料中，形成具有相變儲熱功能的瀝青路面材料，在高溫季節(jié)，主動降低瀝青路面溫度。
　　首先，結(jié)合相變儲熱材料選擇依據(jù)和瀝青路面工程用材料技術(shù)要求，分析了瀝青路面用相

2、變儲熱材料應(yīng)具備的技術(shù)性能;對常低溫固-液相變儲熱材料的結(jié)構(gòu)與性能進(jìn)行表征，優(yōu)選出相變溫度適宜、相變潛熱高，熱穩(wěn)定性和相變循環(huán)穩(wěn)定性好、結(jié)晶性能和化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)的聚乙二醇(PEG)作為相變儲熱材料。采用步冷曲線法和DSC（差示掃描量熱儀）測試PEG二元相變體系的相變行為，其相變溫度分布在一定溫度區(qū)間內(nèi)，并具有可調(diào)性，可以適應(yīng)對溫度有不同需求的實(shí)際應(yīng)用。將PEG直接摻加到瀝青及瀝青混合料中，探討了PEG對瀝青及其混合料技術(shù)性能的影響。PEG

3、的摻入可降低瀝青及瀝青混合料的溫度敏感性，當(dāng)PEG2000摻量為20％的直摻相變?yōu)r青可降溫10℃左右，混合料中PEG2000有效摻量為0.6％、0.8％時，可分別實(shí)現(xiàn)1.3℃、1.4℃降溫幅度。此外，PEG2000與瀝青的作用僅為物理作用，但PEG2000摻量直接影響直摻相變?yōu)r青、直摻瀝青混合料技術(shù)性能，使PEG2000的摻量受限，從而也制約了降溫的幅度。
　　其次，采用反離子（氯化鈣）促凝法和溫度促凝法制備PEG/SiO2復(fù)合定

4、形相變材料，對比分析兩種促凝方法對復(fù)合定形相變材料儲熱性能的影響，結(jié)果表明，反離子（氯化鈣）促凝法中由于Ca2+與聚乙二醇通過化學(xué)鍵形成配位化合物，使部分聚乙二醇分子鏈段喪失相變儲熱功能，相變潛熱損失大，故采用溫度促凝法制備復(fù)合定形相變材料;并運(yùn)用DSC、XRD（X射線衍射）、FT-IR（紅外光譜）、TG（熱重分析）、POM（偏光顯微鏡）及SEM（掃描電子顯微鏡）等分析手段，對復(fù)合定形相變材料的儲熱性能、儲/放熱效率、熱物性、熱穩(wěn)定性、

5、相變循環(huán)穩(wěn)定性、結(jié)晶性能和相變行為、表面形貌進(jìn)行測試與表征，分析PEG不同分子量與不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)對復(fù)合定形相變材料性能的影響。溫度促凝法制備的不同分子量PEG/SiO2復(fù)合定形相變材料相變開始溫度為39.5℃～49.4℃，熔融焓、結(jié)晶焓分別為98.1J/g～108.1J/g，95.2J/g～108.9J/g，隨著分子量的增大，相變起始溫度升高，相變潛熱先增后平緩;30％～80％PEG/SiO2復(fù)合定形相變材料相變起始溫度為37.0℃～39

6、.8℃，熔融焓、結(jié)晶焓為27.0J/g～118.3J/g，27.2J/g～118.2J/g，隨著PEG2000質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，相變起始溫度升高，相變潛熱增大;復(fù)合定形相變材料具有良好的熱穩(wěn)定性和相變循環(huán)穩(wěn)定性，儲/放熱效率高，30％～70％PEG/SiO2復(fù)合定形相變材料定形效果好，形成了以PEG為核，SiO2凝膠為載體骨架的復(fù)合結(jié)構(gòu)。
　　然后，將PEG/SiO2復(fù)合定形相變材料研磨成粒徑小于0.6mm的相變顆粒加入到瀝青中，討

7、論了相變顆粒對瀝青的基本性能、動態(tài)流變性能、降溫性能的影響，結(jié)果表明，相變顆粒作用機(jī)制類似于無機(jī)粒子，相變顆粒的摻入提高了瀝青膠漿的高溫性能;有效降低了瀝青試樣的溫度，相變顆粒摻量為5％～20％時，最大降溫幅度達(dá)3.6℃～7.9℃。瀝青定形相變材料具有良好的儲熱性能與熱穩(wěn)定性，PEG/SiO2相變顆粒與瀝青僅為物理吸附作用，化學(xué)兼容性和結(jié)晶性能良好。
　　最后，將相變顆粒以等體積替代法替代部分細(xì)集料應(yīng)用于熱拌瀝青混合料中，采用室外

8、室內(nèi)兩種降溫測試方法評價其降溫性能，復(fù)合相變儲熱瀝青混合料降溫幅度與相變顆粒摻量相關(guān)，當(dāng)相變顆粒替代量為5％時，相變儲熱瀝青混合料最大降溫幅度達(dá)5℃以上，級配類型影響不大;室內(nèi)加速熱循環(huán)試驗(yàn)表明，復(fù)合相變儲熱瀝青混合料相變循環(huán)穩(wěn)定性良好;通過不同聚乙二醇分子量的復(fù)合定形相變顆粒共混，還可獲得不同溫度區(qū)間的錯位相變儲熱，削弱峰溫。相變顆粒替代量對混合料路用性能有一定的影響，隨著替代量的增加，在等效溫度下，動穩(wěn)定度提高，其變化率為2.9％～