復合相變儲熱瀝青路面材料研制及降溫機理.pdf

1、瀝青路面在高溫氣候條件下易產生車轍、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。本文依托國家自然科學基金項目(51178491)，基于相變儲熱理論，研制出一種適用于瀝青路面的復合定形相變材料，將其替代細集料應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，結合相變儲熱材料選擇依據和瀝青路面工程用材料技術要求，分析了瀝青路面用相

2、變儲熱材料應具備的技術性能;對常低溫固-液相變儲熱材料的結構與性能進行表征，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、結晶性能和化學穩(wěn)定性強的聚乙二醇(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，并具有可調性，可以適應對溫度有不同需求的實際應用。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，可分別實現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復合定

4、形相變材料，對比分析兩種促凝方法對復合定形相變材料儲熱性能的影響，結果表明，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合定形相變材料;并運用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、結晶性能和相變行為、表面形貌進行測試與表征，分析PEG不同分子量與不同質量分數對復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復合定形相變材料相變開始溫度為39.5℃～49.4℃，熔融焓、結晶焓分別為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復合定形相變材料相變起始溫度為37.0℃～39

6、.8℃，熔融焓、結晶焓為27.0J/g～118.3J/g，27.2J/g～118.2J/g，隨著PEG2000質量分數的增加，相變起始溫度升高，相變潛熱增大;復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合結構。
　　然后，將PEG/SiO2復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，結果表明，相變顆粒作用機制類似于無機粒子，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，化學兼容性和結晶性能良好。
　　最后，將相變顆粒以等體積替代法替代部分細集料應用于熱拌瀝青混合料中，采用室外

8、室內兩種降溫測試方法評價其降溫性能，復合相變儲熱瀝青混合料降溫幅度與相變顆粒摻量相關，當相變顆粒替代量為5％時，相變儲熱瀝青混合料最大降溫幅度達5℃以上，級配類型影響不大;室內加速熱循環(huán)試驗表明，復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％～