相變材料在道路工程中的應用前景分析

龍振英

摘 要：道路是連接各地的重要的交通通道，隨著我國經濟的快速發展，我國加大了對于公路的建設速度，每年都投入大量的人力、物力用以實現對于公路的建設。各種新技術和新材料不斷地應用于公路的建設過程中，在提高公路建設速度的同時確保公路的建設質量。相變材料是一種在航天、建筑以及節能等領域中應用較多也較為廣泛的一種材料。相變材料具有極強的潛熱儲能能力，相較于在上述領域中的應用，相變材料在道路工程中的應用相對較少。在相變材料的應用中應當積極加強對于相變材料應用技術的研究，從而使得相變材料能夠與道路工程中通過與瀝青混凝土或是水泥混凝土相配合，從而獲得良好的應用。

關鍵詞：相變材料；道路工程；瀝青混凝土；水泥混凝土

中圖分類號：TU528 文獻標識碼：A

當前，做好能源的合理開發利用成為全世界所面臨的一道難題。將所浪費的能源儲存起來加以利用是解決這一難題的重要途徑。相變技術是一種極為優良的技術。將所浪費的能源通過相變材料儲存起來將會使相變材料獲得良好的應用前景。相變材料是一種潛熱儲能材料，相關研究表明，單位體積的相變材料所具有的儲熱能力是同體積顯熱儲能材料的5～14倍。相變材料已經在建筑領域中得到了較為良好的應用。但是在道路工程領域中的應用還處于初始階段，鑒于相變材料在節約能源和改善工程結構內部溫度分布所發揮出的良好效果，相變材料將會在道路工程領域中發揮出良好的應用效果。

1.相變材料在道路工程領域中應用所需要的性質

相變材料只有具有良好的熱物理等性能才能在道路工程中發揮出良好的應用效果。一般來說，相變材料在道路工程的應用應當滿足以下性能：

（1）熱力性能。相變材料應當具有合適的相變溫度。在道路工程中應用相變材料時，其相變溫度應當滿足相應的應用需求以使得相變材料能夠通過相變作用從而有效的減少溫度對于道路工程的損壞。比如說，通過在道路工程的路面材料中添加一定的相變調溫劑，這些相變材料在道路工程路面溫度高出相變溫度時將會導致相變材料熔融相變，從而吸收周邊的熱量形成對于道路工程路面的保護。此外，在相變材料添加進瀝青混凝土料或是水泥混凝土材料中時，將會在一定程度上改變瀝青混合料或是水泥混凝土材料的組成，如加入的相變材料的量過大極易導致水泥混凝土或是瀝青混凝土混合料物理性能的降低。合理地加入相變材料將會在確保水泥混凝土或是瀝青混凝土獲得良好的力學性能的同時使得其獲得相應的吸收和釋放熱量的能力。從而降低所需相變材料的體積，降低相變材料對于原混合材料力學性能的影響。提高相變材料的比熱容將會使得相變材料在以顯熱形式吸熱放熱的過程中對混合料溫度獲得較強的調節能力。此外，在將相變材料應用到道路工程中時應當確保相變材料具有較強的導熱性能，使其能夠及時的對混合料的溫度進行調節，緩解溫度對于道路工程的損害。

（2）相變材料還應在物理性方面滿足相應的添加要求。相變材料應當具有較高的密度和較低的體積變化量，從而使得相變材料在相變的過程中保持一定的穩定，避免其對混合料造成影響。

（3）相變材料應用于道路工程施工中時還應當具有良好的化學穩定性及相容性，從而使得相變材料應用于道路工程時不易發生降解或是化學反應，確保道路工程的建設質量。

2.相變材料應用于道路工程施工所需的瀝青混合料中

在道路工程的施工中，瀝青混合料是其中極為重要的建筑材料，應用瀝青混合料所鋪筑的道路路面能夠形成良好的高等級路面結構。但是，瀝青混合料在應用的過程中容易因高溫和車輛載荷而導致路面產生車轍等的永久變形，從而影響道路的正常使用。因此，通過將相變材料在瀝青混合料中的應用將能夠使得瀝青混合料獲得較強的溫度抗性。提高瀝青混凝土路面的使用質量和使用壽命。近些年來，相關研究機構加大了相變材料在相關建材中的應用研究，通過利用相變材料的溫度調節特性，使其能夠有效地減少因溫升過快對瀝青混凝土路面所造成的損害。通過研究發現，聚乙二醇作為一種相變材料通過添加入瀝青混凝土中將能夠發揮出良好的性能。通過研究聚乙二醇對基質瀝青和AC-20瀝青混凝土基本性能和溫度敏感性的影響發現，聚乙二醇作為一種相變材料添加入瀝青混凝土中時其摻雜量越大則將會使瀝青的黏度產生較大的變化，同時降低瀝青混凝土的延度和溫敏性。尤其是隨著聚乙二醇摻雜量的不斷提高并超過30%時，加入其中的聚乙二醇相變材料會使得瀝青混凝土獲得良好的高溫穩定性。能夠有效地降低高溫對于瀝青混凝土路面的溫度損害。在將聚乙二醇與其他同類相變材料進行應用對比后發現，將聚乙二醇4000這一相變材料加入瀝青混凝土材料中能夠發揮出良好的應用效果。聚乙二醇與瀝青混合料的混合方式主要采用的是物理混合，完成添加后的聚乙二醇的瀝青混合料能夠與石灰質形成良好的粘附性，從而使得瀝青混合料能夠具有良好的儲熱性能。此外，根據相應的研究表明，在瀝青混凝土材料中加入一定的聚乙二醇相變材料將能夠確保其具有良好的調溫效果。此外，聚乙二醇在相容性方面性能也較好，加入聚乙二醇后的瀝青會使得瀝青的質地變軟。為做好聚乙二醇等相變材料在瀝青混凝土中的應用還需要對其進行更多的研究，以確保相變材料在瀝青混凝土路面的應用中發揮出良好的應用效果。

3.相變材料應用于道路工程施工所需的水泥混凝土中

水泥混凝土路面的強度高、穩定性強，因此這種建設方式在國內外道路路面中都有著廣泛的應用。水泥混凝土是一種塑性材料，因溫度升高而導致的水泥混凝土體積變化將會對水泥混凝土的應用產生極大的危害。因此，將水泥混凝土與相變材料相結合能夠極大地增強水泥混凝土的儲熱能力，從而有效增強水泥混凝土的強度和耐久性。但是在相變材料的應用過程中需要注意的是，水泥混凝土中摻雜入相變材料將會對水泥混凝土的力學性能產生極大的影響。比如說，水泥混凝土的抗壓和抗彎強度將會明顯地降低。因此，在相變材料摻入水泥混凝土的過程中需要注意選用合適的相變材料和摻入方式，在最大限度地發揮相變材料特性的同時確保水泥混凝土的穩定性。根據相關研究表明，在水泥混凝土中摻雜入的相變材料占比達到2%±1%時，能夠確保水泥混凝土具有良好的溫度抗性，但是，會在一定程度上降低水泥混凝土的耐久性，而通過改變所添加相變材料的純度能夠在一定程度上改善水泥混凝土在50℃下的耐久性。以PEG600相變材料為例，當選用一定的濃度將其添加入水泥混凝土中時，將會使水泥混凝土的水化熱放熱峰滯后和降低，而降低PEG600的濃度將影響水泥混凝土的導熱性。一些學者將硬脂酸丁酯作為相變材料，利用兩部法所制成的相變儲能水泥混凝土具有良好的相變儲能能力。除了上述相變材料外，針對大體積的水泥混凝土封裝填埋相變大膠囊的方式能夠有效地保持水化熱和水泥混凝土強度之間的平衡。

結語

新材料的發展應用將極大地推動道路工程的建設速率與建設質量。相變材料作為一種優質的材料能夠在降低道路工程材料溫升損害方面發揮出極為重要的作用。現今，相變材料在道路工程中的應用仍處于初始階段，應當通過加大研發投入力度，使得相變材料能夠在道路工程的應用中發揮出良好的應用效果。

參考文獻

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