自動(dòng)控溫智能型瀝青路面及路面材料初步研究

焦華

（陜西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西西安 710000）

1 引言

瀝青路面是世界范圍內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的高等級(jí)路面結(jié)構(gòu)形式，但是瀝青混合料的感溫性使瀝青路面在高溫環(huán)境和車輛荷載作用下易發(fā)生車轍現(xiàn)象，在低溫條件下易發(fā)生收縮開裂等路面病害，最終影響到瀝青路面的服務(wù)功能以及使用壽命。為解決瀝青路面的此類病害，工程人員采取了各種各樣的技術(shù)手段來(lái)解決。例如，對(duì)瀝青進(jìn)行改性以降低其溫度敏感性從而提高材料性能，采用柔性基層以防止路面反射裂縫。目前這些措施均未徹底解決瀝青路面的此類病害問(wèn)題。隨著我國(guó)交通運(yùn)輸事業(yè)的快速發(fā)展，車輛的噸位越來(lái)越大，超載超限問(wèn)題嚴(yán)重造成新建公路不到設(shè)計(jì)年限就破壞嚴(yán)重。

2 相變材料的技術(shù)要求

相變材料是一種新型潛熱儲(chǔ)熱材料，目前常見的相變材料主要是固液相變材料。當(dāng)一種材料由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)或液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)時(shí)，內(nèi)部的熱能會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。在吸熱初期，這些固液相變材料和普通的顯熱儲(chǔ)熱材料相同，但在吸熱后期階段相變材料在吸熱或放熱的過(guò)程中其內(nèi)部溫度會(huì)基本保持恒定。這一特性使得相變材料具有其它材料不能勝任的特殊用途。目前國(guó)內(nèi)對(duì)于相變材料在建筑中的應(yīng)用研究較多，但在道路工程領(lǐng)域中的應(yīng)用研究還處于初期階段。

相變材料應(yīng)具有高密度和較小的體積變化率以及低蒸汽壓力，在相變過(guò)程中應(yīng)保持穩(wěn)定；還應(yīng)具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性能夠和瀝青混合料或水泥混凝土的各組成材料相容并具有良好的安全性及經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)然最重要的是熱力性能。

3 自動(dòng)控溫智能型瀝青道路路面及路面材料

基于相變材料理論，筆者所在課題組經(jīng)過(guò)多年實(shí)踐開發(fā)出自動(dòng)控溫智能型瀝青道路路面及路面材料，經(jīng)過(guò)數(shù)年的試用效果不錯(cuò)，于2010年成功申報(bào)國(guó)家專利。專利權(quán)人：韓耀斌，申請(qǐng)日：2010-09-17，發(fā)明（設(shè)計(jì)）人：韓耀斌、王彥芳，申請(qǐng)?zhí)枺?01010285917.2。

工作機(jī)理：

本發(fā)明的目的是提供一種高溫穩(wěn)定性好、低溫抗裂性強(qiáng)、水穩(wěn)定性、耐老化性能良好，維修周期及使用壽命較長(zhǎng)的自動(dòng)控溫智能型瀝青道路路面及路面材料。本發(fā)明的技術(shù)原理是在瀝青道路路面的基層之上鋪裝低導(dǎo)熱率瀝青混合料面層，在面層之上涂刷二氧化釩高分子聚合物涂層。二氧化釩（vanadium dioxide）是一種具有相變性質(zhì)的金屬氧化物相變溫度為68℃，相變前后結(jié)構(gòu)的變化會(huì)導(dǎo)致其產(chǎn)生對(duì)紅外光由透射向反射的可逆性轉(zhuǎn)變。研究者根據(jù)這一特性將其應(yīng)用于智能控溫薄膜領(lǐng)域。薄膜涂層在相變溫度以上能夠全波段反射紅外光，但是在相變溫度以下則能夠全波段透過(guò)紅外光，從而可以實(shí)現(xiàn)冷吸熱，熱反射的智能控溫功能。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）二氧化釩高分子聚合物涂層能夠根據(jù)環(huán)境溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)瀝青面層的本身溫度，使瀝青路面面層不受夏季高溫、冬季低溫的環(huán)境影響，始終保持在一個(gè)穩(wěn)定的溫度區(qū)間內(nèi)。

（2）低導(dǎo)熱率瀝青混合料面層采用的瀝青是納米粉體復(fù)合改性瀝青。通過(guò)采用納米太白粉或納米碳酸鈣粉、納米硅粉丁苯橡膠或熱塑性丁苯橡膠、低密度聚乙烯對(duì)瀝青進(jìn)行復(fù)合改性，瀝青的軟化點(diǎn)可以達(dá)到80℃以上，所以瀝青混合料面層的高溫穩(wěn)定性非常好。另外低導(dǎo)熱率瀝青混合料面層的導(dǎo)熱系數(shù)較低，夏季溫度升高時(shí)可以減少路面熱量的蓄積和傳遞，在冬季可以防止路面熱量損失。

（3）路面高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性等路用性能良好，維修周期及使用壽命比普通路面長(zhǎng)，顯著提高了路用經(jīng)濟(jì)效益。

（4）路面施工工藝簡(jiǎn)單。現(xiàn)有的瀝青路面筑路技術(shù)工程設(shè)備即可施工，可廣泛應(yīng)用城市道路路面與高等級(jí)公路路面。

4 結(jié)語(yǔ)

相變材料是道路工程領(lǐng)域中的新型材料，具有良好的應(yīng)用前景。目前，自動(dòng)控溫智能型瀝青道路路面的應(yīng)用尚處于初級(jí)階段，仍存在很多問(wèn)題有待解決。比如，本課題成果目前僅按照低等級(jí)公路的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了試驗(yàn)段應(yīng)用，如果用于大交通重軸載的高速公路效果如何尚不明確，二氧化釩高分子聚合物涂層是否會(huì)發(fā)生重壓破損滲漏現(xiàn)象也不明確。本成果是按照陜西關(guān)中地區(qū)的地理環(huán)境開發(fā)而成，本成果能否推廣到其他地區(qū)，如何進(jìn)行適應(yīng)性的調(diào)整，尚不明確。所有這些問(wèn)題有待于本課題組以及其他研究部門的后續(xù)研究。希望本課題組的初步成果能為促進(jìn)我國(guó)公路建設(shè)有所幫助，也為我國(guó)相變材料在公路中的應(yīng)用研究摸索經(jīng)驗(yàn)。

[1]李超．相變材料對(duì)瀝青混合料溫度與性能的影響研究[D]．西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2010.

[2]張 東，康 韡，李凱莉．復(fù)合相變材料研究進(jìn)展[J]．功能材料，2011，38（12）：63.

[3]張亮，晏華，余榮升，等．相變材料的研究進(jìn)展及其在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用綜述[J]．材料開發(fā)與應(yīng)用，2010，25（1）：69