關(guān)于瀝青道路相變調(diào)溫材料在道路設(shè)計施工中的應(yīng)用

朱明輝

中建華帆建筑設(shè)計院有限公司 河北 石家莊 050021

正文：

相變材料(PCM - Phase Change Material)是指隨環(huán)境溫度變化而改變物質(zhì)狀態(tài)并能提供潛熱的物質(zhì)。伴隨相變過程，相變材料將吸收或釋放大量的潛熱，其自身溫度相對穩(wěn)定。瀝青道路相變調(diào)溫材料近年來發(fā)展迅速，在部分地區(qū)陸續(xù)做了試驗(yàn)段，效果也相當(dāng)明顯。通過在瀝青路面上表面層添加相變材料，可以有效調(diào)節(jié)路面溫度，減少融雪劑的使用，延長路面壽命，綠色環(huán)保無污染，緩解城市熱島效應(yīng)，施工方便，越來越受到廣泛關(guān)注。

道路相變自調(diào)溫材料，主要是通過相態(tài)變化來實(shí)現(xiàn)儲存能量和釋放能量。從主動調(diào)控瀝青路面適用溫度這一創(chuàng)新角度出發(fā)，利用其相變特性，主動調(diào)控瀝青路面使用溫度的高低溫極值和變化幅度，提高瀝青路面環(huán)境適應(yīng)能力，達(dá)到平抑溫差的目的，提高瀝青路面對極端環(huán)境條件的適應(yīng)能力。在不同環(huán)境溫度下調(diào)控瀝青路面溫度，大大降低傳統(tǒng)瀝青路面對溫度的敏感性。實(shí)現(xiàn)了：夏季降低路面溫度，降低高溫軟化車轍破壞風(fēng)險；有效緩解城市熱島效應(yīng)的不利影響；冬季提升路面溫度，減少低溫開裂，避免冬季雪后結(jié)黑冰，有效防控交通安全隱患；安全環(huán)保，絕無鹽類融雪劑帶來的一系列危害，有效延長瀝青路面使用壽命。

瀝青混合料的配合比設(shè)計應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定，相變自調(diào)溫瀝青路面中道路調(diào)溫相變材料摻量，應(yīng)以瀝青混合料總質(zhì)量為基數(shù)，根據(jù)項目所在區(qū)域氣候條件確定，加入道路調(diào)溫相變材料不影響瀝青混合料常規(guī)配合比設(shè)計。河北省地處北方地區(qū)，對于相變調(diào)溫材料的應(yīng)用時間較長，試驗(yàn)段相對也較多。根據(jù)河北省地方標(biāo)準(zhǔn)《相變自調(diào)溫瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》DB13/T 2717-2018，道路調(diào)溫專用相變材料摻量的確定，應(yīng)符合下列原則：

1、以道路面層用瀝青混合料的總質(zhì)量為基數(shù)進(jìn)行計算；2、摻量范圍，不應(yīng)大于0.45%或小于0.30%。摻加比例宜以0.05%為梯度調(diào)整；3、根據(jù)項目所在地所處氣候區(qū)域、結(jié)合項目對路面調(diào)溫性能需求，參照摻量推薦值進(jìn)行確定，架空橋面部位以及冬嚴(yán)寒區(qū)，應(yīng)取上限值。通過黑龍江依七高速、張家口西外環(huán)路段、北京南池子大街路段等自調(diào)溫瀝青混合料試驗(yàn)路段進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)測，自調(diào)溫瀝青混合料路面各項技術(shù)指標(biāo)優(yōu)于普通瀝青混合料路面。道路自調(diào)溫相變材料的應(yīng)用對環(huán)境不會造成任何傷害，還可以提高道路融冰雪效果，最大程度減少冰凍層產(chǎn)生，確保了道路的暢通和安全性。同時減少了傳統(tǒng)材料對土壤、綠植和路面的污染損害，避免冬季低溫極端天氣裂縫產(chǎn)生，延長道路壽命。道路相變調(diào)溫材料從本質(zhì)上改善瀝青混合料性能，使自身能夠儲存能量，在不同溫度進(jìn)行相變調(diào)溫，智能調(diào)控瀝青路面溫度，避免一般瀝青混合料路面對溫度敏感性，克服受環(huán)境溫度影響, 易出現(xiàn)高溫車轍、低溫開裂等破壞現(xiàn)象，延長瀝青混合料的溫度疲勞壽命，提高其環(huán)境溫度適應(yīng)能力，提高道路使用壽命近一倍。提高瀝青路面對極端低溫、大溫差等適應(yīng)能力，進(jìn)行極端溫度“削峰填谷”，可以有效消除公路黑冰，提高冬季瀝青路面的行車安全性!

道路相變調(diào)溫材料主要在以下幾個方面比傳統(tǒng)瀝青材料存在優(yōu)勢：

1、道路使用壽命延長

道路相變調(diào)溫材料從本質(zhì)上改變?yōu)r青混合料性能，使瀝青在高溫時提高軟化點(diǎn)，更穩(wěn)定;低溫時降低脆化點(diǎn)，更具柔性。自調(diào)溫瀝青混合料的瀝青路面在降溫過程中溫度應(yīng)力減小約7%，有利于提高秋末冬初季節(jié)快速降溫過程中瀝青路面抵抗低溫收縮開裂的能力。道路相變調(diào)溫材料延長瀝青混合料的溫度疲勞壽命，有效的減小持續(xù)降溫條件下瀝青路面的溫度應(yīng)力，達(dá)到預(yù)防瀝青路面與溫度有關(guān)的病害，使瀝青路面抗低溫疲勞開裂能力明顯提高。

2、預(yù)防凍雨、冰凍層危害

在環(huán)境溫度低于8℃，大量釋放潛熱,是一般相變潛熱的20-30倍。在環(huán)境溫度劇變達(dá)到0至-15℃時，路面發(fā)生雨雪結(jié)冰層，一般瀝青混合料達(dá)到冰點(diǎn)，路面即形成冰凍層，造成道路癱瘓。自調(diào)溫瀝青混合料在環(huán)境溫度劇變達(dá)到-5℃至-15℃，路面溫度比一般路面溫度高近3-4℃，可以有效保證行車的安全性。當(dāng)環(huán)境溫度劇變時，道路產(chǎn)生黑冰，自調(diào)溫瀝青混合料利用太陽能，通過相變存儲熱量，削減路面溫度和環(huán)境溫度溫差值，從而消除黑冰的危害。

3、減少環(huán)境危害

道路相變調(diào)溫材料的應(yīng)用，能提高路面使用壽命，減少因路面結(jié)冰而出現(xiàn)的安全事故，綠色環(huán)保，避免傳統(tǒng)融雪材料對運(yùn)費(fèi)工具、橋梁、路面、環(huán)境等造成一定的損壞，不污染土地、植物、水質(zhì)、環(huán)境，使用安全可靠，性能穩(wěn)定，施工方便，適宜大規(guī)模推廣使用。

道路相變調(diào)溫材料的應(yīng)用目前還不廣泛，大部分還都是做的試驗(yàn)段，并沒有大面積推廣開來，只有部分省份在進(jìn)行推廣實(shí)施，使用經(jīng)驗(yàn)較少，缺少大面積長時間的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，造價相比傳統(tǒng)瀝青混凝土路面稍微貴一些。如果道路使用壽命延長和減少交通事故所形成的社會經(jīng)濟(jì)效益遠(yuǎn)大于高出普通瀝青混凝土路面的造價，這就足以使我們在以后的設(shè)計施工中多采用環(huán)保、高效的道路相變調(diào)溫材料，并使道路材料能不斷地發(fā)展，進(jìn)而改善我們現(xiàn)有道路的結(jié)構(gòu)性能，可以更好地滿足道路的安全性和耐用性。河北省使用道路相變調(diào)溫材料有了地方標(biāo)準(zhǔn)，對于省內(nèi)推廣和使用有很好的指導(dǎo)作用，對其他省份也有一定的借鑒作用。當(dāng)有較多的統(tǒng)計數(shù)據(jù)和建設(shè)案例的情況下可以向我國北方地區(qū)進(jìn)行普及推廣，促進(jìn)道路設(shè)施在國民經(jīng)濟(jì)中發(fā)展更好的作用。

道路相變調(diào)溫材料是在普通道路材料的基礎(chǔ)上通過添加相關(guān)材料來形成改變?yōu)r青混合料性能的新型道路材料，對外界環(huán)境無污染，為我們提供了一種改善道路行車安全的新途徑。隨著我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新的材料也會涌現(xiàn)出來，我們需要不斷積極探索，使我們的道路結(jié)構(gòu)更加堅固耐用，滿足人民群眾出行和交通安全的需要。