DTC自調(diào)溫相變技術(shù)道路在實(shí)際應(yīng)用中的溫度調(diào)控評(píng)價(jià)

黃永飛 張鵬舉 康俊泰 洪偉

（1甘肅昶通公路養(yǎng)護(hù)科技有限公司，甘肅 蘭州 730030，2甘肅恒路交通勘察設(shè)計(jì)院有限公司，甘肅 蘭州 730030；3甘肅省高等級(jí)公路養(yǎng)護(hù)工程研究中心，甘肅 蘭州 730030）

0 前言

甘肅的地理位置特殊，地形條件復(fù)雜，在7～8月的河西地區(qū)年最高氣溫可達(dá)34～45℃，而在1月甘南、祁連山地區(qū)最低氣溫為-33～-27℃[1]，極端的氣候環(huán)境和大溫差對(duì)西北地區(qū)公路基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)與養(yǎng)護(hù)提出了更高的要求[2]。

相變材料又稱相變儲(chǔ)能材料，是一種利用相變過程中吸收或釋放的熱量進(jìn)行潛熱儲(chǔ)能的物質(zhì)[3]。基于材料能自行調(diào)節(jié)和環(huán)境溫度場(chǎng)能量交換的供求關(guān)系的特性，可減少溫度病害，在太陽(yáng)能、電子、紡織品、保溫建筑墻體等領(lǐng)域被廣為研究[4-6]。相變材料在瀝青混凝土路面中通過主動(dòng)調(diào)控瀝青混凝土路面溫度，發(fā)揮了良好的應(yīng)用效果[7-10]。周雪艷研究發(fā)現(xiàn)，100%十四烷的CSPCM瀝青混合料的調(diào)溫效果最明顯，在升降溫階段的調(diào)溫效果均為最優(yōu)[11]。邊鑫開展了相變?yōu)r青混合料調(diào)溫效果試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)摻加5% PEG相變材料的相變?yōu)r青混合料可降溫8～10℃[12]。加入相變調(diào)溫材料可降低溫度敏感性，延緩溫度峰值出現(xiàn)，并降低峰值溫度[13-14]。由于相變儲(chǔ)熱材料種類的多樣性，相變自調(diào)溫技術(shù)道路的可行性、耐久性和價(jià)值需進(jìn)一步研究和驗(yàn)證。

DTC相變自調(diào)溫材料瀝青路面利用DTC材料的相變特性，主動(dòng)調(diào)控瀝青路面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，顯著降低全壽命周期維護(hù)成本，對(duì)促進(jìn)公路和城市道路安全低碳綠色可持續(xù)發(fā)展有重要應(yīng)用價(jià)值[15]。該技術(shù)于2019年在甘肅公路工程中首次應(yīng)用。本文從夏季和冬季兩個(gè)時(shí)間段對(duì)甘肅鋪筑DTC自調(diào)溫道路開展相關(guān)溫度測(cè)試評(píng)價(jià)，對(duì)該技術(shù)的溫度調(diào)控表現(xiàn)和規(guī)律進(jìn)行分析和總結(jié)。

1 試驗(yàn)

1.1 項(xiàng)目概況

2019年首次在甘肅公路工程中應(yīng)用DTC自調(diào)溫相變技術(shù)，截至目前已在G30連霍高速、G312線、G309線、G22青蘭高速等七條國(guó)省干線鋪筑試驗(yàn)路段。路段信息及路面結(jié)構(gòu)見表1。

表1 路段信息及路面結(jié)構(gòu)

1.2 試驗(yàn)材料

北京秦天科技集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的DTC相變材料是一種固-固相變有機(jī)材料，利用自然能在晶格體中發(fā)生可逆的分子位移，結(jié)晶態(tài)與非結(jié)晶態(tài)的轉(zhuǎn)化過程伴隨著儲(chǔ)能和能量的釋放，潛熱值能達(dá)到70J/g。此外，DTC相變材料通過化學(xué)鏈嫁接與瀝青形成穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)構(gòu)，有效保證了該材料在道路工程上的可行性。按照J(rèn)T/T 1210.1-2018《公路瀝青混合料用融冰雪材料》進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，結(jié)果見表2。

表2 材料的測(cè)試結(jié)果

1.3 試驗(yàn)方法

本研究主要通過紅外熱成像儀對(duì)已鋪筑DTC自調(diào)溫相變技術(shù)路面的溫度，在垂直于距路表60～80cm處測(cè)量，為降低誤差，在每個(gè)路段分別測(cè)定8個(gè)點(diǎn)位，去除誤差大于平均值±2℃的數(shù)據(jù)值，溫度平均值為最終的路面溫度。溫度測(cè)量使用香港?，敿瘓F(tuán)的熱成像儀，型號(hào)ST-9550，儀器的參數(shù)見表3。

表3 熱成像儀儀器的參數(shù)

1.4 研究?jī)?nèi)容

1）DTC自調(diào)溫相變技術(shù)道路與普通路段路面溫度檢測(cè)對(duì)比。

2）全時(shí)段下監(jiān)測(cè)典型DTC自調(diào)溫相變技術(shù)道路與普通路段路面溫度變化曲線，觀測(cè)溫度變化規(guī)律。

2 結(jié)果與討論

2.1 夏季降低路面溫度

在8月對(duì)鋪筑的4條DTC自調(diào)溫相變技術(shù)道路進(jìn)行溫度檢測(cè)。整體來(lái)看，DTC自調(diào)溫相變技術(shù)道路相較普通路面溫度低3～7℃，有明顯的路面降溫效果。此外發(fā)現(xiàn)，DTC高速路的降溫效果最好，和普通路段的平均溫差達(dá)6.4℃，其次是國(guó)道干線，平均溫差為5.4℃，縣道的降溫效果最差，僅有2.3℃，這可能與路面結(jié)構(gòu)、車流速度、周圍環(huán)境、天氣氣溫等有關(guān)。

圖1 夏季路面溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果

2.2 冬季提高路面溫度

在1月對(duì)鋪筑的6條DTC自調(diào)溫相變技術(shù)道路進(jìn)行溫度檢測(cè)。整體來(lái)看，DTC自調(diào)溫相變技術(shù)道路相較普通路面溫度高1.5～4℃，有明顯的提高路面溫度效果。此外發(fā)現(xiàn)，DTC高速路的提溫效果最好，和普通路段的平均溫差約4℃，DTC國(guó)道干線和普通路段的平均溫差為2.3℃，這可能與路面結(jié)構(gòu)、車流速度、周圍環(huán)境、天氣氣溫等有關(guān)。

圖2 冬季路面溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果

2.3 全時(shí)段檢測(cè)

在1月對(duì)今年新鋪筑的G327線DTC自調(diào)溫相變技術(shù)路段和普通路段進(jìn)行全時(shí)段溫度監(jiān)測(cè)，當(dāng)天氣溫-9～9℃。全天候溫度監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，G327線DTC路面平均溫度均高于普通路段，溫差在1～5℃。18點(diǎn)至次日11點(diǎn)，路面溫度在零度以下，DTC路段溫度高于普通路段1～2℃；14點(diǎn)左右為當(dāng)日路面溫度最高點(diǎn)，DTC路段和普通路段在15點(diǎn)達(dá)到溫差最大點(diǎn)；DTC路段及普通路段在5～7℃的溫度曲線時(shí)會(huì)有交匯，可能與DTC材料的相變溫度及相變點(diǎn)有關(guān)。總體來(lái)說，DTC路面相較普通路段有明顯的提溫作用。

圖3 冬季全時(shí)段路面溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果

3 結(jié)論

針對(duì)甘肅鋪筑的多條DTC自調(diào)溫相變技術(shù)道路進(jìn)行持續(xù)的溫度檢測(cè)與跟蹤，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，DTC自調(diào)溫相變材料有路面溫度調(diào)控的作用，結(jié)論如下：

1）夏季高溫時(shí)，DTC自調(diào)溫相變技術(shù)道路相較普通路面溫度低3～7℃，有明顯的路面降溫效果。

2）冬季低溫時(shí)，DTC自調(diào)溫相變技術(shù)道路相較普通路面溫度高1.5～4℃，有提高路面溫度效果。

3）高速路的溫控作用較二級(jí)路明顯，表明路面調(diào)溫效果可能與路面結(jié)構(gòu)有關(guān)。

4）冬季全時(shí)段路段溫度監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，DTC自調(diào)溫相變技術(shù)道路相較普通路面溫度整體高1～5℃，且在當(dāng)日氣溫最高時(shí)段路面溫差最大，在6℃時(shí)為溫差最小的時(shí)間點(diǎn)，這可能與DTC相變材料的相變點(diǎn)有關(guān)。