相變瀝青混合料與熱反射涂層協同作用對瀝青路面性能的影響

陸美榮，柴沖沖，韋 坤，陳 輝[.上海市建筑科學研究院有限公司， 上海 008；.上海城建日瀝特種瀝青有限公司， 上海 00040； .上海公路橋梁（集團）有限公司， 上海 004]

隨著我國公路事業的迅速發展，瀝青路面以行車舒適、平穩和噪聲低等水泥混凝土路面難以替代的優點被廣泛用于公路。瀝青是一種溫度敏感性的黏彈性材料，夏季瀝青路面溫度高達 60 ℃ 以上，極易產生車轍、擁包等熱穩性病害，嚴重影響了瀝青路面的路用性能[1-2]。

在瀝青基材料中添加相變材料，利用相變材料的自主溫控性能，降低瀝青混凝土的溫度敏感性，減少瀝青混凝土的車轍、擁包等高溫病害，能夠提高路面的服役壽命[3-8]。曹長斌等[9]人研究了相變材料聚乙二醇（PEG）對瀝青性質、相變瀝青混合料降溫性能和高溫穩定性的影響，研究結果表明：摻聚乙二醇的瀝青混合料在自然光照條件下能夠達到主動降溫的效果，當摻量為 20% 時，其高溫穩定性能滿足規范要求。林飛菲[10]采用十二烷-十四烷相變材料用于延緩瀝青路面凝冰時間，且摻量越大，路面凝冰效果越顯著。張怡雪[11]將熱反射涂料（HRCs）和復合相變材料 RT31/EG 搭配，將冷屋頂技術和潛熱儲熱技術相結合應用于墻體，研究表明：熱反射和儲熱之間必須要有一個隔熱層削弱相變材料導熱、增強其儲熱作用，才能將兩種材料作用最大化。

目前相變材料的研究成果主要集中在相變材料的遴選與制備及其在建筑材料與瀝青路面中的應用，缺乏相變瀝青混合料與熱反射涂層協同在瀝青路面中的應用。本研究將相變材料與熱反射涂層相結合，制備具有相變儲熱功能的瀝青路面材料，使其能在高溫環境下主動調節路面溫度。

1 試 驗

1.1 原材料

本研究的水泥材料采用 P·O42.5 硅酸鹽水泥。粗集料采用 10～15 mm 的玄武巖碎石，含泥量為 1.6%，針片狀含量 4.5%，壓碎指標 6.2%；細集料采用 0～3 mm 的石灰巖石屑，含泥量 1.0%，泥塊含量 0.5%，細度模數 2.5。礦粉干燥、潔凈且無團粒結塊。熱反射涂層購于上海某涂料公司。瀝青混合料為 SMA-13 瀝青混合料。

1.2 試驗方法

1.2.1 力學性能

對于瀝青混合料的水穩定性，采用 JTG E20—2011《公路工程瀝青與瀝青混合料試驗規程》中馬歇爾穩定度進行測試；高溫性能采用 JTG E20—2011 中的 T 0719—2011《瀝青混合料車轍試驗》，以 1 mm 車轍變形所需要行走的次數即為動穩定度來評價相變材料瀝青混合料的抗車轍能力；低溫抗裂性能通過 JTG E 20—2011 中的 T 0729—2000《凍融劈裂試驗》，加載速率為 50 mm/min，通過傳感器獲得瀝青混合料的劈裂強度及水平、垂直的變形。

1.2.2 相變性能

利用長 300 mm×寬 300 mm×厚 50 mm 的車轍板試件，板中央鉆孔埋入溫度傳感器，采用多通路溫度測試儀（ZJ1008）進行測溫，實時記錄溫度變化。

2 結果與討論

2.1 相變性能

通過外摻法將相變材料添加到瀝青混合料中，摻量（占瀝青混合料總質量的百分比）分別為 0.2%、0.3% 和0.4%，并在瀝青混合料表面涂覆熱反射涂層，將未添加相變材料及涂層的基質瀝青混合料作為空白對照組，對其溫升效果進行實時采集。圖1 為不同相變材料摻量下相變瀝青混合料與熱反射涂層協同的瀝青混合料降溫效果。

由圖1 可知，隨著相變材料摻量的增加，相變瀝青混合料的溫度呈先降低后升高的趨勢。當相變材料摻量為0.2% 和 0.3% 時，相變瀝青混合料的降溫效果相近，且相變瀝青混合料與熱反射涂層協同的試件溫度比基準瀝青混合料溫度降低 8.3 ℃；而當相變材料摻量增加到 0.4% 時，相變瀝青混合料與熱反射涂層協同的瀝青混合料試件的降溫效果減弱，相較于未摻相變材料的瀝青混合料試件溫度降低 7.2 ℃，這可能是由于相變材料摻量的增加，在高溫拌合過程中相變材料性能變差或導致部分相變材料泄露，降溫效果受一定的影響。因此，相變瀝青混合料中的相變材料摻量宜控制在 0.3% 以內。

為了進一步驗證相變瀝青混合料與熱反射涂層協同對瀝青混合料的降溫效果的影響，本研究采用單摻相變材料（摻量為 0.2%、0.3% 和 0.4%）對瀝青混合料的降溫效果進行測試，測試結果如圖2 所示。

圖2 不同相變材料摻量對相變瀝青混合料溫升效果的影響

由圖2 可知，隨著相變材料摻量的增加，相變瀝青混合料的溫度呈先降低后升高的趨勢，降溫效果的變化規律與相變瀝青混合料和熱反射涂層協同情況下一致。當相變材料摻量為 0.2% 和 0.3% 時，兩種摻量下的相變瀝青混合料的降溫效果相近，均比未摻相變材料的瀝青混合料溫度降低 4.5 ℃。與相變瀝青混合料與熱反射涂層協同的試件相比，采用單摻相變材料的方式用于瀝青混合料，其降溫效果較差。這是由于相變材料達到相變溫度時能夠儲存熱量，而采用相變瀝青混合料與熱反射涂層協同作用時，相變材料添加在瀝青混合料中，熱反射涂料涂覆在瀝青混合料外表面，能夠保證兩種材料在瀝青降溫路面中發揮更好的作用。

2.2 高溫穩定性

對未摻相變材料、相變瀝青混合料與熱反射涂層協同的相變瀝青混合料高溫穩定性進行車轍試驗，研究相變材料摻量對瀝青混合料高溫穩定性的影響，結果如圖3 所示。

圖3 相變瀝青混合料與熱反射涂層協同作用的瀝青混合料動穩定度

由圖3 可知，相變瀝青混合料與熱反射涂層協同下的動穩定度比基質瀝青混合料稍低，但仍能滿足當前規范要求。隨著相變材料摻量的增加，相變瀝青混合料與熱反射涂層協同下的穩定度逐漸減小，當摻量為 0.4% 時，其動穩定度明顯減小到 1 716 次/mm，同時車轍深度較大，車轍試驗后可以明顯看到試樣中央有較深的輪跡。這是由于該試驗中采用的相變材料是一種固-液相變材料，在其達到相變溫度時，由固態轉變成液態的過程，瀝青變軟，高溫穩定性會稍有下降，且隨著相變材料的增加，影響增加，因此必須嚴格控制相變材料的摻量。

2.3 低溫抗裂性

相變瀝青混合料與熱反射涂層協同作用的混合料低溫抗裂性能試驗數據如表1 所示。

表1 相變瀝青混合料與熱反射涂層協同作用的混合料低溫抗裂性能試驗數據

由表2 可知，隨著相變材料摻量的增加，瀝青混合料的凍融劈裂強度比降低，其規律與浸水馬歇爾試驗相同，但凍融劈裂試驗強度比仍能滿足標準JTG F 40—2004《公路瀝青路面施工技術規范》的要求值。

3 結 語

（1）將相變材料加入瀝青混合料中，利用相變材料的儲熱性能和自主調溫性能，可減少基質瀝青的溫度敏感性，相變瀝青混合料具有較好的儲熱性能。

（2）與單摻相變材料相比，采用相變瀝青混合料與熱反射涂層協同作用的瀝青路面降溫效果更優。當采用相變材料單摻的方式時，相變瀝青混合料的降溫溫差最大達4.5 ℃；當采用相變瀝青混合料與熱反射涂層協同作用時，制備的瀝青混合料的降溫溫差最大達 8.3 ℃。

（3）相變瀝青混合料與熱反射涂層協同作用下的瀝青路面的路用性能受相變材料摻量的影響。相變材料摻量的增加對瀝青混合料的高溫穩定性有不利影響，因此需要嚴格控制相變材料的摻量，宜控制在 0.3% 以內。