石蜡复合相变材料改性沥青及其混合料性能分析

石蜡复合相变材料改性沥青及其混合料性能分析

李妍

吉林大学吉林省长春市130000

摘要：相变材料是指随温度变化而改变物质状态并能提供潜热的物质。转变物理性质的过程称为相变过程，这时相变材料将吸收或释放大量的潜热。

蜡类相变储能材料具备相变潜热高，不存在过冷及析出现象，熔化时蒸汽压力低，化学性能稳定，在反复吸收、放热后相变温度和相变潜热变化较小，无毒性和腐蚀性，成本低等优势，目前已成为相变储能方面使用材料的研究热点。

以石蜡相变材料为基体，疏松多孔的材料为吸附载体，结合相变材料基体和载体两种材料，利用相变材料温变特性和载体的稳定吸附性，将其添加到沥青混合料中，可主动调控沥青混凝土路面与混合料的使用温度，减轻沥青混凝土路面与温度相关的病害，提高沥青混凝土路面的使用性能。

关键词：相变材料；石蜡；温变特性；沥青混合料

引言：

沥青路面结构在自然环境和日益重型化的交通荷载作用的反复作用下，易出现病害冰雪天气对沥青路面造成的破坏尤为严重，雪天时可造成冻胀翻浆现象并加剧路面开裂，春融期时则表现出土基强度下降及水损害等病害。这些病害的发生导致路面的服务质量下降,养护维修任务加重、成本增高。

在我国现行的路面设计规范指导下,通过筑路材料来源和交通条件等进行合理的路面结构设计,并提出适宜的材料指标要求从而提沥青道路的抗冻性，增加道路经济效应，对于社会发展进程有重大意义。

相变材料在一定温度改变其物理状态。液化和凝固两种相变过程中，储存或释放能量的潜热温变特性。这种材料一旦在人类生活中被广泛应用，将成为节能环保的最佳绿色载体，具有非常广阔的应用前景。

石蜡类相变储能材料具备相变潜热高，目前已成为相变储能方面使用材料的研究热点。但其缺点是导热系数小，密度小，单位体积储热能力差等。为了克服单一的单石蜡相变材料存在的问题，复合石蜡相变材料已经成为研究的重点。

相变材料在公路交通领域尚处于探索研究阶段，具有相变潜热特性，可应用于主动调控沥青混凝土路面与混合料的使用温度，减轻沥青混凝土路面与温度相关的病害，提高沥青混凝土路面的使用性能，延长沥青混凝土路面使用寿命，同时可以减轻沥青混凝土路面的结霜结冰，提高抗滑性能和行车安全性，且减少道路融雪剂的使用，对于提高寒冷地区的路面结构质量,减少路面早期病害,延长路面的使用寿命,节省工程造价和养护维修费用具有重要的意义，减轻融雪剂的危害，有利于环境保护，具有广阔的应用前景。

本文对相变材料石蜡物理性能及结构性能进行分析，同时对复合相变材料温变特性及其对沥青路面性能的应用及改善进行分析与研究。

一：石蜡相变材料分析：

相变材料具有良好的保温储热性能，在建筑、装修、节能行业中应用广泛，在公路交通领域的应用尚处于探索研究阶段。国内外针对不同相变材料的自身特点，将不同类型的相变材料加入到不同材料中，将相变材料应用于沥青混合料路面的研究仍处于尝试阶段。

相变材料(PCM-PhaseChangeMaterial)具有在一定温度范围内改变其物理状态的能力。以固－液相变为例，在加热到熔化温度时，就产生从固态到液态的相变，熔化的过程中，相变材料吸收并储存大量的潜热；当相变材料冷却时，储存的热量在一定的温度范围内要散发到环境中去，进行从液态到固态的逆相变。在这两种相变过程中，所储存或释放的能量称为相变潜热。

相变材料可分为无机相变材料、有机相变材料以及混合相变材料三类。石蜡是精制石油的副产品，通常是从原油的蜡馏分中分离而得，需要经过常减压蒸馏、溶剂精制，溶剂脱蜡脱油、加氢精制等工艺才能从石油中提炼出来。石蜡主要由直链烷烃混合而成，其性质非常接近饱和碳氢化合物。

石蜡类相变储能材料属于固-液态转变，转变过程中要经历物理状态的变化。在相变过程中，石蜡要从环境中吸热（或放热），并把这些热量储存（或释放）起来。石蜡具有合适的相变温度及导热性能。当路面温度降低石蜡开始发生熔融相变，放出热量，延迟路面温度并缩短路面破坏温度的持续时间，进而提高路面结构的温度适应能力，降低路面的温度。

二：石蜡复合相变材料制备及实验

1.石蜡复合相变材料制备

以石蜡相变材料基体和吸附载体，通过真空吸附法结合，制备出最优比的石蜡复合相变材料将其按一定比例加入到沥青中和沥青混合料中，并同时保证沥青原本性能稳定不变，再研究以不同比例下加入石蜡复合相变材料的沥青基质及沥青混合料。选用BC-1型乳化沥青为冷拌混合料的胶凝材料，根据推荐的AC级配取值范围适当调整得到AC-13级配。将相变材料以外渗的方式加入到冷拌混合料中，通过做实验，分析研究石蜡相变材料对基质沥青及混合料在寒冷地区的抗冻性，稳定性及路用性能等性能。

三、复合相变材料对基质沥青性能研究实验

测定复合相变材料改性沥青的比热容，研究其路用性能，采用针入度法测定复合相变材料改性沥青稠度。沥青的低温性能与沥青路面的低温抗裂性有密切关系，通过软化点延度实验，测定复合相变材料改性沥青的低温延性，研究其塑性变形能力，通过薄膜烘箱加热试验，研究分析其耐久性。

四、沥青-石蜡/炉渣复合相变材料对沥青混合料性能的研究

通过马歇尔试验，对标准击实的试件在规定环境温度和加荷速度等条件下施压，研究复合材料对沥青混合料的高温性能；在用马歇尔试验进行配合比设计时，采用车辙试验对沥青混合料的抗车辙能力进行检验；对沥青混合料小梁试件跨中施加集中荷载至断裂破坏，由破坏时的跨中挠度计算沥青混合料的破坏弯拉应变，沥青混合料在低温下破坏弯拉应变越大，低温柔韧性越好，抗裂性越好；通过冻融劈裂试验测定沥青混合料试件在受到水损坏前后的劈裂破坏的强度比，从而检验沥青混合料的水稳定性。

5结论

沥青混合料车辙试验、低温弯曲试验、冻融劈裂试验等表明，其高温稳定性、低温稳定性、水稳定性等较好，石蜡复合相变材料改性沥青相比普通沥青路面的路用性能得到了相应的提高，在升温降温下，温度变化有一定控制，在沥青混合料中能起到较好的调温效果，减轻沥青混凝土路面与温度相关的病害，提高沥青混凝土路面的使用性能，

参考文献：

[1]张一博，朱洪洲，李菁若等.储热降温沥青路面用相变材料的选择.郑州大学报。

[2]华泽钊，刘道平，吴兆琳。蓄冷技术及其在空调工程中的应用.科学出版社。

[3]冒东奎.含相变材料的壁板的潜热蓄热试验.新能源

[4]刘成楼.相变储热材料在抗裂抹面砂浆中的应用研究.新型建筑材料.

[5]马骉，王晓曼，李超.相变材料在沥青混凝土路面中的应用前景分析.公路

[6]胡曙光，李潜，黄绍龙，等.相变材料聚乙二醇应用于沥青混合料可行性的研究.公路

[7]何丽红，李菁若，曹长斌，等.储热降温沥青路面用相变材料的选择.公路

作者简介：

李妍（1995-06-15），女，汉族，籍贯：新疆伊宁市，当前职务：吉林大学交通学院学生，学历：本科，研究方向：路桥

指导教师姓名：焦峪波，职称：副教授，吉林大学交通学院

其它参与者：刘秋云，范婧，黄璟琛，张盛泉