抗凝冰相变沥青材料的研究

蒙柯江 成都市石室中学蜀都校区

抗凝冰相变沥青材料的研究

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在最近的几年，我国开始注重对于相变材料与沥青的结合应用。这种结合应用，多以研究相变材料对温度的一些相关调节，还有少部分是研究相变材料用于沥青路面的抗凝冰的作用。在这其中，应用于抗凝冰方向的应用技术，大多使用的是微胶囊封装技术，由于这项技术的成本过高，不能广泛使用。本文从相变材料在抗凝冰沥青中的适用性出发，分析了沥青路面工程用相变材料的技术要求，在此基础上具体研究了抗凝冰相变沥青材料。

抗凝冰 相变沥青材料 研究

相变材料，其本质是通过本身的相变过程汲取或放出热量来完成潜热储能工作的一种物质。相变材料在此过程中，把热量以潜热的方式保存在材料内部。同时，其还能够通过释放能量，来保持自身的温度恒定。相变材料仪器特殊的保温储热特质，在建筑领域、纺织领域、节能领域都有着广泛的应用前景。而把相变材料与沥青进行融合，同时利用相变材料对于其自身的温度平衡能力，这能够很好的利用相变沥青材料对周围环境有的自我调节的功能。目前，冬天路面积雪给人们带来了很多生活上的不便利，阻碍交通运输、影响路面行人安全等。而且目前融雪化冰的方法成本较高且效果并不显著，因此，我们希望通过把相变材料对温度的调节能力应用到抗凝冰沥青中，大大减缓降雪给人们生活带来的不便。

1 相变材料在抗凝冰沥青中应用的适用性

想要分析相变材料在抗凝冰沥青中的适用性，首先需要分析现今溶雪化冰的方法。

1.1 现今对于路面溶雪化冰的方法

在现今，对于冬季路面溶雪化冰的方法主要有三种形式，第一种是清除法，第二种是融化法，第三种是自应力破冰法。

清除法，是属于人工清除或机械清除的方法，这种方法存在着效率低、耗能高的特点。

熔化法，是属于对雪或冰进行化学消融、加热消融的方式，化学消融是对目标进行撒盐处理，这种在某种意义上对环境造成一定的破坏，而绿色环保型的融雪盐对于成本要求较高。而能够融冰的加热融化法，在使用中还存在着消耗高、维修费用高的问题，其主要采用的是导电沥青混合料、微波加热法等。

自应力破冰法主要是针对粗糙的路边或使用弹性比较强的橡胶路面，使用荷载的原理，达到清理冰面的目的，虽然这种方法十分有效，但还存在着工程难度大，对于比较厚的冰面难以消除的问题。

现今的路面溶雪化冰的各种手段多多少少都存在着一些问题，所以，加强沥青路面自身的抗凝冰性是现在最有效的手段之一，而对于相变材料的利用，是能够真正解决当今破冰融雪难的这一问题。

1.2 相变材料对于抗凝冰应用的优势

随着过去几年里对于相变材料的研究探索，其特点正好与抗凝冰沥青材料相符合。其特点在于能够在较小的温度区间内，通过其本身的物理形态发生转变，从而与周边发生冷热的互换，并且随着其本身的特质，能够向周围吸收或释放相应的能量，当发生能量的转换是，其产生了一个温度变化的现象。这种能量吸收或释放的现象，正是当前抗凝冰沥青材料的需要。

2 沥青路面工程对相变材料应用的技术要求

虽然现今存在的相变材料多种多样，但是能够适合当今沥青路面工程的却为数不多。在美国的一家公司，对于现今市场的两万多种相变材料进行测试，才发现只有百分之一的材料有实际使用的价值。

抗凝冰相变沥青材料，不但要能够应付普通路面工程的要求，更要适应交通荷载的反复作用，周围自然因素的影响。所以对于相变材料需要符合以下几个条件。

第一个条件是，要有符合条件的相变温度。即对于高温温度的调节，大约为30℃—55℃。对于低温温度的调节，大约为-5℃—5℃。

第二个条件是，要求相变材料要有相对较高的相变焓。

第三个条件是，在温度过高的情况下有较高的导热系数，相对的在温度过低的时候有良好放热效果。

第四个条件是，对于相变材料要有不错的相变循环的稳定性。以及在200℃左右不分解的热稳性能。

第五个条件，也是极为重要的，就是相变材料和沥青材料的混合，要有极好的化学兼容性，以保证材料都能够发挥其良好的物理性以及化学性。

3 抗凝冰相变沥青材料的研究

3.1 原材料的选择

在对相变材料的选择中，一定要保证其材料能够有相应的抗挥发性，能够与沥青的互溶性。而我们平时常见的相变有机材料很难符合当前的需要，所以对于原材料的选择我们可以考虑复合的相变材料。这种复合的相变材料我们可以选择正十二烷与正十四烷，并且我们还要考虑到相变沥青材料的流变性能与生产成本，还可以选择低密度的聚乙烯HDPE8006与环氧大豆油作为复合材料的改性剂。

3.2 材料研究仪器

在对于材料研究仪器的选择中，我们可以选择德国的STA449C型综合型热分析仪与美国的PE100型红外分析仪。

3.3 相变材料与沥青的结合

当前实际操作过程在沥青的调配中加入相变材料主要有两种手段，通常采取的是节约成本的直接添加的方法，从而考察相变材料在沥青掺入中所起到的作用，通过实验结果可以表明胶质所具有的可塑性与粘性是最好的，排在第二位的是芳香酚。

沥青是由多种复杂的碳氢化合物及其氧、硫、氮等非金属衍生物组成的混合物，沥青组分可以分为饱和酚、芳香酚、胶质和沥青质。相变材料混合物为有机直链烷烃，将相变材料掺入沥青之后，沥青组成成分与相变材料可能发生相互作用，若发生相互作用，则相变材料在沥青中不能发挥其相变作用，不能达到抗凝冰的目的，故采用红外光谱分析试验对相变沥青进行分析其是否发生了相互作用。

4 结论

综上所述，对于相变材料与沥青进行结合，而产生的抗凝冰型沥青非常有利于当前的道路使用。这可以在很大程度上减少路面冰层的产生，更能够减少因路面冰层导致的交通事故，这项技术的研究在利国利民的方面，能够展现非常大的作用。

[1]朱建勇,何兆益,林菲飞.抗凝冰相变沥青材料的研究[J].材料导报,2015,(S2):472-475.