自动控温智能型沥青路面及路面材料初步研究

焦华

（陕西交通职业技术学院 陕西西安 710000）

1 引言

沥青路面是世界范围内应用最为广泛的高等级路面结构形式，但是沥青混合料的感温性使沥青路面在高温环境和车辆荷载作用下易发生车辙现象，在低温条件下易发生收缩开裂等路面病害，最终影响到沥青路面的服务功能以及使用寿命。为解决沥青路面的此类病害，工程人员采取了各种各样的技术手段来解决。例如，对沥青进行改性以降低其温度敏感性从而提高材料性能，采用柔性基层以防止路面反射裂缝。目前这些措施均未彻底解决沥青路面的此类病害问题。随着我国交通运输事业的快速发展，车辆的吨位越来越大，超载超限问题严重造成新建公路不到设计年限就破坏严重。

2 相变材料的技术要求

相变材料是一种新型潜热储热材料，目前常见的相变材料主要是固液相变材料。当一种材料由固态变为液态或液态变为固态时，内部的热能会发生转移现象。在吸热初期，这些固液相变材料和普通的显热储热材料相同，但在吸热后期阶段相变材料在吸热或放热的过程中其内部温度会基本保持恒定。这一特性使得相变材料具有其它材料不能胜任的特殊用途。目前国内对于相变材料在建筑中的应用研究较多，但在道路工程领域中的应用研究还处于初期阶段。

相变材料应具有高密度和较小的体积变化率以及低蒸汽压力，在相变过程中应保持稳定；还应具有较好的化学稳定性能够和沥青混合料或水泥混凝土的各组成材料相容并具有良好的安全性及经济性。当然最重要的是热力性能。

3 自动控温智能型沥青道路路面及路面材料

基于相变材料理论，笔者所在课题组经过多年实践开发出自动控温智能型沥青道路路面及路面材料，经过数年的试用效果不错，于2010年成功申报国家专利。专利权人：韩耀斌，申请日：2010-09-17，发明（设计）人：韩耀斌、王彦芳，申请号：201010285917.2。

工作机理：

本发明的目的是提供一种高温稳定性好、低温抗裂性强、水稳定性、耐老化性能良好，维修周期及使用寿命较长的自动控温智能型沥青道路路面及路面材料。本发明的技术原理是在沥青道路路面的基层之上铺装低导热率沥青混合料面层，在面层之上涂刷二氧化钒高分子聚合物涂层。二氧化钒（vanadium dioxide）是一种具有相变性质的金属氧化物相变温度为68℃，相变前后结构的变化会导致其产生对红外光由透射向反射的可逆性转变。研究者根据这一特性将其应用于智能控温薄膜领域。薄膜涂层在相变温度以上能够全波段反射红外光，但是在相变温度以下则能够全波段透过红外光，从而可以实现冷吸热，热反射的智能控温功能。本发明具有以下优点：

（1）二氧化钒高分子聚合物涂层能够根据环境温度自动调节沥青面层的本身温度，使沥青路面面层不受夏季高温、冬季低温的环境影响，始终保持在一个稳定的温度区间内。

（2）低导热率沥青混合料面层采用的沥青是纳米粉体复合改性沥青。通过采用纳米太白粉或纳米碳酸钙粉、纳米硅粉丁苯橡胶或热塑性丁苯橡胶、低密度聚乙烯对沥青进行复合改性，沥青的软化点可以达到80℃以上，所以沥青混合料面层的高温稳定性非常好。另外低导热率沥青混合料面层的导热系数较低，夏季温度升高时可以减少路面热量的蓄积和传递，在冬季可以防止路面热量损失。

（3）路面高温稳定性、低温抗裂性等路用性能良好，维修周期及使用寿命比普通路面长，显著提高了路用经济效益。

（4）路面施工工艺简单。现有的沥青路面筑路技术工程设备即可施工，可广泛应用城市道路路面与高等级公路路面。

4 结语

相变材料是道路工程领域中的新型材料，具有良好的应用前景。目前，自动控温智能型沥青道路路面的应用尚处于初级阶段，仍存在很多问题有待解决。比如，本课题成果目前仅按照低等级公路的标准进行了试验段应用，如果用于大交通重轴载的高速公路效果如何尚不明确，二氧化钒高分子聚合物涂层是否会发生重压破损渗漏现象也不明确。本成果是按照陕西关中地区的地理环境开发而成，本成果能否推广到其他地区，如何进行适应性的调整，尚不明确。所有这些问题有待于本课题组以及其他研究部门的后续研究。希望本课题组的初步成果能为促进我国公路建设有所帮助，也为我国相变材料在公路中的应用研究摸索经验。

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