关于沥青道路相变调温材料在道路设计施工中的应用

朱明辉

中建华帆建筑设计院有限公司 河北 石家庄 050021

正文：

相变材料(PCM - Phase Change Material)是指随环境温度变化而改变物质状态并能提供潜热的物质。伴随相变过程，相变材料将吸收或释放大量的潜热，其自身温度相对稳定。沥青道路相变调温材料近年来发展迅速，在部分地区陆续做了试验段，效果也相当明显。通过在沥青路面上表面层添加相变材料，可以有效调节路面温度，减少融雪剂的使用，延长路面寿命，绿色环保无污染，缓解城市热岛效应，施工方便，越来越受到广泛关注。

道路相变自调温材料，主要是通过相态变化来实现储存能量和释放能量。从主动调控沥青路面适用温度这一创新角度出发，利用其相变特性，主动调控沥青路面使用温度的高低温极值和变化幅度，提高沥青路面环境适应能力，达到平抑温差的目的，提高沥青路面对极端环境条件的适应能力。在不同环境温度下调控沥青路面温度，大大降低传统沥青路面对温度的敏感性。实现了：夏季降低路面温度，降低高温软化车辙破坏风险；有效缓解城市热岛效应的不利影响；冬季提升路面温度，减少低温开裂，避免冬季雪后结黑冰，有效防控交通安全隐患；安全环保，绝无盐类融雪剂带来的一系列危害，有效延长沥青路面使用寿命。

沥青混合料的配合比设计应符合相关规范标准的有关规定，相变自调温沥青路面中道路调温相变材料掺量，应以沥青混合料总质量为基数，根据项目所在区域气候条件确定，加入道路调温相变材料不影响沥青混合料常规配合比设计。河北省地处北方地区，对于相变调温材料的应用时间较长，试验段相对也较多。根据河北省地方标准《相变自调温沥青路面施工技术规范》DB13/T 2717-2018，道路调温专用相变材料掺量的确定，应符合下列原则：

1、以道路面层用沥青混合料的总质量为基数进行计算；2、掺量范围，不应大于0.45%或小于0.30%。掺加比例宜以0.05%为梯度调整；3、根据项目所在地所处气候区域、结合项目对路面调温性能需求，参照掺量推荐值进行确定，架空桥面部位以及冬严寒区，应取上限值。通过黑龙江依七高速、张家口西外环路段、北京南池子大街路段等自调温沥青混合料试验路段进行现场实测，自调温沥青混合料路面各项技术指标优于普通沥青混合料路面。道路自调温相变材料的应用对环境不会造成任何伤害，还可以提高道路融冰雪效果，最大程度减少冰冻层产生，确保了道路的畅通和安全性。同时减少了传统材料对土壤、绿植和路面的污染损害，避免冬季低温极端天气裂缝产生，延长道路寿命。道路相变调温材料从本质上改善沥青混合料性能，使自身能够储存能量，在不同温度进行相变调温，智能调控沥青路面温度，避免一般沥青混合料路面对温度敏感性，克服受环境温度影响, 易出现高温车辙、低温开裂等破坏现象，延长沥青混合料的温度疲劳寿命，提高其环境温度适应能力，提高道路使用寿命近一倍。提高沥青路面对极端低温、大温差等适应能力，进行极端温度“削峰填谷”，可以有效消除公路黑冰，提高冬季沥青路面的行车安全性!

道路相变调温材料主要在以下几个方面比传统沥青材料存在优势：

1、道路使用寿命延长

道路相变调温材料从本质上改变沥青混合料性能，使沥青在高温时提高软化点，更稳定;低温时降低脆化点，更具柔性。自调温沥青混合料的沥青路面在降温过程中温度应力减小约7%，有利于提高秋末冬初季节快速降温过程中沥青路面抵抗低温收缩开裂的能力。道路相变调温材料延长沥青混合料的温度疲劳寿命，有效的减小持续降温条件下沥青路面的温度应力，达到预防沥青路面与温度有关的病害，使沥青路面抗低温疲劳开裂能力明显提高。

2、预防冻雨、冰冻层危害

在环境温度低于8℃，大量释放潜热,是一般相变潜热的20-30倍。在环境温度剧变达到0至-15℃时，路面发生雨雪结冰层，一般沥青混合料达到冰点，路面即形成冰冻层，造成道路瘫痪。自调温沥青混合料在环境温度剧变达到-5℃至-15℃，路面温度比一般路面温度高近3-4℃，可以有效保证行车的安全性。当环境温度剧变时，道路产生黑冰，自调温沥青混合料利用太阳能，通过相变存储热量，削减路面温度和环境温度温差值，从而消除黑冰的危害。

3、减少环境危害

道路相变调温材料的应用，能提高路面使用寿命，减少因路面结冰而出现的安全事故，绿色环保，避免传统融雪材料对运费工具、桥梁、路面、环境等造成一定的损坏，不污染土地、植物、水质、环境，使用安全可靠，性能稳定，施工方便，适宜大规模推广使用。

道路相变调温材料的应用目前还不广泛，大部分还都是做的试验段，并没有大面积推广开来，只有部分省份在进行推广实施，使用经验较少，缺少大面积长时间的统计数据，造价相比传统沥青混凝土路面稍微贵一些。如果道路使用寿命延长和减少交通事故所形成的社会经济效益远大于高出普通沥青混凝土路面的造价，这就足以使我们在以后的设计施工中多采用环保、高效的道路相变调温材料，并使道路材料能不断地发展，进而改善我们现有道路的结构性能，可以更好地满足道路的安全性和耐用性。河北省使用道路相变调温材料有了地方标准，对于省内推广和使用有很好的指导作用，对其他省份也有一定的借鉴作用。当有较多的统计数据和建设案例的情况下可以向我国北方地区进行普及推广，促进道路设施在国民经济中发展更好的作用。

道路相变调温材料是在普通道路材料的基础上通过添加相关材料来形成改变沥青混合料性能的新型道路材料，对外界环境无污染，为我们提供了一种改善道路行车安全的新途径。随着我国科学技术的发展，新的材料也会涌现出来，我们需要不断积极探索，使我们的道路结构更加坚固耐用，满足人民群众出行和交通安全的需要。