自调温沥青混凝土的研究与应用

文/王 婷

公路黑冰、冻雨冰层影响行车安全性，是沥青混凝土路面需要解决的难题。道路相变调温材料可以改善沥青混合料对温度的适应能力，用相变储能调温机理，在降温过程中释放相变潜热、升温过程中储存相变潜热的特性，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［1］，达到平抑温差的目的。

1 道路相变调温材料

具有热能存储和温度调控功能的物质称为相变材料［2］，道路相变调温材料（DTC）是通过对植物的临界萃取、冷冻离析，然后经过碱化、螯合等工艺，利用化学盾构的方式复合而成的新型化合物。道路相变调温材料可以改善沥青混合料性能，使自身能够储存能量，在不同温度下进行相变调温［3］，智能调控沥青路面温度，避免路面受环境温度影响出现高温车辙、低温开裂等破坏现象，延长沥青混合料的温度疲劳寿命［4］。

2 室内试验

通过室内试验对比添加相变调温材料的沥青混凝土和普通沥青混凝土的路用性能。

1）路面温度的测试结果见图1。

由图1 可以看出，道路相变调温沥青混合料路面比一般路面温度高2～4 ℃。

2）温度应力测试结果见图2。

图1 路面温度对比

图2 温度应力

由图2 可以看出，与普通沥青混合料路面相比，道路相变调温沥青混合料的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。

相变调温材料可以有效的减小持续降温条件下沥青路面的温度应力，明显提高沥青路面温度疲劳寿命，达到了预防沥青路面与温度有关的病害的目的。

与此同时，道路相变调温材料的掺入改变了沥青混合料的热物理特性，使沥青混合料降温过程中的降温速率减小，低温出现时间滞后，快速降温、持续低温等条件下沥青路面内部产生的温度应力减小，明显减轻沥青路面低温收缩裂缝和温度疲劳裂缝的出现，提高沥青路面的抗低温开裂能力。

当环境温度剧变，公路产生黑冰(霜冻)时，道路相变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，从而消除一部分黑冰带来的安全危害；环境温度在0～-15 ℃时，路面发生雨雪结冰层，一般沥青混合料达到冰点，路面即时形成冰冻层，道路相变调温沥青混合料路面温度比一般路面温度高近3～4 ℃，基本形不成冰冻层。

3 试验路应用

天津市应用道路相变调温沥青混凝土共铺设3条试验路段，按时间顺序，分别为蓟州区津围公路、蓟州区马平公路以及津南区津港公路，本文针对以上铺设的试验路段进行系统性总结。

3.1 蓟州区津围公路

天津市蓟州区津围公路试验路段为K132+900～K134+900，全长2 km。其中：K132+900～K133+400段使用改性沥青混合料，道路相变调温材料添加量为0.4%；K133+400～K133+900段使用改性沥青混合料，道路相变调温材料添加量为0.3%；K133+900～K134+400 段使用普通沥青混合料，道路相变调温材料添加量为0.3%；K134+400～K134+900 段使用普通沥青混合料，道路相变调温材料添加量为0.4%。

2017年12月11日—12月12日，对该路段进行了24 h不间断定点观测，见图3。

图3 津围公路试验路段温度

由图3 可以看出，添加道路相变调温材料路段比未添加路段路表温度高出2～3 ℃，蓄能效果显著。

2018年1月30日，天津境内降雪，考虑到安全隐患问题，当地第一时间封闭道路，进行清雪工作，相关技术人员到达现场时，主路面已完成清雪工作，部分路肩积雪尚未清理，通过温度探测仪，对已清理路面与积雪路肩进行了温度检测。检测结果，添加道路相变调温材料路面比未添加路面路面温度平均高出2.64 ℃。经现场观测，在环境温度为-13 ℃，路肩积雪仍未与路表面冻实，雪层松散，极利于清理。见图4。

图4 路段现场对比

3.2 蓟州区马平公路

为进一步验证道路相变调温材料在天津地区的使用效果，于2018年12月7日—12月8日，在天津市蓟县S301 马平线东井峪—津围公路路段铺筑了添加相变调温材料的沥青路面，选择了其中6 km作为试验段，该段路宽6 m，表层沥青混合料厚度为4 cm，相变调温材料材料添加量为0.4%。

在同一时间段，在相变调温材料沥青路段和相邻普通路段选取6 个检测点，采取24 h 不间断定点检测的方式，采用FLUKE测试路表温度。见表1 和图5。

表1 沥青路面路表温度 ℃

图5 路段实景

由表1 和图5 可以看出，添加道路相变调温材料路表温度比未添加的路段高出4.2～4.7 ℃，除雪效果明显。

3.3 津南区津港公路

津港公路属于市级干线道路，试验段全长2 km，表层沥青混合料设计厚度为4 cm，道路相变调温材料添加量为0.3%。

对津港公路24 h不间断监测，添加了道路相变调温材料的路段路表温度比未添加的路段高出2.7～3 ℃，调温效果明显，再次验证了DTC材料能有效提高公路的热应性。

4 结论

1）道路相变调温材料应用于路面，为改善沥青路面低温开裂、结霜凝冰等难题提供了新方法。

2）修建的3 条试验路段，从实际效果以及观测数据上，都证实了道路相变调温材料在天津地区的应用效果，能够有效的提升混凝土沥青路面的热应性，在恶劣环境温度下，依旧能够提高路表温度并持续释放热量，对冬季融冰融雪起到了十分关键的作用。

3）在实际应用当中，对于2～3 cm 厚的积雪，基本达到即下即融；对于厚度更大的积雪，在维持原有清雪作业的基础上，可代替盐类融雪剂。