相变沥青混合料与热反射涂层协同作用对沥青路面性能的影响

陆美荣，柴冲冲，韦 坤，陈 辉[.上海市建筑科学研究院有限公司， 上海 008；.上海城建日沥特种沥青有限公司， 上海 00040； .上海公路桥梁（集团）有限公司， 上海 004]

随着我国公路事业的迅速发展，沥青路面以行车舒适、平稳和噪声低等水泥混凝土路面难以替代的优点被广泛用于公路。沥青是一种温度敏感性的黏弹性材料，夏季沥青路面温度高达 60 ℃ 以上，极易产生车辙、拥包等热稳性病害，严重影响了沥青路面的路用性能[1-2]。

在沥青基材料中添加相变材料，利用相变材料的自主温控性能，降低沥青混凝土的温度敏感性，减少沥青混凝土的车辙、拥包等高温病害，能够提高路面的服役寿命[3-8]。曹长斌等[9]人研究了相变材料聚乙二醇（PEG）对沥青性质、相变沥青混合料降温性能和高温稳定性的影响，研究结果表明：掺聚乙二醇的沥青混合料在自然光照条件下能够达到主动降温的效果，当掺量为 20% 时，其高温稳定性能满足规范要求。林飞菲[10]采用十二烷-十四烷相变材料用于延缓沥青路面凝冰时间，且掺量越大，路面凝冰效果越显著。张怡雪[11]将热反射涂料（HRCs）和复合相变材料 RT31/EG 搭配，将冷屋顶技术和潜热储热技术相结合应用于墙体，研究表明：热反射和储热之间必须要有一个隔热层削弱相变材料导热、增强其储热作用，才能将两种材料作用最大化。

目前相变材料的研究成果主要集中在相变材料的遴选与制备及其在建筑材料与沥青路面中的应用，缺乏相变沥青混合料与热反射涂层协同在沥青路面中的应用。本研究将相变材料与热反射涂层相结合，制备具有相变储热功能的沥青路面材料，使其能在高温环境下主动调节路面温度。

1 试 验

1.1 原材料

本研究的水泥材料采用 P·O42.5 硅酸盐水泥。粗集料采用 10～15 mm 的玄武岩碎石，含泥量为 1.6%，针片状含量 4.5%，压碎指标 6.2%；细集料采用 0～3 mm 的石灰岩石屑，含泥量 1.0%，泥块含量 0.5%，细度模数 2.5。矿粉干燥、洁净且无团粒结块。热反射涂层购于上海某涂料公司。沥青混合料为 SMA-13 沥青混合料。

1.2 试验方法

1.2.1 力学性能

对于沥青混合料的水稳定性，采用 JTG E20—2011《公路工程沥青与沥青混合料试验规程》中马歇尔稳定度进行测试；高温性能采用 JTG E20—2011 中的 T 0719—2011《沥青混合料车辙试验》，以 1 mm 车辙变形所需要行走的次数即为动稳定度来评价相变材料沥青混合料的抗车辙能力；低温抗裂性能通过 JTG E 20—2011 中的 T 0729—2000《冻融劈裂试验》，加载速率为 50 mm/min，通过传感器获得沥青混合料的劈裂强度及水平、垂直的变形。

1.2.2 相变性能

利用长 300 mm×宽 300 mm×厚 50 mm 的车辙板试件，板中央钻孔埋入温度传感器，采用多通路温度测试仪（ZJ1008）进行测温，实时记录温度变化。

2 结果与讨论

2.1 相变性能

通过外掺法将相变材料添加到沥青混合料中，掺量（占沥青混合料总质量的百分比）分别为 0.2%、0.3% 和0.4%，并在沥青混合料表面涂覆热反射涂层，将未添加相变材料及涂层的基质沥青混合料作为空白对照组，对其温升效果进行实时采集。图1 为不同相变材料掺量下相变沥青混合料与热反射涂层协同的沥青混合料降温效果。

由图1 可知，随着相变材料掺量的增加，相变沥青混合料的温度呈先降低后升高的趋势。当相变材料掺量为0.2% 和 0.3% 时，相变沥青混合料的降温效果相近，且相变沥青混合料与热反射涂层协同的试件温度比基准沥青混合料温度降低 8.3 ℃；而当相变材料掺量增加到 0.4% 时，相变沥青混合料与热反射涂层协同的沥青混合料试件的降温效果减弱，相较于未掺相变材料的沥青混合料试件温度降低 7.2 ℃，这可能是由于相变材料掺量的增加，在高温拌合过程中相变材料性能变差或导致部分相变材料泄露，降温效果受一定的影响。因此，相变沥青混合料中的相变材料掺量宜控制在 0.3% 以内。

为了进一步验证相变沥青混合料与热反射涂层协同对沥青混合料的降温效果的影响，本研究采用单掺相变材料（掺量为 0.2%、0.3% 和 0.4%）对沥青混合料的降温效果进行测试，测试结果如图2 所示。

图2 不同相变材料掺量对相变沥青混合料温升效果的影响

由图2 可知，随着相变材料掺量的增加，相变沥青混合料的温度呈先降低后升高的趋势，降温效果的变化规律与相变沥青混合料和热反射涂层协同情况下一致。当相变材料掺量为 0.2% 和 0.3% 时，两种掺量下的相变沥青混合料的降温效果相近，均比未掺相变材料的沥青混合料温度降低 4.5 ℃。与相变沥青混合料与热反射涂层协同的试件相比，采用单掺相变材料的方式用于沥青混合料，其降温效果较差。这是由于相变材料达到相变温度时能够储存热量，而采用相变沥青混合料与热反射涂层协同作用时，相变材料添加在沥青混合料中，热反射涂料涂覆在沥青混合料外表面，能够保证两种材料在沥青降温路面中发挥更好的作用。

2.2 高温稳定性

对未掺相变材料、相变沥青混合料与热反射涂层协同的相变沥青混合料高温稳定性进行车辙试验，研究相变材料掺量对沥青混合料高温稳定性的影响，结果如图3 所示。

图3 相变沥青混合料与热反射涂层协同作用的沥青混合料动稳定度

由图3 可知，相变沥青混合料与热反射涂层协同下的动稳定度比基质沥青混合料稍低，但仍能满足当前规范要求。随着相变材料掺量的增加，相变沥青混合料与热反射涂层协同下的稳定度逐渐减小，当掺量为 0.4% 时，其动稳定度明显减小到 1 716 次/mm，同时车辙深度较大，车辙试验后可以明显看到试样中央有较深的轮迹。这是由于该试验中采用的相变材料是一种固-液相变材料，在其达到相变温度时，由固态转变成液态的过程，沥青变软，高温稳定性会稍有下降，且随着相变材料的增加，影响增加，因此必须严格控制相变材料的掺量。

2.3 低温抗裂性

相变沥青混合料与热反射涂层协同作用的混合料低温抗裂性能试验数据如表1 所示。

表1 相变沥青混合料与热反射涂层协同作用的混合料低温抗裂性能试验数据

由表2 可知，随着相变材料掺量的增加，沥青混合料的冻融劈裂强度比降低，其规律与浸水马歇尔试验相同，但冻融劈裂试验强度比仍能满足标准JTG F 40—2004《公路沥青路面施工技术规范》的要求值。

3 结 语

（1）将相变材料加入沥青混合料中，利用相变材料的储热性能和自主调温性能，可减少基质沥青的温度敏感性，相变沥青混合料具有较好的储热性能。

（2）与单掺相变材料相比，采用相变沥青混合料与热反射涂层协同作用的沥青路面降温效果更优。当采用相变材料单掺的方式时，相变沥青混合料的降温温差最大达4.5 ℃；当采用相变沥青混合料与热反射涂层协同作用时，制备的沥青混合料的降温温差最大达 8.3 ℃。

（3）相变沥青混合料与热反射涂层协同作用下的沥青路面的路用性能受相变材料掺量的影响。相变材料掺量的增加对沥青混合料的高温稳定性有不利影响，因此需要严格控制相变材料的掺量，宜控制在 0.3% 以内。