相变沥青混合料可行性及性能研究

提升道路除冰雪能力是保障冬季行车安全的重要手段,相变沥青路面作为一种环境友好型技术具有良好的应用前景。为了确定相变沥青混合料融冰雪是否具有实际应用价值,通过显微镜观测固固相变材料相变过程,测定相关热力学参数。对相变沥青混合料路用性能进行检测,开发了3种融冰雪性能评价方法。结果表明,固固相变材料会发生为结晶态和非晶态的相互转变,熔融焓值在吸放热过程中差距不大,均超过70 J/g,且50次衰减率在2.8%,可以满足沥青路面长期使用需求;随着相变材料掺加量的增加,沥青混合料高温稳定性降低,低温抗裂性提升,抗水损性能先上升后下降,但均能满足规范要求,相变材料掺加量超过0.3%才具有明显的融冰雪效果。可见,固固相变材料可以作为外掺剂加入沥青混合料中,基于路用性能角度相变材料掺量在0.3%～0.5%比较合适,相变沥青混合料不适应于全天低于0℃的地区,需要结合其他除冰雪措施才能保障道路通行能力。     

骨料级配对相变沥青混合料性能的影响

相变沥青混合料是一种可以调节沥青混凝土路面温度的新型功能性路面材料,其中,沥青混合料骨料级配对相变沥青混合料的路用性能和调温性能有何影响值得深入研究。本文选择两种复合定型相变材料(CPCM)石蜡/膨胀石墨/高密度聚乙烯(简称为PHDP)和道路温度调节材料(简称为DTC)两种相变材料,首先利用傅里叶红外光谱(FT-IR)试验,对CPCMs与沥青之间的反应进行了定性分析。其次,分别制备级配类型为AC-16与AC-20的相变沥青混合料,通过路用性能试验和调温试验评价不同骨料级配对相变沥青混合料路用性能与调温效果影响影响。结果表明,两种CPCM与沥青之间均为物理反应;相比级配类型AC-16,AC-20可以显著提高含PHDP的相变沥青混合料的路用性能与调温效果,但是对于含DTC的相变沥青混合料的改善效果不显著。     

新型环氧树脂复合相变材料对沥青混合料调温性能影响

为解决相变材料用于沥青混合料热稳定性与力学性能不足的问题,采用环氧树脂与十五烷定形封装相变材料制备新型环氧树脂复合相变材料,并采用等体积替换法将其用于沥青混合料中。采用差示扫描量热仪(DSC)、热重分析仪(TG)与导热系数仪进行环氧树脂复合相变材料相变与热物特性测试分析;通过相变沥青混合料温度调控试验分析其调温性能与效果,并对相变沥青混合料路用性能进行验证。研究结果表明：环氧树脂复合相变材料相变焓值可达60 J/g以上,在180℃以内几乎不发生热损失,储热密度高、热稳定性良好;相变区间内表观比热容显著增大,升、降温过程中最大值分别为10.9和6.7 J/(g·℃);相变材料掺量(质量分数)越大温度调控效果越好;调温性能与混合料位置相关,相变沥青混合料最大调温温差和最大温度变化速率降低值随深度增大而增大;各掺量下相变沥青混合料均具有显著的调温效果,掺量小于4%时相变沥青混合料均可满足路用性能要求。     

冻融条件下相变沥青混合料的低温抗裂及调温性能

为研究相变材料对温拌沥青混合料的低温抗裂性影响规律及其低温调温性能,采用低温劈裂试验、约束试件温度应力试验、核磁共振技术、差示扫描量热法进行表征,并实测了试验路段面层温度。结果表明：相变材料在升降温过程中均能很好地实现吸热放热,通过焓值对比发现其在降温过程中的调温效果更加明显;根据试验路段现场测温可知,相变沥青路面比普通沥青路面高6℃左右,降温开始时间延迟了60 min左右。而随着相变材料掺量的增大,相变沥青混合料的劈裂强度降低,冻断温度和转折点温度升高,孔隙率增大,这都降低了沥青混合料的低温抗裂性。相关性分析表明,孔隙度与低温劈裂强度、冻断温度和转折点温度的相关系数都在0.97以上,各指标紧密关联。可见,将相变材料掺入沥青混合料能够有效提升沥青路面内部的温度,但会对沥青路面的抗裂性能造成一定的负面影响。同时,冻断温度和转折点温度的Logistic曲线拟合发现,当相变材料掺量为3‰时,沥青混合料的强度既能保证规范要求,又能表现出稳定的调温性能。     

复合相变蓄热涂层的蓄放热调温特性

相变材料（PCM）与建筑围护结构相结合,可以有效利用间歇性可再生能源不均匀分布的特点,在温度变化较小的情况下吸收大量的热量,减小室温的波动。本文将微胶囊相变材料加入到腻子粉中制备复合相变涂料,利用扫描电子显微镜（SEM）、差示扫描量热仪（DSC）和热重分析仪（TG）对其微观形貌、相变特性和热稳定性进行表征。将复合相变涂料应用于水泥板内表面,研究微胶囊相变材料(MPCM)含量对复合相变涂层蓄热调温性能的影响。结果表明：复合相变涂层的温度变化速率比普通涂层慢,随着微胶囊相变材料含量的增加,复合相变涂层与普通涂层的表面温差呈递增趋势。复合相变涂层能明显降低峰值温度和温度的波动范围,起到调节室温的作用。微胶囊相变材料含量从0％增加到30％,复合相变涂层与普通涂层的温差逐渐增大,最大为3.2 ℃。与普通涂层相比,随着微胶囊相变材料含量的增加,复合相变涂层室内温度保持24～28 ℃的时间逐渐增加,微胶囊相变材料含量为30％的复合相变涂层室内温度保持24～28 ℃的时间比普通涂层延长23.5 min。     

基于液气相变材料的混凝土箱梁结构自调温试验研究

混凝土箱梁结构广泛应用于土木工程领域。由于混凝土材料导热性能差,在强烈日照情况下,箱梁内外会产生过大温差,从而导致结构开裂。为了从根源上防止箱梁开裂,提出了运用相变储能技术控制箱梁结构内外温差不超过开裂温差限值的新思路;选取三氯三氟乙烷(R113)液气相变材料,通过试验验证该方法能够有效控制箱梁结构内外温差,起到自调温的作用。     

智能调温聚氨酯固-固相变材料的研究

采用化学改性的方法,将不同含量,不同分子量的聚乙二醇(PEG)接枝到以聚醚型的聚氨酯(PU)上,制备出一种新型的固-固相变材料。并通过红外光谱法(IR),示差扫描量热法(DSC)来研究合成材料的结构与相变行为。结果表明,PEG成功地接枝在高分子链PU上,且具有较好的相变焓,适合的相变温度,并当PEG分子量相同时,随着PEG含量的增加,相变材料相变焓增大,热切热稳定性有明显改善,当PEG含量相同,PEG分子量在600～2000时,随着分子量的增加,材料的相变焓增大。     

桥梁箱体结构自调温固液相变材料机理研究

在已有的相变材料及相变理论研究分析的基础上,提出了一种适用于桥梁箱体结构"自调温"的石蜡-稻壳灰相变储能混凝土新型材料。通过研究该新型材料对混凝土温升过程中的影响规律,提出了相变储能稻壳灰混凝土吸热温升估算公式。进一步地,通过对普通混凝土与相变储能混凝土箱体结构温度场数值模拟及对比,分析了其在混凝土箱体结构中的"自调温"效用。     

相变建筑节能材料的应用研究与进展

相变储热技术是利用低品位能源,实现建筑节能的重要途径.就近年来国内外适合于建筑用相变材料的选择,相变材料与普通建筑材料的结合技术及其储能性能进行了对比与分析,提出了本领域主要研究内容.     

路面主动融冰(雪)技术的发展与展望

针对目前路面融冰(雪)技术存在滞后性、效果差、能耗大等问题,分别从刚性路面、柔性路面两个角度,深入研究了6种路面主动融冰(雪)技术的现状、应用效果及发展前景.对其优、缺点以及适用地区进行了全面的分析,为解决冬季道路冰雪问题提供了系统的思路和途径.     

玻璃纤维改性相变沥青混合料路用性能

为研究玻璃纤维对聚乙二醇(PEG)沥青混合料性能的增强效果,探究玻璃纤维掺量对其性能的影响规律,通过车辙试验、半圆弯拉试验、冻融劈裂试验研究了玻璃纤维PEG沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性,并利用室外调温试验研究掺加玻璃纤维前后PEG在沥青混合料中的降温效果。结果表明:玻璃纤维掺量为0.2%时,PEG沥青混合料的高温稳定性较好,动稳定度比未掺时高51%;玻璃纤维对混合料低温性能、水稳定性有影响,但效果不明显;玻璃纤维几乎不会影响PEG对沥青混合料的降温效果。可见玻璃纤维能显著提高PEG沥青混合料的高温稳定性且不会破坏PEG材料的调温性能。     

水合盐相变储能材料在太阳能融冰雪实验系统中的应用研究

自制了结合相变储能材料应用的太阳能融冰雪实验系统,研究了相变储能材料在"快速启动"、"能量补充"、"能量波动"及"能量吸收"等情境下对实验系统效率及产水量的影响;在对实验系统置入相变储能材料与流程优化基础上,对比研究了系统改进前后的产水量差异与能耗变化。研究表明:水合盐相变储能材料能有效控温3~5℃,具有较好的储能、释能性能与抗波动能力,满足各情境下的控温需求。通过置入相变储能材料并采用优化流程设计,使实验系统在全仿真模拟实验中产水量提升11.4%,电能消耗减少9.4%,可实现不同条件下能量的高效利用,降低了人力成本。     

路用调温低温相变微胶囊制备及性能

以三聚氰胺-尿素-甲醛树脂为壁材,十四烷为芯材,采用原位聚合法制备出可以在低温条件下进行储能和放热的相变微胶囊,并以其为改性剂制备相变沥青新材料.采用扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)、激光粒度分析仪(fourier transform infrared spectroscopy,FT-IR)、差示扫描量热计(differential scanning calorimetry,DSC),研究了不同芯壁比、合成温度以及乳化转速对微胶囊形貌、粒径、热稳定性的潜热的影响.通过DSC和动态剪切流变试验仪(dynamic shear rheometer,DSR)研究了相变沥青性能.结果 表明芯壁比为1∶1,搅拌温度75℃,乳化搅拌速率为3000 r/min时,微胶囊性能最佳,相变潜热达119 J/g.相变微胶囊在相变沥青中能够保持结构完整,不会对沥青的路用性能造成严重影响.     

沥青类别对沥青混凝土疲劳耐久性能影响的试验研究

在马歇尔试验的基础上,确定了不同沥青含量条件下AC-l3I的最佳沥青含量,通过对沥青混凝土的疲劳耐久性试验及各项路用指标的车辙试验,结果表明,采用SBS改性沥青的混合料具有良好的路用性能,经济效益和社会效益良好。     

道路高性能沥青超薄磨耗层技术研究与应用现状

基于国内外沥青超薄磨耗层技术的发展动态,结合设计理念、功能定位对其进行简要分类;针对超薄磨耗层厚度减薄的特点,总结并提出超薄磨耗层混合料的原材料要求,阐述基于功能需求下的超薄磨耗层路面结构设计,并介绍SMA-10,NovaChip和GT-8等现阶段3种典型沥青超薄罩面技术.沥青超薄罩面虽然可以有效降低管养成本,但仍存在...     

大粒径沥青混合料路用性能的试验研究

通过对大粒径沥青混合料路用性能的试验研究,包括高温变形特性、低温抗裂性、水稳性、抗疲劳特性试验,结果表明大粒径沥青混合料具有优良的路用性能,可延长路面使用寿命,具有较好的经济和社会效益。     

碳纤维导电SBS改性沥青混合料性能试验

为了分析导电沥青混凝土的路用性能和融冰效果,将短切聚丙烯腈基碳纤维掺入SBS改性沥青混合料AC-13C中,制备成碳纤维导电改性沥青混合料。选取5种碳纤维掺量分别进行了配合比设计、路用性能和模拟融冰等室内试验。研究结果表明,随着碳纤维掺量的增加,SBS改性沥青混合料的最佳油石比呈线性增加,动稳定度、浸水马歇尔残留稳定度和冻融劈裂强度比呈抛物线关系变化,低温弯拉强度和破坏应变呈"S"形递增关系,而劲度模量呈"Z"形递减关系。说明在SBS改性沥青混合料中掺入适量的碳纤维,因碳纤维的桥接、加筋和增韧作用,可有效提高SBS改性沥青混合料的高温抗车辙、低温抗开裂和抗水损等路用性能,但过多的碳纤维会因分散性差易结团而造成增强效果降低。同时,当碳纤维掺量超过0.3%时,碳纤维在混合料内部相互搭接形成良好的导电网络,且具有良好的融冰效果。总体上,当碳纤维掺量为0.4%时,碳纤维导电SBS改性沥青混合料的各项路用性能、导电性能和融冰效率最佳。     

UTO-10高粘改性沥青薄层罩面技术在新疆公路的应用研究

本文针对新疆较少应用高粘弹温拌沥青混合料薄层罩面的现状,通过采用试验研究和依托工程铺筑验证的方法,试验分析了UTO-10高粘温拌改性沥青混合料的配合比设计及路用性能指标,总结了UTO-10薄层罩面的施工工艺,提出了施工质量控制关键技术要点,逐步形成系统化的成果,为性能优良的且符合现代高速公路养护方向的超薄罩面技术在新疆的应用提供技术支撑,促进其在疆内公路和城市道路养护的应用,并起到示范作用。     

浅析沥青混合料在应用吸收层中的路用性能

沥青混合料的路用性主要通过其高温车辙、低温抗裂以及抗疲劳性能以及水稳性能等方面的实验研究进行分析。通过低温弯曲实验以及浸水马歇尔实验和冻融劈裂实验等测试混凝土材料的路用性,在零下十摄氏度的环境中应力吸收层的抗弯拉强度以及弯拉应变的最大强度应当大于4000με小于6000με,且满足大于12MPa小于14MPa的条件,在强度要求以及形变要求上应当满足吸收层对于反射裂缝的抗性需要。而浸水马歇尔实验以及冻融劈裂实验主要是针对材料水稳性进行分析的实验。通过实验分析,可以总结,沥青加铺层添加应力吸收层具有良好的疲劳抗性。而汉堡车辙实验主要是针对应力吸收层是否能够对加铺层结构对车辙抗性予以提高进行了分析。