张峻豪

(重庆交通大学 土木工程学院，重庆 400074)

1 引言

沥青的性能与温度和荷载作用时间有着密切的关系，在保证荷载及荷载作用时间一定的情况下，温度因素成为最主要制约因素。通常南方夏天的气温达到30℃以上，非常容易产生变形，长时间的累积之后，就会使路面产生车辙、泛油、裂缝等，缩短沥青路面的使用寿命，并降低其使用性能。相变材料是指温度的升高降低而使其通过相的转变特性而达到潜热效果的物质。物相转变的过程称为相变过程，相变材料可以吸收或放出大量的热。根据相变吸热的理论，利用相变材料在物相转变吸热的特性，在沥青中掺入相变材料对沥青进行改性从而对沥青的温度进行调节，进而达到改善沥青性能的目的。

2 研究现状

自20世纪90年代以来，应用于道路路面施工的改性沥青开始飞速发展壮大，使用量逐年增加，2008年为2.47Mt，2009年为2.75Mt，2010年达到4.60Mt，其后也一直呈现递增状态。根据材料的方面来，改性沥青就是使其本来的性质保持原样的情况下，使用化学、物理方法，加入一些具有不同功效的材料，这些不同功效的材料使得沥青在保持其原有分子结构不使其产生化学反应，以改善沥青性能和增加一些新的作用。纵观国内改性沥青的研究与应用情况，改性沥青通常具有如下几个特点：高温稳定性较好、弹性、韧性好，抗车辙能力好、改善水稳定性、使用寿命长。近几年来的研究也表明，将热塑性弹性体、树脂、环氧树脂、玻璃纤维、纳米材料等改性剂通过物理、化学的方法加入到沥青中，可以显著改善沥青混合料的低温抗裂性、高温稳定性、抗老化等性能。

3 材料制备

本次试验将聚乙二醇与膨胀石墨体积比1：3、1：6、1：9三组配比(膨胀石墨密度太小不易称量)，配制出聚乙二醇/膨胀石墨相变材料。

先用电子天平准确称取5.08g聚乙二醇(4ml)，将其加热到熔融状态，然后用量筒称取12ml膨胀石墨倒入熔融状态的聚乙二醇中，维持温度在80℃，搅拌20min，使其充分混合，制备出体积比为1：3的聚乙二醇/膨胀石墨相变材料。

再用量筒称取24ml、36ml膨胀石墨和5.08g聚乙二醇(4ml)以同样的方法制备出体积比为1：6、1：9的聚乙二醇/膨胀石墨相变材料。

将基质沥青加热并控制到160℃，将制备好的体积比为1：9的聚乙二醇/膨胀石墨相变材料按比例多次投入到已经加热好的基质沥青中，维持温度在155℃到165℃，低速搅拌20min，制得浓度为1%、2%、3%的聚乙二醇/膨胀石墨改性沥青。

4 降温性能研究

将基质沥青与制备好的聚乙二醇/膨胀石墨掺量为1%、2%、3%的改性沥青分别浇注到纸杯里，高度均为5cm，纸杯底标上序号以便识别，然后传感器的接头插入试样高度的一半。

室外试验要求天气晴朗并气温达到30℃以上，将基质沥青及掺加不同比例的聚乙二醇/膨胀石墨改性沥青置于能充分与阳光接触的某处(楼顶为益)，打开温度记录仪传感器开关，放置于此保持时间从上午12点到下午7点，试验结束，记录温度传感仪数据。

室内采用500W的碘钨灯作为光源模拟太阳辐射的方法测出聚乙二醇/膨胀石墨相变沥青的温度敏感性。试验中，试样放置的位置要保证各个试样受到的光照是一致的且放置在碘钨灯下方50cm的位置，打开碘钨灯照射2h，然后关闭并使试件自然冷却，记录此过程的温度记录仪数据。

5 结果分析

对改性沥青进行室外降温试验，发现基质沥青及各掺量改性沥青在16点30左右达到最高温度且基质沥青>2%>1%>3%，升温阶段比较各掺量的升温速率基质沥青>1%>2%>3%，可知聚乙二醇/膨胀石墨相变材料的添加可以降低沥青的升温速率；降温阶段比较各掺量的降温速率，1%>基质沥青>2%>3%，知相变材料的掺加对其降温也有一定的效果。掺量为3%的改性沥青降温效果最好，与基质沥青相比最大温差达到8.8度，降温效果明显。

对改性沥青进行室内试验，发现基质沥青及各掺量改性沥青在升温过程中，比较升温速率基质沥青>1%>2%>3%，且能达到的最高温度为基质沥青>1%>2%>3%，且基质沥青与掺入相变材料达到的最高温度差值很明显，这说明相变材料的掺加达到改善沥青温度敏感性的目的。3%掺量的改性沥青降温效果最好，相比于基质沥青下降7.2度，下降得比较明显。

6 结语

通过对样品进行室外降温试验，得出沥青在升温和降温的过程中，因为掺入聚乙二醇/膨胀石墨复合相变材料，达到了改善沥青温度敏感性的目的。掺量为2%的改性沥青降温效果最好，与基质沥青相比最大温差达到8.8度，降温效果明显。通过对样品进行室内试验，说明相变材料的掺加达到改善沥青温度敏感性的目的，降低升温速率和温度最大值。3%掺量的改性沥青降温效果最好，相比于基质沥青下降7.2度，下降得比较明显。