張峻豪

(重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院，重慶 400074)

1 引言

瀝青的性能與溫度和荷載作用時(shí)間有著密切的關(guān)系，在保證荷載及荷載作用時(shí)間一定的情況下，溫度因素成為最主要制約因素。通常南方夏天的氣溫達(dá)到30℃以上，非常容易產(chǎn)生變形，長(zhǎng)時(shí)間的累積之后，就會(huì)使路面產(chǎn)生車轍、泛油、裂縫等，縮短瀝青路面的使用壽命，并降低其使用性能。相變材料是指溫度的升高降低而使其通過(guò)相的轉(zhuǎn)變特性而達(dá)到潛熱效果的物質(zhì)。物相轉(zhuǎn)變的過(guò)程稱為相變過(guò)程，相變材料可以吸收或放出大量的熱。根據(jù)相變吸熱的理論，利用相變材料在物相轉(zhuǎn)變吸熱的特性，在瀝青中摻入相變材料對(duì)瀝青進(jìn)行改性從而對(duì)瀝青的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而達(dá)到改善瀝青性能的目的。

2 研究現(xiàn)狀

自20世紀(jì)90年代以來(lái)，應(yīng)用于道路路面施工的改性瀝青開始飛速發(fā)展壯大，使用量逐年增加，2008年為2.47Mt，2009年為2.75Mt，2010年達(dá)到4.60Mt，其后也一直呈現(xiàn)遞增狀態(tài)。根據(jù)材料的方面來(lái)，改性瀝青就是使其本來(lái)的性質(zhì)保持原樣的情況下，使用化學(xué)、物理方法，加入一些具有不同功效的材料，這些不同功效的材料使得瀝青在保持其原有分子結(jié)構(gòu)不使其產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，以改善瀝青性能和增加一些新的作用。縱觀國(guó)內(nèi)改性瀝青的研究與應(yīng)用情況，改性瀝青通常具有如下幾個(gè)特點(diǎn)：高溫穩(wěn)定性較好、彈性、韌性好，抗車轍能力好、改善水穩(wěn)定性、使用壽命長(zhǎng)。近幾年來(lái)的研究也表明，將熱塑性彈性體、樹脂、環(huán)氧樹脂、玻璃纖維、納米材料等改性劑通過(guò)物理、化學(xué)的方法加入到瀝青中，可以顯著改善瀝青混合料的低溫抗裂性、高溫穩(wěn)定性、抗老化等性能。

3 材料制備

本次試驗(yàn)將聚乙二醇與膨脹石墨體積比1：3、1：6、1：9三組配比(膨脹石墨密度太小不易稱量)，配制出聚乙二醇/膨脹石墨相變材料。

先用電子天平準(zhǔn)確稱取5.08g聚乙二醇(4ml)，將其加熱到熔融狀態(tài)，然后用量筒稱取12ml膨脹石墨倒入熔融狀態(tài)的聚乙二醇中，維持溫度在80℃，攪拌20min，使其充分混合，制備出體積比為1：3的聚乙二醇/膨脹石墨相變材料。

再用量筒稱取24ml、36ml膨脹石墨和5.08g聚乙二醇(4ml)以同樣的方法制備出體積比為1：6、1：9的聚乙二醇/膨脹石墨相變材料。

將基質(zhì)瀝青加熱并控制到160℃，將制備好的體積比為1：9的聚乙二醇/膨脹石墨相變材料按比例多次投入到已經(jīng)加熱好的基質(zhì)瀝青中，維持溫度在155℃到165℃，低速攪拌20min，制得濃度為1%、2%、3%的聚乙二醇/膨脹石墨改性瀝青。

4 降溫性能研究

將基質(zhì)瀝青與制備好的聚乙二醇/膨脹石墨摻量為1%、2%、3%的改性瀝青分別澆注到紙杯里，高度均為5cm，紙杯底標(biāo)上序號(hào)以便識(shí)別，然后傳感器的接頭插入試樣高度的一半。

室外試驗(yàn)要求天氣晴朗并氣溫達(dá)到30℃以上，將基質(zhì)瀝青及摻加不同比例的聚乙二醇/膨脹石墨改性瀝青置于能充分與陽(yáng)光接觸的某處(樓頂為益)，打開溫度記錄儀傳感器開關(guān)，放置于此保持時(shí)間從上午12點(diǎn)到下午7點(diǎn)，試驗(yàn)結(jié)束，記錄溫度傳感儀數(shù)據(jù)。

室內(nèi)采用500W的碘鎢燈作為光源模擬太陽(yáng)輻射的方法測(cè)出聚乙二醇/膨脹石墨相變?yōu)r青的溫度敏感性。試驗(yàn)中，試樣放置的位置要保證各個(gè)試樣受到的光照是一致的且放置在碘鎢燈下方50cm的位置，打開碘鎢燈照射2h，然后關(guān)閉并使試件自然冷卻，記錄此過(guò)程的溫度記錄儀數(shù)據(jù)。

5 結(jié)果分析

對(duì)改性瀝青進(jìn)行室外降溫試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)基質(zhì)瀝青及各摻量改性瀝青在16點(diǎn)30左右達(dá)到最高溫度且基質(zhì)瀝青>2%>1%>3%，升溫階段比較各摻量的升溫速率基質(zhì)瀝青>1%>2%>3%，可知聚乙二醇/膨脹石墨相變材料的添加可以降低瀝青的升溫速率；降溫階段比較各摻量的降溫速率，1%>基質(zhì)瀝青>2%>3%，知相變材料的摻加對(duì)其降溫也有一定的效果。摻量為3%的改性瀝青降溫效果最好，與基質(zhì)瀝青相比最大溫差達(dá)到8.8度，降溫效果明顯。

對(duì)改性瀝青進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)基質(zhì)瀝青及各摻量改性瀝青在升溫過(guò)程中，比較升溫速率基質(zhì)瀝青>1%>2%>3%，且能達(dá)到的最高溫度為基質(zhì)瀝青>1%>2%>3%，且基質(zhì)瀝青與摻入相變材料達(dá)到的最高溫度差值很明顯，這說(shuō)明相變材料的摻加達(dá)到改善瀝青溫度敏感性的目的。3%摻量的改性瀝青降溫效果最好，相比于基質(zhì)瀝青下降7.2度，下降得比較明顯。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)樣品進(jìn)行室外降溫試驗(yàn)，得出瀝青在升溫和降溫的過(guò)程中，因?yàn)閾饺刖垡叶?膨脹石墨復(fù)合相變材料，達(dá)到了改善瀝青溫度敏感性的目的。摻量為2%的改性瀝青降溫效果最好，與基質(zhì)瀝青相比最大溫差達(dá)到8.8度，降溫效果明顯。通過(guò)對(duì)樣品進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，說(shuō)明相變材料的摻加達(dá)到改善瀝青溫度敏感性的目的，降低升溫速率和溫度最大值。3%摻量的改性瀝青降溫效果最好，相比于基質(zhì)瀝青下降7.2度，下降得比較明顯。