李芳宇

（江西省天馳高速科技發(fā)展有限公司，江西南昌 330103）

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的生活水平也在不斷提高，對(duì)公路的要求也越來(lái)越高。道路的交通環(huán)境是衡量一個(gè)城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)水平的重要指標(biāo)之一，因此，加強(qiáng)對(duì)道路的建設(shè)和養(yǎng)護(hù)就顯得尤為重要。但是，道路的建設(shè)和養(yǎng)護(hù)是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，難免會(huì)存在一些不確定的因素影響到人們的出行體驗(yàn)和交通安全，所以，必須采取相應(yīng)的措施以減少此類不確定因素的影響，而選用優(yōu)良的路面建設(shè)材料就是有效的措施之一。

瀝青混凝土作為一種優(yōu)良的路面建設(shè)材料，因其在抗拉強(qiáng)度、抗剪切應(yīng)力、抗折彎承載力等方面的顯著優(yōu)勢(shì)而得到廣泛的應(yīng)用。然而，由于我國(guó)的氣候條件復(fù)雜，高溫、嚴(yán)寒都對(duì)瀝青混凝土的路用性能有很大的負(fù)面影響，而在瀝青混合料中添加相變材料可以較好地解決這一問題。關(guān)于相變材料對(duì)溫拌瀝青混合料路用性能及微觀機(jī)理的影響，我國(guó)在此方面的研究起步較晚，目前還處于初級(jí)階段，對(duì)此加強(qiáng)研究有著重大的現(xiàn)實(shí)意義。

1 國(guó)內(nèi)外關(guān)于相變材料對(duì)溫拌瀝青混合料影響的研究現(xiàn)狀

目前，我國(guó)關(guān)于相變材料對(duì)溫拌瀝青混合料影響的研究已經(jīng)取得了一定的成果，但是與國(guó)外相比還是有很大的差距。主要存在的問題是，雖然國(guó)內(nèi)外的研究方向有所不同，但局限于相變材料對(duì)低溫下瀝青混合料性能的影響。對(duì)于相變材料的研究，國(guó)內(nèi)外的專家學(xué)者從不同的角度出發(fā)，提出了很多的見解[1]。

2 相變材料對(duì)溫拌瀝青混合料性能的影響

由于相變材料具有吸收或釋放潛熱的特點(diǎn)，對(duì)瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性會(huì)產(chǎn)生很大的影響。在低溫環(huán)境下，瀝青的黏度會(huì)降低，而當(dāng)瀝青處于較高的溫度時(shí)其黏度則會(huì)增高，從而導(dǎo)致瀝青的性能也隨之發(fā)生變化；因此，需要根據(jù)具體的情況選擇合適的相變材料，并對(duì)其進(jìn)行控制，以保證瀝青處于最佳性能狀態(tài)，從而保證道路路面的質(zhì)量[2]。

2.1 概述

相變材料按物質(zhì)狀態(tài)轉(zhuǎn)變方式可分為固—固相變、固—液相變、固—?dú)庀嘧?、液—?dú)庀嘧兯拇箢?，在一定的溫度和壓力下，物質(zhì)內(nèi)部會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成各種不同形狀的顆粒，這些顆粒的性質(zhì)也會(huì)隨著其外部物理化學(xué)特性的改變而變化。因此，在瀝青混合料中，可以根據(jù)所需要的力學(xué)性能要求，將具有相同密度的固態(tài)物質(zhì)進(jìn)行合理的組合，使其能夠滿足使用的需求。研究表明，瀝青混合料微觀結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是，其微觀組織的分布比較均勻，并且表面的孔隙率比較大，所以，在高溫環(huán)境下，其抗壓強(qiáng)度較高，而且抗拉伸的能力也較強(qiáng)；相變材料微觀結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)使得其性能的表現(xiàn)形式為，當(dāng)受到外界的作用力時(shí)，其會(huì)產(chǎn)生變形導(dǎo)致瀝青的黏度增高，同時(shí)，因?yàn)闉r青的黏度較高，就能使瀝青的抗拉、延展以及耐磨等方面的性能得到提高[3]。

2.2 相變材料的分類

在研究相變材料時(shí)，通常將其分為以下幾類：

一是無(wú)機(jī)相變材料。主要包括結(jié)晶水合鹽、熔融鹽、金屬合金等無(wú)機(jī)物，如鋁鎂石、鋁鎳礦等。

二是有機(jī)相變材料。主要包括石蠟、羧酸、多元醇等有機(jī)物，如硅酸鉛、二氧化硅等。由多種組分組成的復(fù)合型瀝青混合料即是一種有機(jī)相變材料，其中有一些組分是通過摻雜其他的物質(zhì)實(shí)現(xiàn)的。

三是合成橡膠。根據(jù)分子結(jié)構(gòu)的差異，可以將其歸納為一類，如聚乙炔、聚丙烯酰胺聚氨酯、環(huán)氧丙烷、甲苯二異氰酸鹽、二異氰酸鹽丁酮、三異氰酸鹽丁基苯磺酸鈉、甲基辛醇正戊四氫呋喃烴、環(huán)氧樹烷酮、三氯化碳等。

2.3 相變材料的正交優(yōu)化

在對(duì)相變材料進(jìn)行正交優(yōu)化的過程中，需要根據(jù)實(shí)際情況選擇出最優(yōu)的組合方案，并對(duì)其性能做出評(píng)價(jià)。在同一環(huán)境條件下，不同相變材料的性能是各不相同的，因此在選取合適的相變材料時(shí)，要考慮各種因素的影響，并結(jié)合具體的施工要求，制定出最合理的配置。

本文研究的主要內(nèi)容是利用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，以瀝青為基本原材料，采用熱重試驗(yàn)和低溫再生法，分別對(duì)其高溫失重率、溫度穩(wěn)定性以及凍融循環(huán)次數(shù)等指標(biāo)的變化規(guī)律進(jìn)行研究，從而得到最佳的配合比。

2.4 相變材料的性能及經(jīng)濟(jì)效益

在實(shí)際的工程建設(shè)中，會(huì)用到很多材料，但是這些材料的性質(zhì)和性能都不一樣，所以在施工時(shí)，需要根據(jù)不同的情況進(jìn)行選擇，這樣才能保證公路的整體質(zhì)量。

第一，相變材料的力學(xué)性能在對(duì)瀝青混合料性能影響的研究中是一個(gè)很重要的指標(biāo)，其直接影響到瀝青混合料的使用性能。如果所選用的原材料的抗壓強(qiáng)度比較高，就可以提高瀝青混合料的耐久性，從而延長(zhǎng)路面的使用壽命。

第二，相變材料的經(jīng)濟(jì)效益。由于我國(guó)的公路里程不斷增加，對(duì)瀝青的需求量也隨之增大，但瀝青價(jià)格昂貴的缺陷卻一直制約著公路建設(shè)事業(yè)的發(fā)展。而添加相變材料能夠有效地提升瀝青混合料的使用性能、延長(zhǎng)其使用壽命，從另一個(gè)角度看，即是減少了瀝青的使用量、降低了工程施工成本，在實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的同時(shí)創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益。隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，綠色出行的觀念逐漸深入人心，只有將節(jié)能減排的理念融入公路建設(shè)中，才能實(shí)現(xiàn)真正的可持續(xù)發(fā)展[4]。

3 溫拌瀝青混合料的微觀機(jī)理

相變材料的微觀結(jié)構(gòu)和性質(zhì)與瀝青混合料的性能密切相關(guān)，本文主要從以下兩個(gè)方面對(duì)溫拌瀝青混合料的微觀機(jī)理進(jìn)行分析。

第一，溫度效應(yīng)。由于各種物理因素的影響，使得瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性和抗車轍能力受到一定的限制，從而使其產(chǎn)生宏觀的熱傳導(dǎo)。當(dāng)瀝青的穩(wěn)定性降低時(shí)，會(huì)導(dǎo)致其形成大的冷脆裂紋，最終會(huì)使路面的使用壽命大大縮短。

第二，荷載作用。荷載的大小是決定瀝青混合料力學(xué)性能的重要指標(biāo)，而荷載的強(qiáng)度又是影響其抗車轍能力的關(guān)鍵。車輛荷載越大，那么瀝青路面就越容易出現(xiàn)疲勞破壞，而一旦超過了極限值，就很有可能引發(fā)交通事故。

3.1 溫拌瀝青混合料的組成

在對(duì)相變材料進(jìn)行研究時(shí)，一般會(huì)使用不同的材料對(duì)其改性效果做出評(píng)價(jià)，這些材料主要包括熱塑性瀝青和熱固性瀝青。

第一，熱塑性瀝青。熱塑性瀝青在加熱時(shí)能發(fā)生流動(dòng)變形，冷卻后可以保持一定的形狀，可以循環(huán)反復(fù)加熱、冷卻，性能保持不變，生產(chǎn)成本較低。

第二，熱固性瀝青。熱固性瀝青加熱時(shí)不能軟化，不能反復(fù)塑制。其特點(diǎn)是在一定溫度下，經(jīng)一定時(shí)間加熱、加壓或加入硬化劑后，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而硬化。硬化后瀝青的化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，質(zhì)地堅(jiān)硬，不溶于溶劑，加熱也不再軟化，如果溫度過高則會(huì)分解[5]。

3.2 溫拌瀝青混合料的微觀結(jié)構(gòu)

瀝青混合料的微觀結(jié)構(gòu)包括骨料的分布狀態(tài)，空隙的分布、形狀和大小等。影響瀝青混合料性能的主要物理力學(xué)性質(zhì)是孔隙率、比熱和空隙率。

第一，孔隙率。瀝青混合料的孔隙率與瀝青的密度、比熱導(dǎo)度、導(dǎo)熱系數(shù)等密切相關(guān)。

第二，比熱。瀝青混合料的比熱可隨著溫度的變化而改變，但在一定的范圍內(nèi)，隨著時(shí)間的增加，瀝青的體積會(huì)逐漸減小，所以，當(dāng)達(dá)到了飽和吸收值時(shí)，可以使其比熱降低。

第三，空隙率。在瀝青的流動(dòng)過程中，由于空氣的浮力作用，會(huì)使材料內(nèi)部的空隙發(fā)生膨脹，從而導(dǎo)致空隙減少。因此，當(dāng)外部的環(huán)境條件發(fā)生變化時(shí)，就需要對(duì)以上因素進(jìn)行控制，以保證瀝青混合料能滿足工程施工要求[6]。

3.3 溫拌瀝青混合料的抗裂性研究

在實(shí)際施工中，可以通過測(cè)試溫拌瀝青混合料的抗裂性判斷其是否滿足使用要求。如果瀝青混凝土存在裂縫、松散等缺陷，就會(huì)影響路面的質(zhì)量。所以，為了提高溫拌瀝青混合料的整體力學(xué)性能，需要對(duì)其裂縫、松散部位和薄弱受力區(qū)域的應(yīng)力應(yīng)變情況做進(jìn)一步的研究。

4 溫拌瀝青混合料微觀機(jī)理分析

在對(duì)瀝青混合料進(jìn)行加熱時(shí)，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，這些熱量會(huì)通過集料表面的縫隙傳遞到瀝青中，從而導(dǎo)致瀝青的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使其性能降低。因此，需要對(duì)集料的溫度場(chǎng)和微觀機(jī)理有充分的了解，并將其應(yīng)用在實(shí)際的施工過程中。

4.1 溫拌瀝青混合料基本性質(zhì)

溫拌瀝青混合料的熱導(dǎo)率會(huì)隨著溫度的變化而改變。當(dāng)瀝青的熱量超過了瀝青的飽和點(diǎn)時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致其內(nèi)部的空隙率和孔隙率不斷增大，最終使瀝青的黏結(jié)力降低，從而使其具有良好的低溫抗老化性能。通過研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)相變材料的加熱速率大于60℃/s時(shí)，就可以對(duì)混合料進(jìn)行冷拌，但同時(shí)，由于不同混合料的性質(zhì)不相同，因此，在同一個(gè)溫度區(qū)間內(nèi)，如果有兩種以上的材料混合，則需要對(duì)冷拌的時(shí)間做出相應(yīng)的調(diào)整[7]。

4.2 影響溫拌瀝青混合料微觀構(gòu)造的因素

影響瀝青混合料微觀構(gòu)造的主要因素是溫度。在高溫和寒冷環(huán)境下要對(duì)其采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施，使其處于正常的工作狀態(tài)。

第一，高溫時(shí)，可以路面上加鋪一層導(dǎo)熱系數(shù)較小的熱阻層，降低太陽(yáng)對(duì)瀝青面層的直接輻射量，使瀝青混合料的熱膨脹系數(shù)降低，從而提高瀝青的抗裂性。

第二，在寒冷環(huán)境下要使用保溫層，增強(qiáng)瀝青混合料的熱穩(wěn)定性，防止因?yàn)闊崃苛魇н^快而導(dǎo)致其微觀結(jié)構(gòu)被破壞。

5 關(guān)于相變材料對(duì)溫拌瀝青混合料路用性能及微觀機(jī)理影響的有效對(duì)策

第一，加強(qiáng)對(duì)相變材料的研究，并將其應(yīng)用到實(shí)際工程中，以提高路面使用壽命。

第二，在添加相變材料之前，應(yīng)先對(duì)瀝青混合料的性質(zhì)、物理力學(xué)以及低溫抗裂等方面的性能進(jìn)行測(cè)試，并根據(jù)測(cè)試結(jié)果確定最佳的配合比，以保證各項(xiàng)參數(shù)的合理性。

第三，在瀝青混凝土路面的攤鋪過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制溫度和濕度的變化，避免外界因素影響相變材料發(fā)揮作用。

第四，對(duì)于不同的施工條件，要根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整和優(yōu)化施工工藝，提高相變材料的耐久性和經(jīng)濟(jì)性，解決相變材料在循環(huán)過程中熱物理性質(zhì)的退化問題、相變材料易從基體泄漏的問題、相變材料對(duì)基體材料的作用問題。

6 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)不同的瀝青混合料，分別選取了兩種不同的配合比，即普通低熱型相變材料和高熱型高油泥混合料。在采用相同的摻量（即低熱型溫拌瀝青混合料與高油泥的比例為1∶4）、復(fù)合溫度為70℃時(shí)，低溫下的冷態(tài)循環(huán)時(shí)間長(zhǎng)，高溫下的再生效果好，但質(zhì)量差，易出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。此外，對(duì)于同一瀝青，由于其組成成分的差異，在不同時(shí)間段內(nèi)，需要采取不同的摻量，以達(dá)到最佳的性能。當(dāng)瀝青的摻入量過少，會(huì)導(dǎo)致相變材料的用量過多，則相變材料的性能將會(huì)下降；而當(dāng)瀝青的摻入量增加，則會(huì)降低相變材料的用量，相變材料的性能將會(huì)提高?？傊?，隨著人們對(duì)建筑節(jié)能的日益重視、環(huán)境保護(hù)意識(shí)的逐步增強(qiáng)，相變材料必將在今后的工程領(lǐng)域大有用武之地，也會(huì)逐漸被人們所認(rèn)知，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。