论文部分内容阅读
沥青对太阳辐射的吸收率高达0.8-0.9,易导致沥青路面在夏季产生高温,造成道路服役寿命降低、行车安全性下降、城市生态环境恶化等问题。利用相变材料相变过程吸收大量热,同时温度保持恒定的特点对路面温度进行调控,是一种主动、有效的解决沥青路面高温问题的方法。本文对相变材料在沥青路面中的传热过程进行了研究,建立了含相变材料沥青路面的温度场有限元模型,提出了路面控温用相变材料的热学性能要求;以聚乙二醇为相变材料,膨胀石墨作为封装基体,通过真空吸附法制备出适用于沥青路面控温的膨胀石墨/聚乙二醇定形相变材料,并研究了其对于沥青和沥青混凝土的控温效果与路用性能影响,主要结论如下:(1)建立了含相变材料沥青路面的传热方程和温度场有限元模型,确定了适用于沥青路面温度调控的相变材料性能参数;在沥青路面上、中、下面层分别加入相变温度为43?C、34?C和30?C的相变材料,同时采用低热导率的上面层材料及高热导率的中、下面层材料,可使沥青路面的面层最高温度降低5?C,最高温度出现时间延迟1.7h。(2)采用分子量为1500和1000的聚乙二醇作为相变材料时,所制备定形相变材料的相变温度分别为42.67°C和30.18°C,相变潜热分别为122.94J/g和121.89J/g,热导率分别为3.5202W/m·K和3.5141W/m·K,基本满足沥青路面下面层和上面层的控温要求;定形相变材料在200?C时质量损失小于3%,330?C时质量损失小于10%,经历50次温度循环后相变温度基本不变,相变潜热降低约1.0%,高温稳定性和耐久性较好,满足沥青混凝土的高温生产及服役要求。(3)所制备的定形相变材料可降低沥青的温度变化速率,延长升、降温时间,控温效果良好;使沥青的传热性能提升2倍以上,增强了沥青与外界的热交换能力,同时赋予沥青良好的储热调温潜力;提高了沥青的高温流变性能,对中温和低温流变性能有一定影响,但仍满足路用要求;定形相变材料在沥青中储存稳定性良好,但降低了沥青的施工和易性。(4)所制备的定形相变材料可降低沥青混凝土在40?C-50?C时的升温速率和35?C以下的降温速率,使沥青混凝土面层下2.5cm、7.5cm和12.5cm的最高温度分别降低3.7?C、3.9?C和3.9?C,控温效果显著;沥青混凝土实测控温效果与模拟控温效果无明显差异,沥青路面温度场模拟精度较好;改善了沥青路面的抗车辙性能,但降低了疲劳寿命,对于低温抗裂性能和抗水损害性能有一定影响,但仍满足路用要求。