天津市津南区公路建设养护中心 300350
摘要：DTC道路相变调温沥青混合料利用太阳能，通过相变存储热量，削减路面温度和环境温度温差值，有利于提高秋末冬初季节快速降温过程中沥青路面抵抗低温收缩开裂的能力，提高路面使用寿命。同时，当环境温度剧变时，消除公路产生黑冰（霜冻）安全危害，减少结冰路面安全事故及交通瘫痪发生。相变材料绿色环保，达到冬季融冰融雪，夏季降低路面高温的作用。
关键词：DTC相变调温添加剂；温度；环保；安全；融雪
DTC 道路相变调温材料，通过相变材料储存能量，在不同环境温度进行相变调温，智能调控沥青路面温度，避免普通沥青混合料对温度的敏感性，克服环境温度的不利影响，降低出现高温车辙，低温开裂的破坏现象，延长沥青混合料温度疲劳寿命，改变了沥青混合料的性能，使道路寿命延长。同时，通过对自然界温度的吸收和释放，自动调节路面温度，达到冬季融冰融雪，夏季降低路面高温的作用，有效防控交通事故安全隐患。
该种材料的试验路为津港公路，位于天津市津南区，属于国省重载干线，一级公路，本次DTC沥青混合料试验段应用于K22+077—K24+077，路面宽24m，面积48000m2，应用于4cm沥青砼表面层。
1、施工前准备
1.1 DTC相变调温材料作用原理研究
相变材料（PCM - Phase Change Material）：是指随温度变化而改变物质状态并能提供潜热的物质。转变物理性质的过程称为相变过程，这时相变材料将吸收或释放大量的潜热。
DTC道路相变调温材料，是通过对植物的临界萃取、冷冻离析，然后通过碱化、螯合等工艺，利用化学盾构的方式复合而成的新型化合物。
蓄热机理与特点：相变材料具有在一定温度范围内改变其物理状态的能力。以固－液相变为例，在加热到熔化温度时，就产生从固态到液态的相变，熔化的过程中，相变材料吸收并储存大量的潜热；当相变材料冷却时，储存的热量在一定的温度范围内要散发到环境中去，进行从液态到固态的逆相变。在这两种相变过程中，所储存或释放的能量称为相变潜热。物理状态发生变化时，材料自身的温度在相变完成前几乎维持不变，形成一个宽的温度平台，虽然温度不变，但吸收或释放的潜热却相当大。
1.1 DTC原材料试验
1.2沥青原材料
沥青采用山东滨洲70号基质沥青掺加SBS改性沥青，技术性能指标满足设计要求。
1.3粗集料试验
粗集料采于蓟县料场，技术指标试验结果满足设计要求。
1.4细集料试验
与粗集料来自同一石料场，技术性能试验结果满足设计要求。
1.5矿粉
采用石灰岩类石料加工，技术性能试验结果满足设计要求。
2.室内各项性能指标研究过程
采用 AC－13密级配，矿料规格和密度见表 5。试验方法与普通沥青混合料试验方法相同，将DTC道路相变调温材料添加剂按添加量加入到温度在 180 ～ 185 ℃的沥青混合料中拌和10min（在拌和锅内），按规定时间拌和制件。
表1沥青混合料技术性能试验结果
3.室内试验结论
1、DTC材料在沥青混合料拌合、施工、摊铺应用中安全可靠，经济技术指标可行。
2、马歇尔检测结果、低温抗裂性、稳定性、冻融劈裂、自调温沥青混合料路用性能满足公路技术标准性能要求。
4、DTC添加剂的使用剂量和施工工艺
4.1 DTC 添加剂的使用剂量
DTC添加剂的使用剂量为沥青混合料的 0.3 ～ 0.5％，即每吨沥青混合料中掺入 3 ～4kg。本次试验道路使用剂量则为沥青混合料的0.4%，即每吨沥青混合料中掺入4kg。严寒（-25℃；-20℃）添加0.5%，0.45%。特殊寒冷路段使用剂量可为沥青混合料的0.5％。
每仓沥青混合料的相变材料实际添加量应按下列公式计算：
m = M×c
m — 相变材料实际添加量，单位为千克（Kg）；
M — 每仓沥青混合料实际产能，单位为千克（Kg）；
c — 相变材料掺量，4%剂量。
（估算用量：每公里单车道（3.75米宽）DTC用量为1吨。）
4.2 DTC添加剂沥青混合料的生产工艺
DTC添加剂的使用工艺简单、方便，在沥青混合料拌和过程中加入其内即可，采用投料器中投放，投料器投放前预先调试好投放速度，相变材料实际添加量的误差不超过±0.05%。先对矿料进行干拌，喷入沥青后10s，从拌和机观察口一次性将相变调温剂投入拌合楼中，拌和时间最好增加10秒以上。沥青加热至165℃以上，最高不超过170℃；矿料加热至195℃；相变自调温沥青路面材料的出厂温度控制在175℃以下。成品沥青混合料的质量控制和储存运输按常规沥青混合料进行。
5、DTC添加剂沥青混合料的生产工艺注意事项
（1）DTC在沥青混合料拌和时直接掺入，不替代矿料和沥青。沥青混合料拌和楼DTC用量根据掺量和每仓实际混合料产量计算决定。（如实际每盘产量为2000kg，DTC掺量为0.4%，则每仓DTC用量为8kg）
（2）DTC投放方式：相变调温剂的掺入无需改变任何技术和设备条件，即可手工投放，也可机械自动添加。
a）人工投放：拌和前先将相变调温剂称量好，装入袋中，置于拌合楼投放口处，然后通过观察或预先加工好的投料口进行人工投放。
b）机械自动投放：可以考虑投放相变调温剂的输送设备进行投放。通常试验室或者施工时用量较小，可采用人工计量后投放；现场拌和施工中，如果是大批量使用，可以考虑增加一台计量相变调温剂装置，再经过输送设备进行投放。
（3）DTC投放注意事项：
a）生产前，确保拌和楼的各项指标处于正常，温度控制精准、稳定，搅拌性能可靠，以保证相变调温剂迅速的熔融分散。
b）生产中，投放应按照设定时间和掺量稳定进行，不得影响拌和楼正常生产，并采取预防措施确保施工中不发生漏投、多投、错投、投放时间错乱等问题。
c）在生产前对投放人员进行必要放操作培训及技术交底，对投放人员采取必要的安全保护措施。生产过程中随时核对产量及投放量是否匹配。
6、现场施工
与热拌沥青混合料的常规施工工艺相同，筑面层前，检查基层或下卧沥青层的外观及质量，基层或下卧沥青层已被污染时，必须清洗或经铣刨处理后方可铺筑。并应满足面层的功能性要求，混合料不易离析，便于施工。
6.1沥青混合料的摊铺
应保持连续、均匀、不间断的摊铺。摊铺速度1-3米/分钟。摊铺成型碾压前严禁人员在路面上行走，确保路面平整度。
6.2沥青混合料压实
（1）碾压前保证压路机碾压轮表面洁净禁止将轮上带杂物进行碾压。
（2）与普通沥青砼碾压工艺相同，采取初压、复压、终压碾压顺序，碾压时注意：在混合料摊铺后较高温度下进行，并不得产生推移、发裂。压路机碾压4～6遍，最好多压2遍；无显著轮迹。速度控制在1.5-2Km/h，低处向高处碾压，相邻碾压带应重叠1/3～1/2轮宽，最后碾压路中心部分，压完全幅为一遍。碾压时将驱动轮面向摊铺机，碾压路线及碾压方向不应突然改变而导致混合料产生推移。压路机起动、停止应提前减速缓慢进行。终压紧接在复压后进行，终压采用30t以上轮胎压路机，终压不宜少于4遍，终压速度为2.5-3.5Km/h，路面应无轮迹。压路机的碾压段长度与摊铺速度相适应，并保持大体稳定。压路机每次由两端折回的位置应阶梯形的随摊铺机向前推进，折回处不应在同一横断面上。在摊铺机摊铺的过程中，压路机不得随意停顿。
（3）压路机不得在未碾压成型的路段上转向、调头或停车等候。振动压路机在已成型的路面上行驶时应停止震动。
（4）在当天碾压的尚未冷却的沥青混合料面层上，不得停放任何机械设备或车辆，不得散落矿料、油料等杂物。
（5）待摊铺层完全自然冷却，混合料表面温度低于50℃后，方可开放交通。特殊要求时需要开放交通时，终压后可采取洒水降温方法。
（6）质量控制及标准：对其原材料、级配、配合比、含油量、马氏试验测定稳定度、流值等各项技术指标检测。碾压后的成品现场钻芯取样，用蜡封法测定密实度。
7、工程应用结果
应用于津港公路大修工程面层（改性AC-13），桩号K22+077-K24+077，全长2000米，路面宽24米。抽检试验结果如下表所示：测试环境温度：现场采用温度计定时检测实时气候温度
检测结果如表1所示。实时环境平均温度为 -7.5℃。DTC沥青路段路表温度与普通路面温差为2.9℃。温度调节效果明显，而且在2019年1月下中雪过程中，下雪后试验路与普通路段进行融雪比较，试验路路面没有明显积雪，随着下雪过程慢慢溶解，而且沥青砼不结冰板，雪后5小时左右基本融雪，效果明显。该试验路达到了预期的效果。
8、应用结论
DTC道路相变调温材料在不同环境温度进行相变调温，智能调控沥青路面温度，避免沥青混合料对温度的敏感性，克服环境温度的不利影响，降低出现高温车辙，低温开裂的破坏现象，且可在雪天自行融雪（中小雪），有效避免形成黑冰（大暴雪），有效避免雪天行车安全事故，经济效益和社会效益极其显著。DTC道路沥青混合料的性能特点：预防冻雨、冰雪层危害；融薄雪，减少环境绿化危害；应用安全可靠；施工简单易操作。安全效果：有效减少因冰雪、黑冰带来的行车安全事故隐患。环境效果：避免融雪过量用盐或融雪剂对绿化、土壤、车辆的破坏。社会与经济效果：该种材料使得沥青路面寿命延长。降低冬季降雪引起的安全事故，有效的减少融雪剂的使用，环保效果明显，该材料顺应我国的新时代的绿色发展理念，社会及经济效果明显。
参考文献
［1］《公路沥青路面设计规范（（JTGE20-2006）》
［2］《《公路沥青路面施工技术规范（（JTGEF40-2004）》
［3］《公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTGE20-2011）》
［4］《公路沥青混合料用融冰雪材料 第1部分：相变材料JT/T1210.1-2018》
论文作者:王军
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年8期
论文发表时间:2019/7/31
标签：沥青论文; 材料论文; 温度论文; 压路机论文; 路面论文; 潜热论文; 添加剂论文; 《建筑学研究前沿》2019年8期论文;