[发明专利]一种沥青路面用相变材料种类与使用层位的确定方法

说明书

本发明提供了一种沥青路面用相变材料种类与使用层位的确定方法，属于相变沥青路面领域，本发明通过结合沥青路面温度场及复合定形相变材料的热物性参数，计算相变材料的相变完成度和温度绝对差，对相变材料进行初步筛选，计算降温贡献率并且用降温贡献率表征相变材料对路面各个层位的作用效果。本发明提出的沥青路面用相变材料分子量与使用层位的确定方法，能够合理地对相变材料进行初步筛选，并且科学地向沥青路面层位掺加相变材料。

技术领域

本发明属于相变沥青路面领域，具体涉及一种沥青路面用相变材料种类与使用层位的确定方法。

背景技术

沥青路面因具有行车安全、平整度高和易于维修养等优点而被广泛采用。然而由于沥青材料具有温度敏感性，在高温条件下会导致路面易出现车辙、拥包、推挤等热稳性病害，这会降低沥青路面的使用耐久性和行车稳定性，增加出现交通事故的风险。同时，沥青路面吸收的辐射能量会不断积聚并向周围环境释放，导致近地面空气温度升高，加剧城市热岛效应，这会增加城市地区的建筑能耗，并降低行人舒适度。

为了减轻高温沥青路面的负面影响，目前国内外的研究者采取的主要方式有：透水式路面、保水式路面、热阻式路面以及热反射涂层等。以上方法经过研究测试已被证实具有一定的降温效果，但也存在一定的局限性，如透水式和保水式沥青路面的力学性能相对较低，且需保持充足的水分，利用蒸发带走路面热量；热阻式沥青路面会导致热量积聚在路面上面层，从而产生纵向温度应力，降低路用性能；热反射涂层会降低路面的抗滑性能，增加交通风险，同时存在剥落和开裂等耐久性问题。因此，寻找一种主动、高效的路面降温方法已经变得刻不容缓。

近年来，相变材料的出现提供了主动降低路面高温的可能。相变材料在建筑保温领域中的应用较为成熟，主要集中在水泥混凝土结构和石膏板等建筑保温材料中，通过相态的变化(固相、液相和气相)吸收或释放热量，从而对温度进行调节。然而将相变材料掺入沥青混凝土中，降低沥青路面高温的研究仍处于探索阶段。目前相变材料掺入沥青路面中的研究缺乏理论基础，并且沥青路面由于温度传递的滞后性会产生内部温度梯度，对路面使用层位相变材料的相变温度选择也有待分析。

为此本发明提供一种沥青路面用相变材料种类与使用层位的确定方法，通过对相变材料进行筛选以及对降温贡献率进行计算，从而可以更合理地确定相变材料种类和相变材料掺入层位。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种沥青路面用相变材料种类与使用层位的确定方法，通过计算相变完成度和绝对温度差对相变材料进行筛选以及对降温贡献率进行计算，从而可以更合理地确定相变材料种类和相变材料掺入层位。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案为：

本方案提供一种沥青路面用相变材料种类与使用层位的确定方法，包括以下步骤：

S1、通过利用ANSYS Fluent软件，建立沥青路面结构模型并对模型网络进行划分，设置沥青路面模型的边界条件，模拟获得典型夏季高温天气下沥青路面温度场及纵向温度梯度。

S2、制备复合定形相变材料试样，使用热重分析法(TG)和差式扫描量热法(DSC)按照标准程序对已制备好的相变材料试样进行试验，以获取复合定形相变材料的热稳定性和相关热性能参数；

S3、基于沥青路面温度场及复合定形相变材料的热性能参数，使用相变完成度和温度绝对差公式，计算不同分子量的相变材料在路面面层不同深处的相变完成度和温度绝对差，结合这两项指标筛选在沥青路面中各个层位拥有较高相变完成度和较小温度绝对差的复合定形相变材料。

S4、基于初步筛选的相变材料，确认相变沥青路面中相变材料使用层位，并结合复合相变沥青路面的物性参数，模拟道路路面降温幅度与深度关系曲线。

S5、基于降温道路路面降温幅度与深度关系曲线，获取相变材料使用层位沥青混凝土对路面面层降温贡献率，表征相变材料对路面各个层位的作用效果。