《相變控溫瀝青混凝土的製備與性能研究》是依託武漢理工大學，由陳美祝擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：相變控溫瀝青混凝土的製備與性能研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：陳美祝
- 依託單位：武漢理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
瀝青為黑色材料，吸熱能力強，夏季易引起路面高溫，對道路耐久性、交通安全和生態環境造成嚴重影響。本項目擬將相變材料作為瀝青混凝土的功能組分，利用其相變吸熱、體系近似恆溫的特性，控制路面溫度，以解決路面高溫產生的系列問題。為實現相變材料與瀝青混凝土的融合，擬將固-液有機相變材料與多孔礦物載體材料複合改性，以集料與填料形式製備出定形相變材料；採用模糊理論-均勻設計-統計調優有機結合的方法，結合瀝青混合料設計原理，製備出能調節路面溫度的相變控溫瀝青混凝土。採用連續介質損傷力學理論研究車輛荷載-溫度耦合作用對其熱學性能、路用性能及微觀結構的影響機制；基於路面溫度場理論和瀝青的粘-溫特性，建立路面控溫效果模型，為解決路面高溫問題提供新技術和理論基礎。本項目的開展對提高和保證道路工程結構的耐久性和安全性，實現道路工程與環境友好目標具有重要的理論和實際意義。
結題摘要
瀝青為黑色材料，吸熱能力強，因而在夏季易引起更高的路面溫度，導致車轍、推擠等病害，對道路耐久性、交通安全和生態環境造成嚴重影響。本項目將相變材料PCM作為瀝青混凝土的功能組分，利用其相變吸熱、體系近似恆溫的特性，控制路面溫度，以解決路面高溫產生的系列問題。首先，基於瀝青混凝土的車轍動穩定度和夏季宜居環境要求，確定了夏季瀝青路面控溫範圍為瀝青軟化點或當量軟化點±（3～5）℃，以此作為PCM相變點的選取依據。為解決PCM在瀝青混凝土中的植入技術問題，採用多孔礦物載體材料（有機化蒙脫土OMMT與鋼渣集料）製備了微粉系與集料系兩種類型的定型相變材料SSPCM，同時採用商用的SSPCM，分析了其熱性能、組成結構、微觀形貌，研究了不同SSPCM對瀝青性能的影響，優選出可用於製備相變瀝青混凝土的SSPCM。以武漢地區氣候特點為基礎，借鑑SHRP計畫相關規範，計算了PCM的理論摻量。在此基礎上，採用熱拌、冷拌與自流平灌漿技術製備了3種不同類型的相變控溫瀝青混凝土，並採用室內模擬太陽輻射環境的升溫試驗、輪轍試驗、三點彎曲實驗以及Hot Disk導熱係數儀，分別研究了不同混凝土的控溫性能、高低溫路用性能與熱學性能，結果發現採用灌漿技術製備的相變控溫水泥瀝青複合式混凝土能實現控溫功能與路用性能的平衡，具有較好的工程套用前景。該複合混凝土車轍動穩定度達到21000次/mm，彎曲勁度模量14385MPa，分別為通密級配瀝青混凝土的3.6倍、6.6倍；同時其導熱係數大則導熱散熱快，且其體積熱容小，則顯熱儲熱能力小，因此該混凝土路面在夏季更不易產生高溫病害。最後，基於路面溫度場理論和瀝青的粘-溫特性，建立了相變控溫水泥瀝青複合式混凝土路面的控溫效果模型，通過ANSYS軟體分析，模擬了該路面在夏季持續高溫天氣下的溫度場分布，並採用三層疊加車轍板進行室外光照試驗，驗證和評價了溫度場模擬結果。該項目研究成果以系列文章發表在國內外專業雜誌上，目前已發表論文8篇，其中SCI收錄2篇、EI收錄5篇；申請國家發明專利2件，其中1件已授權；培養本科生3名、碩士生4名。該項目研究成果為解決瀝青路面高溫所產生的系列問題提供了理論基礎與技術指導。
