抗凝冰相變?yōu)r青材料的研究

蒙柯江 成都市石室中學(xué)蜀都校區(qū)

抗凝冰相變?yōu)r青材料的研究

蒙柯江 成都市石室中學(xué)蜀都校區(qū)

在最近的幾年，我國(guó)開(kāi)始注重對(duì)于相變材料與瀝青的結(jié)合應(yīng)用。這種結(jié)合應(yīng)用，多以研究相變材料對(duì)溫度的一些相關(guān)調(diào)節(jié)，還有少部分是研究相變材料用于瀝青路面的抗凝冰的作用。在這其中，應(yīng)用于抗凝冰方向的應(yīng)用技術(shù)，大多使用的是微膠囊封裝技術(shù)，由于這項(xiàng)技術(shù)的成本過(guò)高，不能廣泛使用。本文從相變材料在抗凝冰瀝青中的適用性出發(fā)，分析了瀝青路面工程用相變材料的技術(shù)要求，在此基礎(chǔ)上具體研究了抗凝冰相變?yōu)r青材料。

抗凝冰 相變?yōu)r青材料 研究

相變材料，其本質(zhì)是通過(guò)本身的相變過(guò)程汲取或放出熱量來(lái)完成潛熱儲(chǔ)能工作的一種物質(zhì)。相變材料在此過(guò)程中，把熱量以潛熱的方式保存在材料內(nèi)部。同時(shí)，其還能夠通過(guò)釋放能量，來(lái)保持自身的溫度恒定。相變材料儀器特殊的保溫儲(chǔ)熱特質(zhì)，在建筑領(lǐng)域、紡織領(lǐng)域、節(jié)能領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用前景。而把相變材料與瀝青進(jìn)行融合，同時(shí)利用相變材料對(duì)于其自身的溫度平衡能力，這能夠很好的利用相變?yōu)r青材料對(duì)周?chē)h(huán)境有的自我調(diào)節(jié)的功能。目前，冬天路面積雪給人們帶來(lái)了很多生活上的不便利，阻礙交通運(yùn)輸、影響路面行人安全等。而且目前融雪化冰的方法成本較高且效果并不顯著，因此，我們希望通過(guò)把相變材料對(duì)溫度的調(diào)節(jié)能力應(yīng)用到抗凝冰瀝青中，大大減緩降雪給人們生活帶來(lái)的不便。

1 相變材料在抗凝冰瀝青中應(yīng)用的適用性

想要分析相變材料在抗凝冰瀝青中的適用性，首先需要分析現(xiàn)今溶雪化冰的方法。

1.1 現(xiàn)今對(duì)于路面溶雪化冰的方法

在現(xiàn)今，對(duì)于冬季路面溶雪化冰的方法主要有三種形式，第一種是清除法，第二種是融化法，第三種是自應(yīng)力破冰法。

清除法，是屬于人工清除或機(jī)械清除的方法，這種方法存在著效率低、耗能高的特點(diǎn)。

熔化法，是屬于對(duì)雪或冰進(jìn)行化學(xué)消融、加熱消融的方式，化學(xué)消融是對(duì)目標(biāo)進(jìn)行撒鹽處理，這種在某種意義上對(duì)環(huán)境造成一定的破壞，而綠色環(huán)保型的融雪鹽對(duì)于成本要求較高。而能夠融冰的加熱融化法，在使用中還存在著消耗高、維修費(fèi)用高的問(wèn)題，其主要采用的是導(dǎo)電瀝青混合料、微波加熱法等。

自應(yīng)力破冰法主要是針對(duì)粗糙的路邊或使用彈性比較強(qiáng)的橡膠路面，使用荷載的原理，達(dá)到清理冰面的目的，雖然這種方法十分有效，但還存在著工程難度大，對(duì)于比較厚的冰面難以消除的問(wèn)題。

現(xiàn)今的路面溶雪化冰的各種手段多多少少都存在著一些問(wèn)題，所以，加強(qiáng)瀝青路面自身的抗凝冰性是現(xiàn)在最有效的手段之一，而對(duì)于相變材料的利用，是能夠真正解決當(dāng)今破冰融雪難的這一問(wèn)題。

1.2 相變材料對(duì)于抗凝冰應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

隨著過(guò)去幾年里對(duì)于相變材料的研究探索，其特點(diǎn)正好與抗凝冰瀝青材料相符合。其特點(diǎn)在于能夠在較小的溫度區(qū)間內(nèi)，通過(guò)其本身的物理形態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變，從而與周邊發(fā)生冷熱的互換，并且隨著其本身的特質(zhì)，能夠向周?chē)栈蜥尫畔鄳?yīng)的能量，當(dāng)發(fā)生能量的轉(zhuǎn)換是，其產(chǎn)生了一個(gè)溫度變化的現(xiàn)象。這種能量吸收或釋放的現(xiàn)象，正是當(dāng)前抗凝冰瀝青材料的需要。

2 瀝青路面工程對(duì)相變材料應(yīng)用的技術(shù)要求

雖然現(xiàn)今存在的相變材料多種多樣，但是能夠適合當(dāng)今瀝青路面工程的卻為數(shù)不多。在美國(guó)的一家公司，對(duì)于現(xiàn)今市場(chǎng)的兩萬(wàn)多種相變材料進(jìn)行測(cè)試，才發(fā)現(xiàn)只有百分之一的材料有實(shí)際使用的價(jià)值。

抗凝冰相變?yōu)r青材料，不但要能夠應(yīng)付普通路面工程的要求，更要適應(yīng)交通荷載的反復(fù)作用，周?chē)匀灰蛩氐挠绊憽Ｋ詫?duì)于相變材料需要符合以下幾個(gè)條件。

第一個(gè)條件是，要有符合條件的相變溫度。即對(duì)于高溫溫度的調(diào)節(jié)，大約為30℃—55℃。對(duì)于低溫溫度的調(diào)節(jié)，大約為-5℃—5℃。

第二個(gè)條件是，要求相變材料要有相對(duì)較高的相變焓。

第三個(gè)條件是，在溫度過(guò)高的情況下有較高的導(dǎo)熱系數(shù)，相對(duì)的在溫度過(guò)低的時(shí)候有良好放熱效果。

第四個(gè)條件是，對(duì)于相變材料要有不錯(cuò)的相變循環(huán)的穩(wěn)定性。以及在200℃左右不分解的熱穩(wěn)性能。

第五個(gè)條件，也是極為重要的，就是相變材料和瀝青材料的混合，要有極好的化學(xué)兼容性，以保證材料都能夠發(fā)揮其良好的物理性以及化學(xué)性。

3 抗凝冰相變?yōu)r青材料的研究

3.1 原材料的選擇

在對(duì)相變材料的選擇中，一定要保證其材料能夠有相應(yīng)的抗揮發(fā)性，能夠與瀝青的互溶性。而我們平時(shí)常見(jiàn)的相變有機(jī)材料很難符合當(dāng)前的需要，所以對(duì)于原材料的選擇我們可以考慮復(fù)合的相變材料。這種復(fù)合的相變材料我們可以選擇正十二烷與正十四烷，并且我們還要考慮到相變?yōu)r青材料的流變性能與生產(chǎn)成本，還可以選擇低密度的聚乙烯HDPE8006與環(huán)氧大豆油作為復(fù)合材料的改性劑。

3.2 材料研究?jī)x器

在對(duì)于材料研究?jī)x器的選擇中，我們可以選擇德國(guó)的STA449C型綜合型熱分析儀與美國(guó)的PE100型紅外分析儀。

3.3 相變材料與瀝青的結(jié)合

當(dāng)前實(shí)際操作過(guò)程在瀝青的調(diào)配中加入相變材料主要有兩種手段，通常采取的是節(jié)約成本的直接添加的方法，從而考察相變材料在瀝青摻入中所起到的作用，通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以表明膠質(zhì)所具有的可塑性與粘性是最好的，排在第二位的是芳香酚。

瀝青是由多種復(fù)雜的碳?xì)浠衔锛捌溲?、硫、氮等非金屬衍生物組成的混合物，瀝青組分可以分為飽和酚、芳香酚、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)。相變材料混合物為有機(jī)直鏈烷烴，將相變材料摻入瀝青之后，瀝青組成成分與相變材料可能發(fā)生相互作用，若發(fā)生相互作用，則相變材料在瀝青中不能發(fā)揮其相變作用，不能達(dá)到抗凝冰的目的，故采用紅外光譜分析試驗(yàn)對(duì)相變?yōu)r青進(jìn)行分析其是否發(fā)生了相互作用。

4 結(jié)論

綜上所述，對(duì)于相變材料與瀝青進(jìn)行結(jié)合，而產(chǎn)生的抗凝冰型瀝青非常有利于當(dāng)前的道路使用。這可以在很大程度上減少路面冰層的產(chǎn)生，更能夠減少因路面冰層導(dǎo)致的交通事故，這項(xiàng)技術(shù)的研究在利國(guó)利民的方面，能夠展現(xiàn)非常大的作用。

[1]朱建勇,何兆益,林菲飛.抗凝冰相變?yōu)r青材料的研究[J].材料導(dǎo)報(bào),2015,(S2):472-475.