路用相变材料研究现状和发展趋势

刘涛¹，郭乃胜¹，谭忆秋²，尤占平³，金鑫¹

1. 大连海事大学交通运输工程学院2. 哈尔滨工业大学交通科学与工程学院3. 密歇根理工大学土木与环境工程系

摘 要：相变材料（PCMs）作为调温材料出现在人们视野以来,其多样性及功能性不断发展,被广泛应用于建筑材料领域,调温和节能效果十分显著。PCMs具有智能性和自发性,能有效调节基体材料的温度范围,这一特点也适用于交通材料领域,用于道路的调温从而减少温度病害。此外,采用合适的PCMs还可赋予路面更多的功能性,如融雪、抵抗冻融循环及城市热岛效应等,十分契合我国智能交通、绿色交通的可持续发展理念。然而,PCMs在交通材料领域的研究尚不成熟,从路面应用形式到材料的选取等方面均存在诸多问题。PCMs种类繁多,根据相变形态分为固固和固液型两大类。固固型具有极高的相变温度,难以满足道路环境所需的温度需求,而固液型相变过程出现的液相形态和体积变化会破坏路面的结构,均难以满足相变路面关于调温效果和力学特性的要求。目前提出的解决方案引入了其他材料弥补的方式。具有较好前景的方案包括复合相变材料（CPCMs）、封装包覆、化学桥联、微胶囊等。其中CPCMs具有多样性,可根据需求选取合适的基体材料和固液型相变材料（SLPCMs）,通过物理吸附将两者结合;封装包覆是在PCMs外侧形成包覆外壳防止液相PCMs流动并提供足够的力学性能,如溶胶-凝胶工艺;化学桥联通过分子桥加强了基体材料和PCMs之间的联系;而微胶囊类似于封装包覆的原理,但主要针对液相PCMs且具有较小的粒径,可减轻对路面的不利影响。此外,聚氨酯固固相变材料也具有较好的路面适用性,可通过调整化学反应对其相变特性进行调节。本文综述了路用相变材料的研究进展和发展趋势。首先明确了相变沥青路面的工作原理,确定了相变沥青路面系统的最佳应用形式,基于此提出了路用相变材料的技术要求;其次根据要求对纯相变材料进行筛选并分析了路用前景,引入复合相变材料（CPCMs）和微胶囊技术改善沥青路面中PCMs的工作环境,并对其路用适配性和应用前景进行评价;最后提出了相变自愈复合微胶囊的构想,丰富了智能路面的多样性,并对今后的发展进行了展望。

关键词：道路工程;相变材料;智能路面;自愈合;储能放热;自融雪;