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◆摘 要：针对桂林市沥青路面的实际情况，试验主要是研究相变材料聚乙二醇对基质沥青和AC-13混合料的基本性能、高温稳定性、降温性能及抗车辙性能的影响，并将PEG2000作为实验要加入的相变材料。研究结果表明：随着相变材料的掺量增加，沥青混合料的高温稳定性有明显的提升，但对延度等低温性能影响大，需控制相变材料的掺量。
◆关键词：相变材料;聚乙二醇2000;高温稳定性;降温性能;抗车辙性能
1引言
桂林市雨水丰富，夏季时间长，日照充足，气温较高，且雨热基本同季。对桂林地区沥青路面车辙破坏的初步调查显示：在高温和雨水的双重影响下，目前桂林市沥青路面易出现车辙、裂缝、松散、坑槽等病害现象。高温和雨水的联合作用是导致被研究路面过早出现上述病害的主要原因。
长期以来，研究人员从沥青混合料性能提升和沥青路面结构改良等方面提出了一系列的抗车辙措施，如新材料、新工艺、新设备等研究。虽然这些措施能够在一定程度上增强沥青路面的抗车辙性能，但是这些措施忽视了温度对沥青路面影响这一重要因素，实施效果有限。聚乙二醇是一种水溶性良好的高分子化合物，可在相应熔点下熔化，吸收或释放热量保持温度维持在一定范围，是一种很好的相变材料，在工程中经常作为相变材料被使用。国内外在聚乙二醇相变材料维持温度稳定性做了许多研究。为此，本研究在已有相变材料研究的基础上，在沥青混合料中添加相变材料制备改性沥青混合料，研究在高温和雨水的作用下，相变材料掺入沥青混合料对沥青路面性能的提升。
2桂林市沥青路面路面性能调查情况及分析
研究小组于去年八月中旬选取了桂林市几段典型性路段的路面进行调查。以普陀路、中山北路、六合路、解放东路等为代表的市区中心沥青道路路段和以环城北二路、环城西二路为代表的外环沥青道路作为研究对象。
从表中看出，市区中心道路非机动车道路面破坏以啃边和拥包为主，机动车道中间路面以横、纵裂缝破坏为主，机动车道边缘以松散、啃边为主;外环道路路段及县级公路相较市区中心道路更为普遍和严重，非机动车道以坑槽和裂缝为主，机动车道以坑槽和横向裂缝为主。由以上调查结果可知桂林市的沥青路面通常出现松散、坑槽、裂缝、车辙和拥包等病害情况，而雨热同季即高温气候及雨水丰沛的联合作用是导致桂林市沥青路面病害出现的主因。水对沥青混凝土产生软化、 剥离和冲刷作用，降低沥青与集料的粘附性造成沥青混凝土松散、形成坑槽。实地调查的桂林市沥青路面结果充分地体现了桂林市沥青路面的高温稳定性和水稳性普遍不足。
3相变沥青混合料路用性能研究
基于前人研究经验，利用聚乙二醇的相变储热特性本研究将不同比例的聚乙二醇作为相变材料掺入沥青混合料中研究水稳定性、高低温稳定性以及抗车辙性能等。
3.1相变材料和沥青混合料的选择
本文主要根据相变材料的温度，水稳定性和热稳定性几个指标来选择相变材料。由于相变材料PE2000属于无机非金属晶体材料，能够在沥青中产生相互作用，提高沥青混凝土的导热性能，故本研究采用相变材料PE2000。采用热拌法将AC-13级配碎石与沥青拌和得到沥青混合料。
3.2相变材料对沥青混合料高温稳定性的影响
3.2.1室外升温模拟试验
为了更加准确地反映实际沥青混凝土路面的温度状况，对恒温沥青混凝土试件进行室外模拟试验，研究沥青混凝土的调温效果。根据AC-13级配，根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》《JTGE20-2011》PEG2000制作掺量分别为0、5%、10%、15%和20%（PEG2000与沥青质量的百分比）的马歇尔试件，利用试验仪器按照上述试验步骤进行室外模拟试验。在马歇尔试件从中心钻0.5cm的孔，将温度记录器插入孔内，并用成型的混合料的余料填充空隙。模拟路面升温过程，将马歇尔试件放置在晴天无遮挡的室外，每隔15min记录一次，连续12h，温度记录结果测试其在室外温度变化的情况下，对比不同配比的沥青混合料试件的温度升高情况，检测其高温稳定性。
3.2.2试验结果分析
由图可知，在升温阶段，五个试件的温差随时间增长而变大。当温度达到50℃左右时，未掺入PEG2000的试件升温曲线比较陡峭，而掺入PEG2000的试件，升温曲线变化较为缓慢，温度低于未掺入PEG2000的试件。说明相变材料在气温上升过程中都产生了“减少升温速率”和“降低高温峰值”的效果，其中在14：00～16：00降温幅度最大，与未掺入相变材料PEG2000的试件相比达到了1.6℃的降温效果，如图1 所示掺量5%的试件降温效果最好。在气温下降过程中，掺入相变材料PEG2000的试件和未掺入相变材料PEG2000的试件降温效果基本一致。
3.3浸水马歇尔试验
采用自动马歇尔击实仪成型圆柱体试件，根据规范规定，桂林市市区路面的击实次数为双面各75次。将成型好的标准马歇尔试件分为两组，一组在60℃恒温水槽中保温30-40 min后测其马歇尔稳定度Ms1;另一组在60℃恒温水槽中保温48h后测其马歇尔稳定度MS2;由式（1）计算残留稳定度
[Ms=ms2Ms1×100%]
式中：Ms为试件的浸水残留稳定度（%）;Ms1为试件的稳定度（KN）;Ms2为试件浸水48h后的稳定度（KN）
3.3.1不同掺量相变材料对浸水马歇尔试验的影响
为了研究相变材料对沥青混合料对沥青路面水稳定性的影响，采用浸水马歇尔试验的方法制定相应研究方案。掺量0%、5%、10%、15%和20%的沥青混合料各制备2组试件，第一组在60℃的恒温水槽中浸水0.5h后测试其稳定度Ms1，第二组在60℃的恒温水槽中浸水48h后测试其穩定度Ms2，试验结果见表2。
3.3.2试验结果及分析
由表2可知，随着相变材料的掺量增加，沥青混合料的浸水马歇尔残留稳定度逐渐降低，这是由于相变颗粒聚乙二醇（PEG2000）对水的吸附能力大于沥青，当受到水的作用，沥青膜更容易脱落从而破坏沥青混合料。虽然想变材料的掺入降低了沥青混合料的水稳定性能，但大多数仍能满足我国规范《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）的要求值，只有掺量20%相变材料的沥青混合料残留稳定度不符合规定的大于或等于85%的技术要求。
3.4车辙实验
根据实验相关结论表明，各种相变材料掺量的改性沥青抗车辙因子均随温度升高而呈现下降的趋势，但均高于基质沥青;且掺量越多，抗车辙因子越大，表明PEG的掺加可有效改善沥青的高温稳定性，增强高温抗车辙能力。
由图可知，不同掺量的改性沥青相位角均随温度的升高而呈现上升的趋势，但均低于基质沥青，且掺量越多，δ越小，说明高温抗车辙能力有所提高。
4结论
在沥青混合料中掺入聚乙二醇相变材料后，高温稳定性变高，水稳性虽降低但是在规定范围内。而且实验中发现随着聚乙二醇掺入量的增大，沥青混合料高温稳定性趋势没有增加反而降低且水稳性不断降低。经研究分析在5%时能同时具有较好的高温稳定性和水稳性，满足桂林市气候条件对沥青路面影响，对减少沥青路面病害有较大帮助。
◆关键词：相变材料;聚乙二醇2000;高温稳定性;降温性能;抗车辙性能
1引言
桂林市雨水丰富，夏季时间长，日照充足，气温较高，且雨热基本同季。对桂林地区沥青路面车辙破坏的初步调查显示：在高温和雨水的双重影响下，目前桂林市沥青路面易出现车辙、裂缝、松散、坑槽等病害现象。高温和雨水的联合作用是导致被研究路面过早出现上述病害的主要原因。
长期以来，研究人员从沥青混合料性能提升和沥青路面结构改良等方面提出了一系列的抗车辙措施，如新材料、新工艺、新设备等研究。虽然这些措施能够在一定程度上增强沥青路面的抗车辙性能，但是这些措施忽视了温度对沥青路面影响这一重要因素，实施效果有限。聚乙二醇是一种水溶性良好的高分子化合物，可在相应熔点下熔化，吸收或释放热量保持温度维持在一定范围，是一种很好的相变材料，在工程中经常作为相变材料被使用。国内外在聚乙二醇相变材料维持温度稳定性做了许多研究。为此，本研究在已有相变材料研究的基础上，在沥青混合料中添加相变材料制备改性沥青混合料，研究在高温和雨水的作用下，相变材料掺入沥青混合料对沥青路面性能的提升。
2桂林市沥青路面路面性能调查情况及分析
研究小组于去年八月中旬选取了桂林市几段典型性路段的路面进行调查。以普陀路、中山北路、六合路、解放东路等为代表的市区中心沥青道路路段和以环城北二路、环城西二路为代表的外环沥青道路作为研究对象。
从表中看出，市区中心道路非机动车道路面破坏以啃边和拥包为主，机动车道中间路面以横、纵裂缝破坏为主，机动车道边缘以松散、啃边为主;外环道路路段及县级公路相较市区中心道路更为普遍和严重，非机动车道以坑槽和裂缝为主，机动车道以坑槽和横向裂缝为主。由以上调查结果可知桂林市的沥青路面通常出现松散、坑槽、裂缝、车辙和拥包等病害情况，而雨热同季即高温气候及雨水丰沛的联合作用是导致桂林市沥青路面病害出现的主因。水对沥青混凝土产生软化、 剥离和冲刷作用，降低沥青与集料的粘附性造成沥青混凝土松散、形成坑槽。实地调查的桂林市沥青路面结果充分地体现了桂林市沥青路面的高温稳定性和水稳性普遍不足。
3相变沥青混合料路用性能研究
基于前人研究经验，利用聚乙二醇的相变储热特性本研究将不同比例的聚乙二醇作为相变材料掺入沥青混合料中研究水稳定性、高低温稳定性以及抗车辙性能等。
3.1相变材料和沥青混合料的选择
本文主要根据相变材料的温度，水稳定性和热稳定性几个指标来选择相变材料。由于相变材料PE2000属于无机非金属晶体材料，能够在沥青中产生相互作用，提高沥青混凝土的导热性能，故本研究采用相变材料PE2000。采用热拌法将AC-13级配碎石与沥青拌和得到沥青混合料。
3.2相变材料对沥青混合料高温稳定性的影响
3.2.1室外升温模拟试验
为了更加准确地反映实际沥青混凝土路面的温度状况，对恒温沥青混凝土试件进行室外模拟试验，研究沥青混凝土的调温效果。根据AC-13级配，根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》《JTGE20-2011》PEG2000制作掺量分别为0、5%、10%、15%和20%（PEG2000与沥青质量的百分比）的马歇尔试件，利用试验仪器按照上述试验步骤进行室外模拟试验。在马歇尔试件从中心钻0.5cm的孔，将温度记录器插入孔内，并用成型的混合料的余料填充空隙。模拟路面升温过程，将马歇尔试件放置在晴天无遮挡的室外，每隔15min记录一次，连续12h，温度记录结果测试其在室外温度变化的情况下，对比不同配比的沥青混合料试件的温度升高情况，检测其高温稳定性。
3.2.2试验结果分析
由图可知，在升温阶段，五个试件的温差随时间增长而变大。当温度达到50℃左右时，未掺入PEG2000的试件升温曲线比较陡峭，而掺入PEG2000的试件，升温曲线变化较为缓慢，温度低于未掺入PEG2000的试件。说明相变材料在气温上升过程中都产生了“减少升温速率”和“降低高温峰值”的效果，其中在14：00～16：00降温幅度最大，与未掺入相变材料PEG2000的试件相比达到了1.6℃的降温效果，如图1 所示掺量5%的试件降温效果最好。在气温下降过程中，掺入相变材料PEG2000的试件和未掺入相变材料PEG2000的试件降温效果基本一致。
3.3浸水马歇尔试验
采用自动马歇尔击实仪成型圆柱体试件，根据规范规定，桂林市市区路面的击实次数为双面各75次。将成型好的标准马歇尔试件分为两组，一组在60℃恒温水槽中保温30-40 min后测其马歇尔稳定度Ms1;另一组在60℃恒温水槽中保温48h后测其马歇尔稳定度MS2;由式（1）计算残留稳定度
[Ms=ms2Ms1×100%]
式中：Ms为试件的浸水残留稳定度（%）;Ms1为试件的稳定度（KN）;Ms2为试件浸水48h后的稳定度（KN）
3.3.1不同掺量相变材料对浸水马歇尔试验的影响
为了研究相变材料对沥青混合料对沥青路面水稳定性的影响，采用浸水马歇尔试验的方法制定相应研究方案。掺量0%、5%、10%、15%和20%的沥青混合料各制备2组试件，第一组在60℃的恒温水槽中浸水0.5h后测试其稳定度Ms1，第二组在60℃的恒温水槽中浸水48h后测试其穩定度Ms2，试验结果见表2。
3.3.2试验结果及分析
由表2可知，随着相变材料的掺量增加，沥青混合料的浸水马歇尔残留稳定度逐渐降低，这是由于相变颗粒聚乙二醇（PEG2000）对水的吸附能力大于沥青，当受到水的作用，沥青膜更容易脱落从而破坏沥青混合料。虽然想变材料的掺入降低了沥青混合料的水稳定性能，但大多数仍能满足我国规范《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）的要求值，只有掺量20%相变材料的沥青混合料残留稳定度不符合规定的大于或等于85%的技术要求。
3.4车辙实验
根据实验相关结论表明，各种相变材料掺量的改性沥青抗车辙因子均随温度升高而呈现下降的趋势，但均高于基质沥青;且掺量越多，抗车辙因子越大，表明PEG的掺加可有效改善沥青的高温稳定性，增强高温抗车辙能力。
由图可知，不同掺量的改性沥青相位角均随温度的升高而呈现上升的趋势，但均低于基质沥青，且掺量越多，δ越小，说明高温抗车辙能力有所提高。
4结论
在沥青混合料中掺入聚乙二醇相变材料后，高温稳定性变高，水稳性虽降低但是在规定范围内。而且实验中发现随着聚乙二醇掺入量的增大，沥青混合料高温稳定性趋势没有增加反而降低且水稳性不断降低。经研究分析在5%时能同时具有较好的高温稳定性和水稳性，满足桂林市气候条件对沥青路面影响，对减少沥青路面病害有较大帮助。