相变保温材料改善季冻区路基路面热状况效果试验研究

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随着季节性冻土区沥青公路工程项目的开发与修建,由温度变化致使的公路病害问题愈加明显。在夏季高温条件下,路面易产生车辙等病害,而路基在冬季低温条件下易产生冻胀等冻害。然而,国内外对季节性冻土区路基路面由于温度变化致使的病害综合治理的研究较缺乏,常集中处理病害的单一方面。为此,为实现公路病害的综合治理,本文利用相变储能技术,将安徽美科迪公司生产的28PCM相变微胶囊应用于沥青路面中,将湖北赛默公司生产的m10PCM相变微胶囊应用于路基土体中,测试路基路面的热状况的改善状况,达到减少温度病害的目的。本文通过试验的研究方法对相变改性路基路面材料进行一系列的研究工作,主要研究成果如下:(1)通过差式量热扫描(DSC)、热重分析(TG)、红外光谱分析(FTIR)、扫描电镜(SEM)和激光粒度分析,测试分析了28PCM和m10PCM的各项使用性能。测试结果表明:28PCM储热性能良好,循环工作性能、热稳定性、包裹性好、化学稳定性良好,颗粒粒径小且分布均匀;m10PCM储热性能良好,循环工作性能良好,粒径小且均匀,离散性、包裹性好。因此,两种相变材料的综合使用性能良好,为解决路基路面中温度病害问题提供了技术依据。(2)通过将28PCM掺入基质沥青中制备抗高温相变改性沥青,研究了28PCM掺量对沥青基本性能、动态流变性能、老化性能的影响。结果表明:随着掺量增大,改性沥青的软化点逐渐提高,针入度逐渐降低,延度逐渐降低;改性沥青的抗高温性能明显上升;同时,老化性能试验表明其老化性能良好。(3)将28PCM掺入沥青混合料中制备抗高温相变改性沥青混合料,通过路用性能试验和路面温度场室外模拟试验研究28PCM掺量对混合料路用性能和降温性能的影响。结果表明:随着掺量增加,混合料路用性能有不同程度的下降,但都满足规范要求;温度场模拟试验得知当掺量为2.0%时,最大降温幅度可达2.3℃,降温性能良好,可有效避免高温病害。(4)将m10PCM掺入路基土体中制备抗低温相变改良土,保温性能测试结果表明:在10.0%掺量内,m10PCM掺量每增加1.0%,保温幅度平均提高约0.5℃,保温性能良好,且循环工作性能良好。路基温度场室内模拟试验结果表明:在降温过程中,当掺量为从0%增加至10%时,模型冻结深度最大差值为1.49cm,冻结深度减小了20.1%,保温效果明显,可有效预防低温冻害。
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