PDF《基于相变材料的调温沥青路面应用研究进展》

2009 年? 日本 凉爽路面 已 中国材料进展 第36 卷 超过

80 万m2 ? 且每年以超过

27 万m2 的速率增加[3] ? 而前者工程实例证明无法彻底解决沥青路面车辙问题? 研究的重点则在于如何降低路表温度和开发相应的储放 热技术[4] ? 最初提出 凉爽路面 是为了缓解城市 热岛 效应 ? 凉爽路面 可以在现有的路面技术基础上? 通 过材料改性、 新颖设计、 引进新材料等方式实现[5-7] ? 相变储能材料( Phase Change Materials? PCMs) 是 一种通过物态变化进行吸热( 放热) 的材料? 相变储能 是基于相变材料的一种高新储能技术? 具有储能密度 大、 输出温度和能量稳定等优点? 可调节能量转换利 用在时间和空间上的矛盾[8] ? 近年来国内外学者开始 逐渐将 相变材料应用于沥青路面? 构筑调温沥青路面? 通过控制沥青混凝土路面温度场? 减少沥青路面 病害? 本文综述了相变材料在调温沥青路面的应用研 究进展及现存问题? 重点阐述相变材料掺入沥青混合 料的方式? 并提出沥青路面用相变材料的主要性能要 求与标准?

2 相变材料概述 相变储能作为热能存储的分支? 又被称为潜热储 能? 不同于利用材料固有热容进行的显热储能? 是利用 材料在物态变化时吸收( 放出) 大量潜热而进行的储能 方式? 在储能领域中占据极其重要的地位? 2?

1 相变材料分类 相变材料按其化学组成分为

3 类: 无机类、 有机类 以及低共熔物? 无机类相变储能材料包括熔融盐、 结晶 水合盐、 金属合金等? 常用的有机类相变材料有烷烃、 石蜡、 脂肪酸和醇类等[9] ? 几乎所有的无机水合盐类相 变材料都存在明显的过冷和相分离现象? 而有机相变材 料过 冷度较低? 对储热实际应用影响不大? 应用较广[10] ? 2?

2 相变材料热学性质与稳定性 相变温度和相变焓是评价相变材料热物性质的重要 指标? 差式扫描量热法(DSC) 通过保持系统温度平衡? 改变输入能量使得测试相变过程的温差变为测试能量差 成为可能? 热效应峰前半沿速率变化最大处切线与基线 交点即为相变温度? 曲线与基线的积分所得面积即为相 变焓(图1)? 鉴于大多数 PCMs 的低热导率? 延长了储 能周期? 国内外学者提出掺入高电导率的石墨颗粒或纤 维材料以增强 PCMs 的导热性[11?12] ? 热学稳定性是评价相变材料的另一项重要标准? 通 过其在重复相变后其热物性变化差异表征? 许多研究人 员进行了热循环试验以检查 PCMs 的稳定性[13?14] ? 结果 显示有机 PCMs 往往比无机 PCM 具有更好的热稳定性? 图1相变材料的 DSC 曲线 Fig?

1 DSC curve of the PCMs 2?

3 共晶系相变材料 PCMs 的实际应用中? 其相变温度是制约材料选择 的一个重要因素? 国内外学者依据热力学理论? 对二元 共晶体系的相变焓及相变温度进行分析? 在单元相变材 料A中加入 B? 其相变温度逐渐下降? 在C点处? 两相 同时结晶(图2)? 最终以共晶点比例混合的共晶相变系 与单元相变材料的相变性能一致? 具有确定的单一相变 温度与相变焓[15] ? 这为制备具有合适相变温度及相变 焓的多元体系相变材料提供了理论基础? 图2二元共晶系相图 Fig?

2 Phase diagram of binary eutectic system 2?

4 定形相变材料 相变材料虽有诸多优点? 但考虑到其在相变过程中 的物态变化可能会出现液态? 极容易泄露? 目前建筑行 业用相变材料多采用一定的封装技术? 形成定形相变材 料? 微观呈现固―液相变形态? 宏观上呈现固―固相 变? 以保证复合材料的热稳定性和耐久性? 定形相变材 料一般由载体基质和相变材料组成? 载体基质多为聚合 物或无机多孔材料? 其中高密度聚乙烯、 低密度聚乙 烯、 苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物等聚合物与石蜡、 脂肪酸等有机相变材料在组成、 性质具有相似性? 故而 有着非常好的相容性? 可形成形状稳定的复合相变材