论文摘要
沥青路面在广泛应用的同时也面临着一系列的温度病害,如车辙、推移、拥包、泛油等,影响路面使用性能；高温沥青路面释放的有机挥发物和大量热量,不仅污染周围环境,而且延长低空大气的高温时间,加剧城市热岛效应。本文依托国家自然基金项目,基于相变理论,选择有机固-液相变材料为相变储热物质,无机多孔材料为定形载体,通过溶胶-凝胶法研制出一种适用于沥青路而且可替代沥青混合料细集料的定形相变降温材料,该材料在使用过程中,有机相变材料跟无机多孔材料两个独立组分之间不会彼此剥离,具备优异的整体性及较好的热性能等。首先,根据沥青路而工程的施工、使用温度及使用条件需求,对新戊二醇、脂肪酸、脂肪醇、石蜡、聚乙二醇等有机相变材料的结构性能进行研究,优选出相变温度适宜、相变焓高,结晶性能稳定,化学结构稳定,热稳定性高的聚乙二醇（PEG）作为相变材料；从孔结构,孔径大小,强度,吸附特性及封装效果等多角度出发,对比分析大孔吸附载体（陶粒滤料,变色硅胶,分子筛,轻质页岩陶粒,多孔火山岩等）,介孔吸附载体（二氧化硅（SiO2）凝胶等）及微孔吸附载体吸附PEG的效果,确定出孔径适宜,孔容大,吸附特性好,且定形封装效果佳的介孔SiO2凝胶作为PEG的吸附载体。其次,从分子结构上分别剖析硅溶胶与PEG的物理化学特性,探讨两者之间的相互作用,分析溶胶凝胶化过程中介孔SiO2网状凝胶吸附或填充PEG的作用机理。根据溶胶凝胶化条件,分别从反离子聚沉角度及热力学不稳定角度将溶胶-凝胶法分为促凝剂促凝法和温度促凝法。利用氯化钾溶液、氯化钙溶液、氯化铝溶液等促凝剂和室温～70℃的温度条件分别促进溶胶凝胶化,制备出的定形相变降温材料分别称为SS-PCMsl和SS-PCMs2。然后,运用综合热分析（DSC）研究两种SS-PCMs的热性能,其中SS-PCMs1的相变焓为326-91.5J/g; SS-PCMs2 为 63.4～128.4J/g,促凝剂Ca2+的加入明显影响了SS-PCMs1的相变行为。研究Ca2+、SiO2对SS-PCMs的各项性能的影响,得出Ca2+与PEG的O原子形成配位键,配位数约为4,晶态PEG转化为非晶态,失去原有的结晶结构,结晶性能大大降低。不同于Ca2+的化学配位作用,SiO2作为一种杂质,产生物理禁锢作用,影响PEG的完美结晶：一方面SiO2的界而硅羟基与PEG链段的醇羟基之间形成氢键作用,又在表面张力、毛细管力等作用下,PEG链段运动受阻,结晶受限；另一方面SiO2介孔结构的空间位阻与牵制作用,限制了PEG晶格整齐排列,结晶区规整性下降,缺增多,最终导致SS-PCMs相变焓较理论相变焓低。运用DSC、XRD、FTIR、TG 及 POM等分析手段,分析SS-PCMs2的相变焓、相变温度随着PEG分子量及PEG有效含量的增加的变化规律,探讨PEG在SiO2骨架结构内部及表面的分布状态、结晶形态、作用机理、相变行为等。采用固化体系强度高的不饱和聚酯树脂（UPR）及热传导系数高的石墨,铜粉及铝粉改善SS-PCMs2的力学性能及热传导性能,得出UPR掺量达到刚好完全裹覆SS-PCMs2并形成骨架支撑时,SS-PCMs2的力学性能最优；掺加石墨粉的SS-PCMs的热传导性能最佳,导热系数高达0.588 W·m-1℃-1,较SS-PCMs2提高约110.75%。最后,将SS-PCMs2与沥青材料混合,研究其相容性,热性能,结晶性能,热稳定性等。采用SS-PCMs2颗粒制备出相变储热型沥青混合料试件,由70℃水浴加热的方法测试其调温效果,探讨相变储热降温型沥青混合料的传热机理。当SS-PCMs2掺量为3.5%时,相变储热降温型沥青混合料的温度较普通沥青混合料的温度低约4.0℃。
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