DTC自调温相变技术道路在实际应用中的温度调控评价

黄永飞 张鹏举 康俊泰 洪伟

（1甘肃昶通公路养护科技有限公司，甘肃 兰州 730030，2甘肃恒路交通勘察设计院有限公司，甘肃 兰州 730030；3甘肃省高等级公路养护工程研究中心，甘肃 兰州 730030）

0 前言

甘肃的地理位置特殊，地形条件复杂，在7～8月的河西地区年最高气温可达34～45℃，而在1月甘南、祁连山地区最低气温为-33～-27℃[1]，极端的气候环境和大温差对西北地区公路基础设施的建设与养护提出了更高的要求[2]。

相变材料又称相变储能材料，是一种利用相变过程中吸收或释放的热量进行潜热储能的物质[3]。基于材料能自行调节和环境温度场能量交换的供求关系的特性，可减少温度病害，在太阳能、电子、纺织品、保温建筑墙体等领域被广为研究[4-6]。相变材料在沥青混凝土路面中通过主动调控沥青混凝土路面温度，发挥了良好的应用效果[7-10]。周雪艳研究发现，100%十四烷的CSPCM沥青混合料的调温效果最明显，在升降温阶段的调温效果均为最优[11]。边鑫开展了相变沥青混合料调温效果试验，发现掺加5% PEG相变材料的相变沥青混合料可降温8～10℃[12]。加入相变调温材料可降低温度敏感性，延缓温度峰值出现，并降低峰值温度[13-14]。由于相变储热材料种类的多样性，相变自调温技术道路的可行性、耐久性和价值需进一步研究和验证。

DTC相变自调温材料沥青路面利用DTC材料的相变特性，主动调控沥青路面温度的高低温极值和变化幅度，提高沥青路面环境适应能力，显著降低全寿命周期维护成本，对促进公路和城市道路安全低碳绿色可持续发展有重要应用价值[15]。该技术于2019年在甘肃公路工程中首次应用。本文从夏季和冬季两个时间段对甘肃铺筑DTC自调温道路开展相关温度测试评价，对该技术的温度调控表现和规律进行分析和总结。

1 试验

1.1 项目概况

2019年首次在甘肃公路工程中应用DTC自调温相变技术，截至目前已在G30连霍高速、G312线、G309线、G22青兰高速等七条国省干线铺筑试验路段。路段信息及路面结构见表1。

表1 路段信息及路面结构

1.2 试验材料

北京秦天科技集团有限公司生产的DTC相变材料是一种固-固相变有机材料，利用自然能在晶格体中发生可逆的分子位移，结晶态与非结晶态的转化过程伴随着储能和能量的释放，潜热值能达到70J/g。此外，DTC相变材料通过化学链嫁接与沥青形成稳定的化学结构，有效保证了该材料在道路工程上的可行性。按照JT/T 1210.1-2018《公路沥青混合料用融冰雪材料》进行相关试验，结果见表2。

表2 材料的测试结果

1.3 试验方法

本研究主要通过红外热成像仪对已铺筑DTC自调温相变技术路面的温度，在垂直于距路表60～80cm处测量，为降低误差，在每个路段分别测定8个点位，去除误差大于平均值±2℃的数据值，温度平均值为最终的路面温度。温度测量使用香港希玛集团的热成像仪，型号ST-9550，仪器的参数见表3。

表3 热成像仪仪器的参数

1.4 研究内容

1）DTC自调温相变技术道路与普通路段路面温度检测对比。

2）全时段下监测典型DTC自调温相变技术道路与普通路段路面温度变化曲线，观测温度变化规律。

2 结果与讨论

2.1 夏季降低路面温度

在8月对铺筑的4条DTC自调温相变技术道路进行温度检测。整体来看，DTC自调温相变技术道路相较普通路面温度低3～7℃，有明显的路面降温效果。此外发现，DTC高速路的降温效果最好，和普通路段的平均温差达6.4℃，其次是国道干线，平均温差为5.4℃，县道的降温效果最差，仅有2.3℃，这可能与路面结构、车流速度、周围环境、天气气温等有关。

图1 夏季路面温度监测结果

2.2 冬季提高路面温度

在1月对铺筑的6条DTC自调温相变技术道路进行温度检测。整体来看，DTC自调温相变技术道路相较普通路面温度高1.5～4℃，有明显的提高路面温度效果。此外发现，DTC高速路的提温效果最好，和普通路段的平均温差约4℃，DTC国道干线和普通路段的平均温差为2.3℃，这可能与路面结构、车流速度、周围环境、天气气温等有关。

图2 冬季路面温度监测结果

2.3 全时段检测

在1月对今年新铺筑的G327线DTC自调温相变技术路段和普通路段进行全时段温度监测，当天气温-9～9℃。全天候温度监测发现，G327线DTC路面平均温度均高于普通路段，温差在1～5℃。18点至次日11点，路面温度在零度以下，DTC路段温度高于普通路段1～2℃；14点左右为当日路面温度最高点，DTC路段和普通路段在15点达到温差最大点；DTC路段及普通路段在5～7℃的温度曲线时会有交汇，可能与DTC材料的相变温度及相变点有关。总体来说，DTC路面相较普通路段有明显的提温作用。

图3 冬季全时段路面温度监测结果

3 结论

针对甘肃铺筑的多条DTC自调温相变技术道路进行持续的温度检测与跟踪，结果发现，DTC自调温相变材料有路面温度调控的作用，结论如下：

1）夏季高温时，DTC自调温相变技术道路相较普通路面温度低3～7℃，有明显的路面降温效果。

2）冬季低温时，DTC自调温相变技术道路相较普通路面温度高1.5～4℃，有提高路面温度效果。

3）高速路的温控作用较二级路明显，表明路面调温效果可能与路面结构有关。

4）冬季全时段路段温度监测发现，DTC自调温相变技术道路相较普通路面温度整体高1～5℃，且在当日气温最高时段路面温差最大，在6℃时为温差最小的时间点，这可能与DTC相变材料的相变点有关。