沥青路面以其平整度高、行车舒适性好、噪音低等多种优点被广泛应用于公路建设中^[1]。在其广泛应用的同时也伴随着一些问题的出现，特别随着全球气候变暖和气候异常，我国大部分地区夏季炎热，气温往往超过35 ℃甚至达到40 ℃以上，使沥青路表温度高达60 ℃以上^[2]，造成了沥青路面的高温破坏，并加剧了城市热岛效应。如何降低沥青路面的温度，已成为一项迫切需要解决的问题。

相变材料具有热能贮存和温度调节控制的特性，在许多领域得到了广泛应用。目前，相变材料应用于沥青混合料中尚处于试验阶段。马骉等对相变材料应用于沥青混合料展开了初步的试验研究，结果表明相变材料的掺入降低了沥青混合料的升降温速率，最高降低路面温度达到5.8 ℃，并延迟了峰温的出现时间，可降低沥青混合料的高温病害^{[3, 4, 5, 6, 7]}。胡曙光等研究发现用相变材料改性沥青配置的AC-20沥青混合料具有较好的高温稳定性，其动稳定度可达到3 210次/mm，是普通AC-20沥青混合料的2倍以上，其在39 ℃高温日照条件下可降低路面温度9 ℃^[8]。何丽红等研究发现，复合定形相变材料用于沥青混合料后可控制路面温度，减轻路面高温病害^{[9, 10]}。李俊研究发现随着颗粒型相变调温剂掺量的增大，自调温沥青混合料的高温性能降低，颗粒型相变调温剂不改变油石比和矿料级配组成对沥青混合料路用性能的影响^[11]。谭忆秋等制备的AC-16 型路用潜热沥青混合料相比于普通沥青混合料最大可降低路面温度3.4 ℃^[12]。曹文斌等将聚乙二醇用于AC-13型沥青混合料，发现相变材料掺量达到沥青用量的20%时，可降低路面温度1.5 ℃，其高温稳定性能够满足规范要求^[13]。

但上述研究均未研究相变材料对不同级配类型沥青混合料的温度敏感性及高温稳定性的影响，本文将对此展开研究。

采用韩国进口的SK-70^#基质沥青，依据我国《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40—2004)要求的技术指标，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20—2011)进行3大指标及密度测试，测试结果见表 1。

粗细集料均为重庆产石灰岩破碎所得，各项技术指标符合我国《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40—2004)要求。

矿粉由石灰岩磨细而成，表观相对密度采用李氏密度瓶法(T0352—2000)测定，密度为2.670 g/cm³。

采用PEG2000(江苏省海安石油化工厂，热物性参数见表 2)和硅溶胶(浙江宇达化工有限公司)经溶-凝胶法制备PEG/SiO₂凝胶，将其在70 ℃烘箱中鼓风干燥48 h，冷却研磨后获得粒径小于0.6 mm 的小颗粒，简称为相变颗粒。其中支撑材料二氧化硅含量为30%，PEG2000含量为70%。相变颗粒有关技术参数见表 3。

本文选择我国规范规定的AC-13，AC-16，SAC-13与SAC-16，4种不同级配沥青混合料作为研究对象，分析评价相变颗粒掺入后对其高温稳定性及储热性能的影响。拟定的级配组成见表 4。

相变颗粒作为细集料使用时，掺入沥青混合料的方式有等质量取代法和等体积取代法。相变颗粒的表观密度接近细集料表观密度的1/2，如选用等质量取代法，将对混合料体积参数产生显著影响。而等体积取代法时对矿料形成骨架或嵌挤结构的影响相对影较小。同时考虑到相变颗粒的受热后的力学性能，应使其在沥青混合料中起填充作用，来减少对混合料力学性能的影响。本文选用粒径小于0.6 mm 的相变颗粒等体积取代沥青混合料中0.3，0.15 mm和0.075 mm的细集料。

本文采用车辙试件研究相变颗粒对沥青混合料储热性能的影响。成型相变颗粒含量分别为0%，3%，4%和5%的车辙试件，将成型好的车辙试件脱模，在距试件表面2 cm处埋置温度传感器后置于楼顶，记录试件在阳光照射下的温度变化情况。试验装置见图 1。

图 1 室外温度采集装置 Fig. 1 Outdoor temperature acquisition device

图选项

采用最直观有效的方法车辙试验评价沥青混合料高温稳定性，通过马歇尔试验确定沥青混合料最佳沥青用量，然后以最佳沥青用量下混合料密度作为控制标准，用轮碾仪制成300 mm×300 mm×50 mm 车辙试件，进行车辙试验。试验温度为60 ℃，轮压为 0.7 MPa，车轮行走次数为42次/min。

室外自然光照条件下，沥青混合料试件的温度变化曲线如图 2所示。

图 2 室外沥青混合料温度变化曲线 Fig. 2 Outdoor temperature variation curves of asphalt mixture

图选项

由图 2可看出，相变颗粒掺入沥青混合料时，4种沥青混合料的升温速率及高温峰值均有所降低，且掺量越大，效果越明显。当掺量达到5%时，4种级配的最大降温幅度均可达5 ℃以上，与理论计算值5.6 ℃吻合。因此，沥青混合料的温度与相变颗粒的掺量相关，受沥青混合料级配的影响不大。

试件温度开始上升时，相变颗粒尚未达到相变温度，相变沥青混合料与普通沥青混合料的升温速率相同，温度升高到40 ℃以上时，相变颗粒开始发生相变，吸收并储存热量，使相变沥青混合料的升温速率低于普通沥青混合料，相变颗粒掺量越大，试件温度变化越慢。在降温阶段，相变材料逐渐释放储存的热量，导致相变沥青混合料的降温速率低于普通沥青混合料，在试件温度下降到40 ℃以下时，相变颗粒释放出的热量导致相变沥青混合料的温度稍高于普通沥青混合料。温度下降到30 ℃左右时，相变颗粒放热完成，相变沥青混合料的温度与普通沥青混合料的温度相同。因此，相变颗粒用于沥青混合料时，可有效降低沥青路面的最高温度。

相变沥青混合料高温稳定性试验结果见表 5。

由表 5可看出，随着相变颗粒的掺入，4种沥青混合料的动稳定度均有所降低，60 min变形量增大，且随着掺量的增加，影响增大，这是由于相变颗粒中的PEG2000在60 ℃保温5 h后发生相变，转变为液态，导致相变颗粒的力学性能降低造成的。按照动稳定度下降幅度由大到小的规律：AC-13＞AC-16＞SAC13＞SAC16。在悬浮密实型沥青混合料，细集料起到一定的支撑作用，相变颗粒的力学性能下降对沥青混合料的力学性能有较大影响，造成沥青混合料抗车辙性能降低。在骨架密实型沥青混合料中，细集料主要填充粗集料骨架形成的空隙^[14]，相变颗粒的力学性能下降对沥青混合料的力学性能影响较小。因此，通过调节级配，可以减小相变颗粒对沥青混合料高温稳定性能的影响。

沥青混合料的抗车辙性能受温度的影响较大。研究表明，在同等条件下，温度对沥青混合料车辙的影响较大，随着温度的升高，动稳定度呈指数下降，温度每下降5 ℃，其动稳定度增加一倍左右^[15]。当相变颗粒掺量达到5%时可降低沥青混合料温度达5 ℃以上。对掺5%相变颗粒的4种沥青混合料在55 ℃条件下进行车辙试验，试验结果表明：SAC13和SAC16相变沥青混合料的动稳定度分别为3 260次/mm和3 753次/mm，比普通沥青混合料60 ℃ 条件下的动稳定度高出35%以上。因此，相变颗粒的掺入在降低沥青混合料最高温度的同时，可降低沥青混合料发生高温车辙病害的可能性。

相变颗粒的掺入可减小沥青混合料的温度敏感性，当相变颗粒的掺量达到5%时可降低温度5 ℃以上。级配对相变颗粒的调温效果影响不大。它对不同类型的沥青混合料高温稳定性能的影响不同，其中骨架密实型沥青混合料在掺量达到5%时仍具有较好的抗车辙性能，可通过沥青混合料级配设计来降低相变颗粒对沥青混合料高温稳定性的影响。相变颗粒的掺入在降低沥青混合料最高温度的同时，可降低沥青混合料发生高温车辙病害的可能性。

受相变颗粒高温时力学性能的影响，相变沥青混合料的高温稳定性低于普通沥青混合料，用于沥青混合料的高强度相变颗粒将是我们进一步研究的方向，考虑相变颗粒的降温效果后相变沥青混合料的高温稳定性和相变颗粒对沥青混合料温度影响的持久性有待进一步的研究。