本文旨在评述相变材料在沥青路面中的应用研究进展。该文由长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室的Xiaoqing Wang、Biao Ma、Siqi Li、Wei Si、Kun Wei、Hongfei Zhang、Wenshuo Shi，西安邮电大学现代邮政学院的Xueyan Zhou，东南大学交通学院的Yunfeng Fang，以及东台市公路发展中心的Xingxiang Kang共同撰写，发表于Journal of Traffic and Transportation Engineering (English Edition) 2023年第10卷第2期（185-229页）。

论文主题与核心目标 这是一篇系统性综述文章，聚焦于相变材料在沥青路面领域的应用。沥青是一种温度敏感性材料，高温易导致车辙、推移，低温则易引发开裂。此外，寒冷地区的冻融循环、路面积雪结冰，以及城市热岛效应等问题，都严重影响了沥青路面的性能和寿命。传统的被动应对措施成本高、效果有限且可能带来环境污染。相变材料因其在相变过程中能够吸收或释放大量潜热的特性，为实现路面温度的主动调控提供了新思路。将PCMs应用于沥青路面，形成相变沥青混合料，理论上可以有效减缓路面温度变化速率，缓解温度病害。尽管相关研究已开展十余年，但尚未形成系统的材料体系和成熟的应用技术。先前发表的综述已对现有研究进行了全面总结，但未能明确指出制约该技术发展的关键问题并据此展开评述。因此，本文旨在系统性地总结用于沥青路面的相变材料的制备与性能，比较不同相变材料沥青混合料的性能与评价方法，综述相变沥青混合料的数值模拟方法，并基于此提出解决关键技术难题的潜在途径，讨论未来可能的研究方向，以期为相关研究人员选择材料、表征性能、揭示机理以及设计结构提供参考。

相变材料的类型、性能与复合方法 论文首先对可用于土木工程（尤其是沥青路面）的相变材料进行了全面梳理和分析。PCMs按化学成分主要分为有机、无机和复合三类。有机PCMs包括羧酸、石蜡和多元醇等，具有相变温度范围广、化学性质稳定、无腐蚀性等优点，但其固-液相变形式易导致泄漏和挥发问题，且多数热导率较低。无机PCMs主要包括结晶水合盐和合金，通常具有较高的相变焓和热导率，但存在过冷和相分离等问题。纯PCMs的上述缺陷限制了其在沥青路面中的直接应用，因此复合相变材料成为研究重点。

文章详细阐述了五种主要的CPCMs制备方法： 1. 溶胶-凝胶法：该方法以低粘度溶液为原料，通过形成三维凝胶网络包裹PCMs，操作温度低，产品纯度高，物化性质可控性强。常用二氧化硅、二氧化钛等作为外壳材料。例如，使用溶胶-凝胶法合成的十八烷/二氧化硅复合PCMs。 2. 多孔吸附法：利用多孔载体的毛细作用力将PCMs吸附在其孔隙中，可以有效防止液相泄漏并提高传热效率。常用的多孔载体包括硅藻土、膨胀石墨、分子筛、膨胀珍珠岩等。载体孔径、极性、比表面积等特性对PCMs的吸附量和稳定性有显著影响。通过表面改性（如提高极性或非极性）可以改善载体与PCMs的相容性，提升吸附性能。 3. 微胶囊法：微胶囊相变材料由PCMs核心和有机/无机外壳构成，能有效克服泄漏、腐蚀和过冷问题，是当前研究的热点。制备方法主要包括物理法、化学法和物理化学法，其中界面聚合和原位聚合是较为成熟的工艺。外壳材料的选择需考虑与核心材料的相容性以及制备工艺的适应性，常见的有机外壳有密胺树脂、聚脲、聚甲基丙烯酸甲酯等，无机外壳有二氧化硅、碳酸钙等。不同制备方法在原料适应性、工艺复杂度和产品性能上差异显著。 4. 共聚合法：通过接枝、嵌段共聚或化学交联，将合适的PCMs链接到高熔点聚合物的主链或侧链上，合成具有软硬段结构的固态-固态相变材料，如聚氨酯PCMs。这类材料在相变过程中能保持固态，无泄漏风险，机械性能良好。通过调整多元醇的分子量、类型和比例，可以调节聚氨酯PCMs的相变特性以适应不同需求。 5. 二次封装法：为进一步降低微胶囊PCMs的泄漏率并增强其热稳定性和机械性能，可将其再次封装于环氧树脂、聚氨酯等其他聚合物基体中。这种方法能显著提高复合材料的稳定性，但通常会导致相变焓值下降，需要在性能之间寻求平衡。

文章指出，复合PCMs的性能（如相变温度和焓值）在很大程度上由纯PCMs决定，但可以通过共晶理论、调整软硬段比例等方式进行调节，以满足不同工况要求。在选择复合方法时，需综合考虑目标PCMs的类型、对热稳定性、机械性能、焓值保留率等的具体需求。

复合相变材料改性沥青的性能 研究表明，未封装的固-液PCMs会显著损害沥青及沥青混合料的性能。因此，本部分重点分析了CPCMs对沥青性能的影响。CPCMs主要通过物理共混方式掺入沥青，其制备参数（如搅拌温度、速度、时间）需根据材料特性谨慎选择，以避免PCMs的破坏。

在常规性能方面，论文总结了CPCMs对沥青三大指标（针入度、软化点、延度）的影响。多数研究表明，像聚乙二醇/环氧树脂、聚乙二醇/聚氨酯、聚乙二醇/硅藻土这类具有较高强度和低变形特性的CPCMs，会提高沥青的软化点，降低针入度和延度，这主要是物理掺杂提高了沥青的粘稠度，改善了高温性能，但可能导致低温变形能力下降。存储稳定性方面，由于PCMs与沥青多为物理共混，密度差异可能导致相分离，软化点差测试常被用来评估稳定性，但需注意测试过程中若发生相变可能会放大测试结果。

在流变性能方面，动态剪切流变仪和弯曲梁流变仪是主要测试手段。关键发现是：在恒定温度下的测试无法体现PCMs的温度调节作用。然而，通过DSR温度扫描测试（在连续变温条件下进行），可以捕捉到PCMs相变过程对沥青流变行为的影响。研究显示，在PCMs的相变温度范围内，由于潜热的释放或吸收，沥青的动态模量和相位角会发生显著变化。例如，在降温过程中，PCMs释放潜热会减缓沥青的硬化速率，表现为动态模量增长曲线的变化。这证明了PCMs通过相变潜热改善了沥青在特定温度区间的抗裂性能。因此，论文强调，除了恒温下的高低温性能指标外，应采用变温测试方法（如DSR温度扫描），并将相变温度范围纳入测试区间，才能全面分析和评价PCMs对沥青性能的整体影响。

相变沥青混合料的性能与评价 相变沥青混合料的制备主要有湿法和干法两种工艺。目前研究以干法为主，通常采用等体积替换相应粒径集料的方式掺入PCMs。

论文系统回顾了PCMs对混合料常规路用性能（高低温性能、水稳定性等）的影响。图表演示了不同种类和掺量的PCMs对沥青混合料马歇尔稳定度、动稳定度、弯拉强度和弯拉应变等指标的影响变化率。结果表明，在不考虑相变温控作用的前提下，PCMs对混合料高低温性能的影响因其类型和掺量而异。例如，二氧化硅吸附基、(癸醇/月桂酸)/密胺-脲醛树脂/聚丙烯、(硬脂酸/棕榈酸)/硅藻土等PCMs在特定掺量下可能降低混合料的高温稳定性；而聚乙二醇/膨胀石墨、聚乙二醇聚丙烯酰胺接枝共聚物、镍钛合金、聚四氢呋喃/二苯基甲烷二异氰酸酯聚氨酯等PCMs则影响较小甚至有所改善。对于低温性能，有些PCMs会同时降低弯拉强度和应变，有些则呈现“强度下降、应变增加”的相反趋势，此时需结合应变能密度等指标进行综合分析。

核心观点在于：传统恒温性能测试方法无法准确表征PCMs的温度调节功能对路面性能的真实提升。 为了更科学地评价相变沥青混合料，需要发展能够体现其温控特性的性能评价方法。例如，有研究者提出在“等效温度”（即标准试验温度减去PCMs降温效应）下测试动稳定度，或者建立以实际气象参数为边界条件的动态温度车辙有限元模型来验证其抗车辙能力。这些探索为建立合理的性能评价体系提供了思路。

此外，论文还指出，相变沥青混合料的比热容和导热系数是影响其温控性能的关键热物性参数，也是分析温控过程和机理的必要参数，相关研究需要加强。

相变沥青混合料的数值模拟方法 文章简要提及并强调了数值模拟方法在相变沥青混合料研究中的重要性。通过数值模拟（如有限元法），可以深入研究PCMs在路面结构中的热传递过程、温度场分布规律以及相变潜热对路面温度应力的影响机理，从而为相变路面结构的设计和优化提供理论工具。尽管本文未展开详细讨论，但将其列为综述的一个重要方面，表明该领域是理解和应用PCMs技术的关键环节。

未来研究方向与技术挑战 基于全面综述，文章最后提出了未来研究的潜在方向和亟待解决的关键技术问题： 1. 材料适配性：缺乏与沥青路面高度适配的PCMs体系。需开发兼具高相变焓、良好热稳定性、合适机械强度以及与沥青相容性的新型复合PCMs。 2. 性能定量表征：缺乏对PCMs相变温控性能的定量表征方法和统一指标。需要建立标准化的测试规程和评价体系，特别是能够反映变温条件下性能的方法。 3. 性能改善效果评估：需要更深入地量化评估相变储能对改善路面性能（如抗车辙、抗裂、融雪化冰）的实际效果和长期耐久性。 4. 结构设计与模拟：需要发展更精确的数值模型来模拟相变沥青路面的热-力耦合行为，并基于此进行优化的路面结构设计。 5. 施工工艺与长期性能：需研究PCMs在工厂拌和、现场摊铺碾压过程中的生存率，以及相变沥青路面在复杂环境荷载下的长期性能演变规律。

论文的价值与意义 本综述论文具有重要的学术价值和指导意义。它不仅系统性地梳理了相变材料在沥青路面中应用所涉及的材料学、流变学和路面工程学等多学科知识，还敏锐地指出了当前研究存在的核心瓶颈问题——即材料、表征方法与性能评价之间的脱节。论文通过对比分析不同复合方法的优劣、不同PCMs对沥青及混合料性能的影响差异，以及现有评价方法的局限性，为研究人员清晰地勾勒出了该领域的知识图谱和研究脉络。更重要的是，它基于详实的文献分析，提出了未来需要重点攻关的技术方向和研究思路，对推动相变材料在沥青路面中的科学研究和实际应用具有关键的引领和参考作用。对于致力于智能、绿色、可持续交通基础设施发展的研究和工程人员而言，本文是一份不可或缺的权威参考资料。