本文发表于2020年的学术期刊 *Construction and Building Materials*（卷263，文章编号120219）。作者团队包括：主要通讯作者 Yu Chen 以及 Hainian Wang，两者均来自长安大学公路学院；另外两位合作者 Zhanping You 来自美国密歇根理工大学土木与环境工程系，Nabil Hossiney 来自印度基督大学土木工程系。

这是一篇关于相变材料（Phase Change Material， PCM）在沥青混合料中应用的系统性综述论文。其核心主题是探讨利用PCM的潜热存储能力来调节沥青路面温度，从而缓解与温度相关的路面病害（如车辙和低温开裂）这一创新技术的现状、方法与挑战。

论文主要观点阐述

观点一：应用于沥青混合料的PCM有明确的分类与选择标准，其中PEG和正十四烷是调节高低温的代表性材料。 文章指出，根据材料性质，用于沥青混合料的PCM可分为有机、无机和共晶三类。其中，有机PCM因其化学稳定性好、无毒无腐蚀性、循环性能好等优点而被广泛应用。具体而言，聚乙二醇（Polyethylene Glycol， PEG）和正十四烷（n-tetradecane）分别是调节沥青路面高温和低温最常用的材料。PEG的相变焓和相变温度取决于其分子量，分子量2000至6000的PEG其相变温度范围（约42-60℃）与路面高温区间吻合。正十四烷的相变温度约为5-6℃，适用于缓解低温开裂。文章通过表格（如表2）详细列举了各类PCM（包括石蜡、脂肪酸、PEG及金属合金等）的熔点、潜热、密度和导热系数等关键性能参数，为材料选择提供了数据基础。选择PCM时，除了相变温度需与目标调节温度匹配（高温调节>5℃，低温调节<40℃），高潜热和高导热系数是两个最重要的热力学准则，以确保足够的储热能力和高效的热传递性能。

观点二：为防止PCM在沥青混合料施工和使用过程中泄漏，形状稳定化和微胶囊化是两种关键且有效的掺入技术，其载体材料的多孔结构至关重要。 由于沥青混合料生产需要经历高温拌和以及集料的挤压摩擦，PCM的直接掺入极易导致泄漏并可能损害混合料性能。因此，开发有效的封装技术是关键。本文重点回顾了两种主流技术： 1. 形状稳定化PCM（Shape-stabilized PCM， SSPCM）： 该方法利用多孔载体材料的毛细管力和表面张力来约束PCM的流动。常用载体材料包括膨胀石墨（Expanded Graphite， EG）、硅藻土（Diatomite， DI）、膨胀珍珠岩（Expanded Perlite， EP）、膨胀蛭石（Expanded Vermiculite， EVM）和有机蒙脱土（Organophilic Montmorillonite， OMMT）等。其中，EG因其优异的导热性、吸附能力和热稳定性而被广泛使用。通过真空浸渍等技术将PCM吸入多孔结构内部，形成稳定的复合体。研究表明，载体的孔隙结构对PCM的吸收效率起决定性作用。 2. 微胶囊化PCM（Microencapsulated PCM）： 这是目前最常用的防泄漏技术，通过在PCM颗粒表面包裹一层聚合物外壳（常用三聚氰胺-甲醛树脂、环氧树脂等）来实现。微胶囊化不仅能防止泄漏，还能阻止低粘度液体扩散，并因增大了表面积而可能提高导热性。根据胶囊尺寸，还有宏胶囊化和纳米胶囊化，但在沥青混合料中微胶囊化（尺寸1-300微米）占主导地位。 此外，PCM在混合料中的掺入方式主要分为两种：一是作为矿物填料（替代部分矿粉），要求PCM复合颗粒尺寸细小（微米级）；二是作为细集料或轻质集料（Lightweight Aggregate， LWA）的替代物，此时PCM通常被浸渍到多孔的轻质集料（如膨胀粘土、膨胀珍珠岩等）中，再使用防水材料对集料进行包覆以防止PCM渗出。

观点三：对PCM的理化、热学性能表征表明，其与载体材料之间主要为物理相互作用，具备良好的热可靠性与循环稳定性。 文章详细综述了用于评价PCM性能的各种表征技术及其主要发现： * X射线衍射（XRD）： 分析表明，无论是形状稳定化还是微胶囊化后，PCM的晶体结构基本保持不变，未出现新的衍射峰，说明PCM与载体/外壳材料之间未发生化学反应，主要是氢键和物理相互作用。 * 扫描电子显微镜（SEM）： 用于观察复合PCM的形貌。图像显示PCM能有效填充载体材料的孔隙（如EG的孔隙被PEG晶体完全占据），微胶囊呈球形，外壳厚度均匀。SEM也用于评估分散剂、pH值等制备条件对最终产品形貌的影响。 * 差示扫描量热法（DSC）： 这是测定PCM相变温度和潜热的关键手段。综述指出，复合PCM的实测潜热通常低于根据纯PCM含量计算的理论值，原因是载体材料本身不储热，且PCM与载体间的相互作用可能抑制其结晶。经过数十次甚至上百次热循环后，大多数复合PCM的相变温度和潜热变化很小，表现出良好的热可靠性。但也观察到，对于某些轻质集料承载的PCM，热循环可能导致PCM从孔隙中蒸发，造成潜热下降。 * 热重分析（TGA）： 结果显示，制备良好的复合PCM在200℃以下质量损失很小，表明其能够耐受沥青混合料生产时的高温（通常160℃左右），具备足够的热稳定性。 * 傅里叶变换红外光谱（FTIR）： 光谱分析证实，复合PCM没有出现新的特征官能团，进一步支持了PCM与载体间无化学反应的结论。即使经过高温老化，其特征峰依然存在，说明材料结构稳定。

观点四：PCM能有效调节沥青混合料的温度场，在相变温度范围内表现出显著的“削峰填谷”效应，但其对路用性能的影响结论不一。 * 热调节效果： 大量研究表明，掺加PCM能显著调节沥青混合料的温度变化过程。在加热阶段，PCM吸收热量发生相变，延缓温度上升；在冷却阶段，PCM释放热量，延缓温度下降。这种效应在相变温度区间内最为明显。报道的最大降温幅度可达9.1℃（对于封装陶瓷基PEG）。研究引入了“潜热累积温度值”（LATV）和“潜热调温指数”（LHTI）来量化热调节能力。数值模拟也支持了这一结论，表明掺入PCM可以减小路面结构的温度梯度。 * 对沥青及混合料性能的影响： 文章指出，PCM对沥青结合料和混合料力学性能的影响结果复杂（mixed results），需谨慎看待： * 流变性能： 直接掺入液态PCM（如正十四烷）会显著降低沥青的复数剪切模量，软化沥青，可能损害高温性能。而通过微胶囊化掺入时，由于聚合物外壳的保护，对沥青流变性能的影响较小，甚至在特定条件下（如低温）可能因胶囊的“填料”效应或聚合物外壳的增韧作用而有所改善。 * 路用性能： * 水稳定性： 部分研究显示掺加PCM会导致残留稳定度或冻融劈裂强度比略有下降，可能与PCM从载体中轻微泄漏或界面有关。但掺PCM的开级配抗滑表层（OGFC）在冻融过程中的体积稳定性得到显著提升。 * 抗车辙能力： 动态稳定度试验和汉堡车辙试验的结果不一致。有的研究显示添加PCM会降低动态稳定度或增加车辙深度，而另一项使用NiTi合金PCM的研究则发现动态稳定度随掺量增加而提高。这可能与PCM类型、掺加方式及测试温度是否在相变区间有关。 * 低温抗裂性： 弯曲梁流变（BBR）试验和三点弯曲试验的结果也存在矛盾。有些研究发现PCM会提高沥青的蠕变劲度（不利于低温抗裂），而另一些研究则观察到相反的趋势。同样，这取决于PCM是否在测试温度下发生相变以及其与沥青的相互作用。

观点五：未来研究方向应聚焦于开发高性能PCM并系统评估其对混合料综合性能的影响，需要跨学科合作。 在总结与结论部分，作者基于综述提出了未来的研究方向： 1. 拓展PCM材料库： 目前研究涉及的材料种类有限，未来需要探索具有更高潜热和导热系数的新型PCM，以实现更高效的温度调节。 2. 优化掺加策略： 需要在保证不损害沥青混合料在相变温度区间外力学性能的前提下，尽可能提高PCM的有效掺量。 3. 深化性能影响研究： 必须全面、系统地评估PCM对沥青混合料各项路用性能（水稳定性、抗车辙、抗疲劳、抗裂等）的长期影响，明确其适用条件。 4. 开展实体工程验证： 需要在试验路或实际工程中验证PCM改性沥青混合料的热调节效果和长期耐久性。 5. 推动跨学科合作： 开发适用于沥青路面的高性能PCM及掺加工艺，需要材料科学、化学、物理学和土木工程领域的跨学科紧密合作。

论文的意义与价值

本篇综述具有重要的学术价值和工程指导意义： 1. 系统性梳理： 首次对PCM在沥青混合料领域的应用研究进行了全面、系统的梳理和总结，涵盖了材料分类、掺入技术、性能表征、热学效应及路用性能影响等各个方面，为该领域的研究人员提供了一份详尽的“知识地图”。 2. 明确关键问题： 明确指出防泄漏技术（形状稳定化与微胶囊化）是应用核心，并总结了各类技术的优缺点及关键控制因素（如载体孔隙结构）。 3. 揭示矛盾与挑战： 客观指出了当前研究中关于PCM对路用性能影响的“混合结果”（mixed results），避免了片面乐观，引导研究者关注应用中的潜在风险和需要解决的科学问题。 4. 指引未来方向： 提出的未来研究方向清晰、具体，为后续研究指明了重点，特别是强调需要开发高性能材料和进行跨学科合作，对推动该技术从实验室走向工程应用具有重要的指导作用。 这篇综述不仅是该领域研究现状的权威总结，更是推动相变材料智能调温沥青路面技术向前发展的纲领性文献。