本研究由长安大学公路学院、道路与铁道工程系的马彪、司伟、任俊平、王海年、刘丰伟以及武汉市政工程设计研究院有限责任公司的李俊共同完成。研究成果以论文《Exploration of road temperature-adjustment material in asphalt mixture》的形式，于2014年发表在学术期刊《Road Materials and Pavement Design》（第15卷，第3期，页码659-673）。该研究旨在探索一种新型的道路温度调节材料在沥青混合料中的应用，以改善沥青路面对极端温度环境的适应性。
本研究的学术背景隶属于道路工程与材料科学交叉领域，特别是聚焦于沥青路面性能提升与相变储能技术的结合。全球范围内，沥青路面长期遭受高温车辙和低温开裂这两种主要的温度相关病害，严重影响路面的耐久性和行驶安全性。传统的解决方法多侧重于优化混合料设计或使用改性沥青，但直接从调节路面工作温度角度出发的技术相对较少。与此同时，在建筑节能领域，相变材料作为一种高效的潜热储能介质，已被广泛研究用于调节室内温度，其原理是材料在相变温度点附近发生固-液相变时，能够吸收或释放大量潜热，从而缓冲环境温度变化。受到这一启发，本研究团队自2006年起率先探索将PCM应用于沥青混合料。然而，传统的固-液相变材料在高温拌和过程中容易泄漏，与沥青混合料的相容性差。因此，本研究针对性地开发了一种复合定形相变材料作为道路温度调节材料，旨在解决泄漏问题，并系统评估其掺入沥青混合料后对材料温度调节行为的影响。本研究的主要目标是：验证RTM在沥青混合料中的温度调节效果；探究其在单调降温、冷热循环及更接近真实环境的现场模拟条件下的工作性能；为利用新材料解决沥青路面高低温病害问题提供新的思路和方法。
研究工作的详细流程严谨而系统，主要包含两大核心部分：材料制备与表征、以及多层次的温度调节效果模型试验。首先，在材料准备阶段，研究团队制备了颗粒状的RTM。该材料以不饱和有机酸为主要相变成分，以聚丙烯为载体，通过物理交联、混合、熔融挤出、造粒、高速离心等工艺制成，是一种复合定形相变材料。其关键特性在于：相变起始温度为0.5°C，结束温度为26°C，相变峰值温度为22.1°C，相变潜热为46.97 J/g；熔融温度范围为140°C至170°C，而灼烧温度高达290°C，远高于沥青混合料通常的拌和温度（约180°C），从而确保了在拌和过程中的热稳定性与形状保持能力，避免了相变组分的泄漏。研究所用的沥青为SBS改性沥青，集料为玄武岩粗集料和石灰岩细集料及填料。混合料采用AC-13型密级配，最佳沥青用量确定为5.5%。为了进行效果对比，研究制备了两种混合料：基准组（不含RTM）和试验组（掺加RTM）。RTM的掺量为混合料总质量的0.3%，拌和时在沥青加入后直接将RTM作为填料加入，无需特殊工艺。
其次，研究通过三类模型试验来系统评估RTM的效果，构成了工作流程的核心。第一类试验是实验室空心圆柱体模型试验。该试验设计巧妙，旨在模拟一维径向传热。试件尺寸为外径150mm、高150mm、中心钻孔内径100mm的空心圆柱体。在试件内壁中部和空心中心各布置一个温度传感器，上下端面用直径100mm的圆柱体密封，形成一个热流从外向内或从内向外传递的测试体系。研究流程包括：单调降温过程：将预先在26°C恒温养护的试件置于-30°C的环境箱中，记录温度随时间的变化，直至试件温度接近环境温度。冷却-加热循环过程：在完成降温后，立即将试件转移到20°C的环境箱中，记录升温过程。此循环重复三次，以考察RTM的耐久性和重复性。每组试验（含RTM与不含RTM）均设置三个平行试件。数据记录间隔为5分钟。该试验方法借鉴了建筑保温领域的温度调节效果测试模型，但应用于沥青混合料体系具有创新性。
第二类试验是现场模拟试验，旨在更真实地反映RTM在自然大气环境下的效果。试件采用车辙板模块成型，尺寸为30cm × 30cm × 5cm。为减少试件向周围环境的横向热损失，试件底部和四周铺设了30mm厚的压实细粒土，试件接缝用热沥青填充。试验共设置12个掺RTM的试件和4个不掺RTM的对比试件，温度传感器布置在沥青混合料板的顶部和底部。试验于2011年2月22日至25日进行，连续记录试件温度及环境气温的变化，以获取完整的昼夜温度循环数据。
在数据分析方面，研究主要采用了几个关键指标来量化RTM的效果：温度差（掺RTM试件温度减去不掺RTM试件温度）、升/降温速率（单位时间内的温度变化值）、滞后时间（达到某一特定温度所需时间的差值）。此外，为了 statistically 验证观察到的温度差异是否显著，研究最后还对实验室空心圆柱体试件内壁和中心温度数据，以及现场试验的底部温度数据，进行了配对样本t检验。
研究取得了系统且具有说服力的结果。在实验室空心圆柱体单调降温试验中，结果显示，掺入RTM显著改变了沥青混合料的冷却行为。从约17分钟开始，掺RTM试件的内壁和中心温度始终高于不掺RTM的试件。内壁最大温度差达到1.0°C，中心最大温度差为0.8°C。温度差随试件本身温度的降低而增大，在试件中心温度接近0°C时达到最大，并在一段温度区间（约0°C至-23°C）内保持相对稳定，之后才迅速减小。这表明RTM在相变温度区间内持续释放潜热，有效减缓了混合料的温降速度。更重要的是，掺RTM试件的降温速率在整个过程中始终低于不掺RTM试件，意味着RTM起到了“热缓冲”的作用。滞后时间分析进一步表明，掺RTM使试件达到任一特定低温点的时间都延迟了，例如达到某些低温点的时间可滞后10至40分钟，从而缩短了混合料处于不利低温的持续时间。整个冷却过程可被划分为三个阶段：第一阶段（初始阶段），两者均释放显热，温差小；第二阶段（约-17°C开始），RTM发生相变释放潜热，温差显著增大，降温速率差异明显；第三阶段（约-20°C开始），RTM潜热释放完毕，开始释放自身显热，温差逐渐缩小直至为零。加热过程观察到了类似但更显著的现象：最大温度差（内壁1.4°C，中心1.5°C）比冷却过程更大，且出现时间更早。这揭示了RTM在升温时吸收潜热，抑制温度过快上升的能力。冷却-加热循环试验的三次结果高度一致，证明了RTM性能的稳定性和可重复性。
现场模拟试验的结果与实验室结论相互印证，并更直观地展示了RTM在实际昼夜循环中的价值。试验数据显示，掺RTM混合料板的温度曲线同样跟随环境气温呈正弦变化，但其波动幅度更平缓。在夜间降温阶段，掺RTM试件的底部温度高于对比试件，最大温差出现在23:00，达0.6°C，且其最低温度的出现时间比对比试件滞后了约20分钟（例如2月23日，对比试件最低温出现在7:30，而掺RTM试件在8:00）。在白天升温阶段，情况发生逆转：约9:30后，掺RTM试件的温度开始低于对比试件，最大温差出现在13:00至15:00，高达1.2°C，且其最高温度的出现时间也滞后了约30分钟（对比试件最高温在15:30，掺RTM试件在16:00）。升降温速率曲线清晰显示，掺RTM试件的升温速率和降温速率绝对值在大部分时间里都小于对比试件。这些结果共同表明，RTM在昼夜循环中扮演了“能量调度者”的角色：夜间凝固放热，抬升并延迟最低温度；白天熔化吸热，抑制并延迟最高温度，有效平滑了沥青混合料的温度峰值和谷值。
尽管从温度曲线图上看，RTM带来的绝对温差异动看似不大（0.6-1.2°C），但配对样本t检验的统计结果（所有p值均远小于0.05）强有力地证实，掺与不掺RTM对混合料的温度有统计学上的显著影响。这为RTM的有效性提供了坚实的数理统计支撑。
本研究的结论明确而富有前瞻性。研究表明，所研制的复合定形道路温度调节材料能够成功应用于沥青混合料，并通过潜热储能与释放的机制，主动调节混合料的工作温度。其核心作用表现为：降低混合料在升温和降温过程中的温度变化幅度；推迟极端温度（最高温和最低温）的出现时间；从而减弱温度波动对沥青混合料性能的 adverse impact。这为解决沥青路面 worldwide 的低温柔性开裂和高温永久变形难题提供了一种创新的材料学思路和方法。RTM的掺入有望提升沥青路面结构对多变环境的适应能力，增强其温度抗力。
本研究的亮点突出体现在以下几个方面：研究思路的创新性：首次系统地将建筑节能领域的定形相变材料技术引入道路工程，针对沥青路面温度病害的症结，提出了“主动调温”而非“被动抵抗”的新理念。材料设计的针对性：成功开发了适用于沥青混合料高温拌和工艺的复合定形相变材料，解决了传统PCM易泄漏的关键技术瓶颈。试验设计的系统性与层次性：从可控的实验室单调试验、循环试验，到更贴近实际的现场模拟试验，层层递进，全方位验证了RTM的效果，证据链完整。结论的显著性：不仅通过图表展示了温度调节趋势，更运用统计学方法证明了效果的显著性，增强了研究的科学严谨性。这项研究为未来在公路工程新建、改建和养护中应用相变材料奠定了重要的理论和实验基础，具有明确的科学价值与应用潜力。当然，作者也在文末指出，未来仍需对PCM自身性能、其对沥青混合料路用性能的全面影响以及更高效的评价方法进行更深入的探索。