炎炎夏日，當你走在柏油馬路上，是否感覺腳下的路格外燙人？這背后其實隱藏著兩個日益嚴峻的問題：瀝青路面在高溫下容易軟化變形，形成車轍，影響行車安全和使用壽命；同時，黑色的瀝青路面大量吸收太陽輻射熱，顯著加劇了城市的“熱島效應”，讓夏天的城市更“火爐”。傳統的路面降溫方法，如反射涂層，大多是被動的。有沒有一種材料，能夠主動吸收和存儲熱量，像“海綿”一樣調節路面溫度，讓路面“冬暖夏涼”呢？

相變材料（PCM）正是這樣一種功能性材料，它能在特定溫度下發生相變（如從固態變為液態），過程中吸收或釋放大量潛熱，從而實現溫度調節。其中，聚乙二醇（PEG）因其高潛熱、無毒、低成本等優點，被認為是非常有前景的候選材料。然而，將PEG直接用于瀝青路面面臨一個關鍵挑戰：在熔融狀態下，PEG會泄漏，這不僅導致其儲熱功能失效，還會損害瀝青本身的路用性能。為了解決PEG泄漏這一難題，并實現瀝青路面長期、高效的熱調控，Linping Su、Xingchi Zhao、Junyao Hui、Yuepeng Jiao、Ming Liang、Xin Wang、Xue Xin、Zhanyong Yao等研究人員在《Case Studies in Construction Materials》上發表了一項創新研究。他們提出并驗證了一種“多孔吸附-環氧封裝”的雙重策略，成功制備出兼具高儲熱能力和強防泄漏性能的先進復合相變材料（cPCMs），并將其應用于瀝青改性，顯著提升了路面的熱彈性。

為了開展這項研究，研究人員主要采用了以下幾種關鍵技術方法：首先，他們利用真空浸漬法，將PEG-4000吸附到四種不同多孔載體（石墨、赤泥、膨脹蛭石、沸石）中，制備了初步的cPCMs。接著，他們創新性地引入了環氧樹脂封裝步驟，對上述cPCMs進行二次包裹，制備了四種環氧封裝的cPCMs。然后，將這些cPCMs以固定的PCM含量（10 wt%）摻入AH-70#基質瀝青中，制備了相變瀝青。在表征和性能評估方面，研究綜合運用了掃描電子顯微鏡（SEM）觀察微觀形貌，傅里葉變換紅外光譜（FTIR）分析化學相互作用，差示掃描量熱法（DSC）測定相變潛熱和溫度，熱重分析（TGA）評估熱穩定性，并設計了專門的泄漏測試來評估材料在100次熱循環后的抗泄漏能力。最后，對相變瀝青的路用性能進行了全面測試，包括常規指標（針入度、軟化點、延度）、動態剪切流變儀（DSR）評估高溫抗車轍性能，以及彎曲梁流變儀（BBR）評估低溫抗裂性能。

研究人員通過SEM觀察發現，真空浸漬使PEG-4000充分填充到多孔載體的孔隙或表面凹陷中。環氧樹脂封裝后，樣品表面變得光滑，原始的孔隙結構被覆蓋，形成了一層連續致密的封裝層，這為防止相變過程中組分泄漏提供了微觀結構基礎。通過FTIR分析進一步確認，PEG在載體上的吸附以及環氧樹脂的封裝過程主要是物理混合，沒有產生新的化學基團，這有利于材料的長期穩定性。

DSC測試結果顯示，所有cPCMs在45-70℃范圍內都顯示出明顯的相變吸熱峰。在四種載體中，基于赤泥的cPCM（RP4000及其封裝體ERP4000）始終表現出最高的相變焓（潛熱）。其中，環氧封裝后的ERP4000潛熱高達135.54 J/g，顯示了卓越的儲熱能力。環氧封裝雖然因“質量稀釋效應”導致單位質量復合材料的潛熱有所下降，但這是為獲得長期穩定性所付出的可接受的代價。將cPCMs摻入瀝青后，相變瀝青同樣顯示出明顯的儲熱峰，其中ERP4000改性瀝青的潛熱最高（11.77 J/g），其相變溫度范圍（約30-55℃）與夏季路面高溫條件相匹配，具備實際應用的溫度調控潛力。

TGA分析表明，在250℃之前，所有cPCMs的質量損失都小于3%，其中封裝材料的熱穩定性更優。ERP4000在250℃時的質量損失僅為0.11%，表現出極佳的熱穩定性，能夠滿足熱拌瀝青（通常在160-185℃）的施工溫度要求，確保其在路面服役期間的長期穩定性。

經過100次熱循環后，未封裝的cPCMs均出現了不同程度的PEG泄漏，其中GP4000的質量損失高達30.4%。相比之下，所有環氧封裝的cPCMs在100次循環后均未觀察到任何泄漏，質量保持100%穩定，實現了“零泄漏”。這強有力地證明了環氧樹脂封裝對于維持cPCMs長期相變功能的有效性和必要性。

摻入cPCMs后，相變瀝青的針入度降低，軟化點升高，表明材料的硬度增加，高溫穩定性得到改善。其中，ERP4000改性瀝青的軟化點最高（61.6℃），表現出最好的高溫性能。低溫延度有所下降，但在封裝樣品中，ERP4000的延度值（4.7 cm）相對最高，表明其低溫性能受影響相對較小。

通過DSR測試評估相變瀝青的高溫抗車轍性能。隨著溫度升高，復數模量（G^*）下降，相位角（δ）上升。在40-50℃的相變區間，由于PEG吸熱，減緩了模量的下降。在50℃及更高溫度下，ERP4000改性瀝青始終保持最高的G^*值和最低的δ值，表明其具有最強的抗變形能力和高溫穩定性。車轍因子（G^*/sinδ）分析進一步確認，ERP4000改性瀝青在高溫下具有最優的抗車轍能力。?/ sinδ) of phase-change asphalt.">

BBR測試在-12℃下進行，以評估相變瀝青的低溫抗裂性能。除EGP4000外，其余相變瀝青的蠕變勁度（S）和蠕變速率（m）均滿足Superpave規范要求（S ≤ 300 MPa， m ≥ 0.3）。綜合考慮高低溫性能，ERP4000瀝青表現出了最佳的平衡性。

本研究成功通過真空浸漬和環氧樹脂封裝相結合的雙重策略，制備出了具有持久儲熱能力和優異封裝穩定性的高性能復合相變材料（cPCMs）。其中，以工業固體廢物赤泥為載體的ERP4000表現最為突出，其潛熱高達135.54 J/g，熱穩定性好（250℃下質量損失僅0.11%），并且在100次熱循環后實現零泄漏，證明了環氧封裝的卓越防漏效果。將其應用于瀝青改性后，所得相變瀝青不僅保持了顯著的相變儲熱能力，其高溫抗車轍性能和低溫抗裂性能也均能滿足路面使用要求，在40-50℃的關鍵相變區間表現出最強的溫度調控能力。這項研究的意義在于，它創造性地解決了PEG在瀝青路面應用中易泄漏的核心技術瓶頸，為實現瀝青路面的長期、主動熱調控提供了一種有效且可靠的方案。更重要的是，該研究將赤泥這種大宗工業固廢“變廢為寶”，轉化為高附加值的功能性路面材料，不僅降低了原材料成本，還促進了環境保護和可持續發展，為開發綠色、智能、節能的道路系統開辟了新途徑。當然，該研究的結論主要基于實驗室測試，未來需要通過實地鋪筑試驗和長期監測，來驗證ERP4000改性瀝青在實際復雜環境下的長期熱調控效益、耐久性和服役性能�？傮w而言，這項研究展示了ERP4000作為一種極具應用前景的可持續綠色道路材料的巨大潛力。