Mặc dù nhựa đường được sử dụng rộng rãi và được chấp nhận làm vật liệu để xây dựng hệ thống đường bộ của chúng ta, các nhà khoa học luôn tìm cách cải thiện các đặc tính nhiệt và cơ học của nó. Một nhược điểm lớn của nhựa đường là lượng nhiệt mà nó hấp thụ trong thời gian ban ngày do giá trị phản xạ mặt trời thấp (0,04-0,06). Đặc tính này làm nhựa đường có thể đạt tới nhiệt độ lên tới 70ºC dưới ánh mặt trời, có thể gây biến dạng trên mặt đường và tăng cường hiệu ứng đảo nhiệt đô thị ở các thành phố lớn. Vật liệu thay đổi pha (PCM) có khả năng điều chỉnh tăng nhiệt độ bằng cách trải qua thay đổi pha và lưu trữ năng lượng ở nhiệt độ cụ thể. Chen và cộng sự (2012) đã thực hiện nghiên cứu để nghiên cứu ảnh hưởng của việc bổ sung PCM lên các tính chất cơ học và nhiệt của nhựa đường, trong nỗ lực giảm nhiệt độ tăng do các hệ thống đường bộ.
Hình 1: Nhiệt độ lớp Asphalt có thể tăng cao trong những ngày hè nóng bức
Chen và cộng sự đã lựa chọn 2 vật liệu PCMs cho nghiên cứu của họ gồm PCM-L và PCM-Z. Những vật liệu PCMs được kết hợp với nhựa đường thông thường để tạo ra mẫu. Một mẫu nhựa đường thông thường cũng được làm đối chứng trong thí nghiệm. Thử nghiệm thuộc tính nhiệt bao gồm các phép đo hệ số truyền nhiệt (thermal conductivity), hệ số thoát nhiệt (thermal diffusivity) và nhiệt dung (thermal capacity). Nghiên cứu tính chất cơ lý bao gồm độ bền kéo gián tiếp, độ ổn định động và khả năng kháng nứt ở nhiệt độ thấp.
Thiết bị phân tích hằng số nhiệt Hot Disk TPS (Transient Plane Source) được sử dụng bởi Chen và cộng sự (2012) để đo tất cả các thuộc tính nhiệt. Hệ thống này là một thiết bị mạnh mẽ có khả năng đo hệ số dẫn nhiệt trong khoảng 0,005 đến 1800 W / mK. Các phép đo tuyệt đối về hệ số dẫn nhiệt được thực hiện đồng thời bên cạnh hệ số thoát nhiệt và các phép đo nhiệt cụ thể. Cảm biến Hot Disk hoạt động như cả thành phần làm nóng và cảm biến nhiệt độ, thiết bị đi kèm sẽ tính toán các đặc tính nhiệt dựa trên thông tin được chuyển tiếp bởi cảm biến. Một bộ lắp mẫu sử dụng cảm biến 2 mặt như trong Hình 2, trong đó 2 mảnh mẫu giống hệt nhau được kẹp ở 2 mặt để đảm bảo tiếp xúc nhiệt tốt. Một cảm biến 1 mặt cũng có trong Hình 2. Cảm biến thực hiện phép đo giống cảm biến 2 mặt và là một lựa chọn tuyệt vời với khách hàng không có sẵn 2 mẫu.
Hình 2: Thiết lập thí nghiệm được thực hiện bởi Chen và cộng sự (2012) ở bên trái
và hình minh họa cảm biến 1 mặt ở bên phải
HỆ SỐ DẪN NHIỆT CỦA VẬT LIỆU ASPHALT CHƯA PCMS
Giá trị hệ số dẫn nhiệt thu được bởi Chen và cộng sự (2012) sử dụng Hot Disk TPS tiết lộ rằng hai PCM có tác động khác nhau lên asphalt. Các mẫu chứa PCM-L có hệ số dẫn nhiệt cao hơn các mẫu đối chứng và các mẫu được làm với PCM-Z có hệ số dẫn nhiệt thấp hơn. Hệ số dẫn nhiệt thấp hơn là mong muốn, vì ít nhiệt được dẫn từ bề mặt nhựa đường đến các lớp tiếp theo.
Các phép đo thuộc tính cơ học cho thấy rằng việc bổ sung PCM có ảnh hưởng tiêu cực đến độ bền của mẫu, với độ bền kéo và khả năng chống biến dạng vĩnh viễn giảm trong các mẫu có chứa PCM. Tuy nhiên, mẫu chứa PCM-Z có kết quả tốt nhất trong các thử nghiệm ngăn ngừa nứt. Do đó, các nhà nghiên cứu kết luận rằng PCM-Z có thể có tiềm năng như một chất phụ gia để giảm sự gia tăng nhiệt độ của nhựa đường.
Dự án này minh họa tầm quan trọng của phép đo hệ số dẫn nhiệt hiệu quả để thúc đẩy nghiên cứu và hiểu biết về các thuộc tính nhiệt. Khi chúng tôi tiếp tục cố gắng cải thiện các vật liệu là một phần quan trọng trong cuộc sống hàng ngày của chúng tôi, Hot Disk TPS là một công cụ mạnh mẽ đảm bảo nghiên cứu nhiệt là chính xác và đáng tin cậy.
Chân thành cảm ơn Thermtest đã cho phép S.L.S Technology đăng bài viết về thử nghiệm lên Website!
Link nghiên cứu gốc trên website của hãng: https://thermtest.com/applications/asphalt-thermal-conductivity