路用降溫涂層最佳涂抹量的確定

劉立斌 +王玉飛 +劉相儒+++王朝輝

摘 要：為合理選擇路用降溫涂層最佳涂抹量，優(yōu)選路用降溫涂層原材料，制備兩種路用降溫涂層材料，系統(tǒng)地研究路用降溫涂層的基本性能隨涂抹量的變化規(guī)律，確定降溫涂層最佳涂抹量。結(jié)果表明：涂抹量從0.8 kg·m-2增加到1.0 kg·m-2，兩種路用降溫涂層的基本性能有所降低，涂抹量為0.8 kg·m-2時(shí)，HTM降溫涂層和JTM降溫涂層各項(xiàng)基本性能良好；最佳涂抹量下HTM降溫涂層和JTM降溫涂層最大降溫幅度均在47 ℃以上。

關(guān)鍵詞：道路工程；降溫涂層；涂抹量；基本性能

中圖分類(lèi)號(hào)：U414.03 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Determination of Optimal Painting Amount of Pavement Cooling Coating

LIU Libin1， WANG Yufei2， LIU Xiangru1，WANG Chaohui2

（1. Hebei Jitong Road & Bridge Construction Co. Ltd.， Shijiazhuang 050000， Hebei ，China；

2. School of Highway， Changan University， Xian 710064， Shaanxi， China）

Abstract： In order to determine the optimal amount of cooling coating for road pavement， two types of cooling coatings were produced to study the variation of fundamental characteristics of the coatings following the changing of painting amount. The results show that the characteristics of both coatings drop when the painting amount increases from 0.8 kg·m-2 to 1.0 kg·m-2； the HTM and JTM coatings show good performance when the painting amount is 0.8 kg·m-2； the maximum dropping of temperature reaches higher than 4.7 ℃ with optimal painting amount.

Key words： road engineering； cooling coating； painting amount； fundamental characteristics

0 引 言

路用降溫涂層由于涂抹量不當(dāng)容易導(dǎo)致降溫涂層粘結(jié)性能差、抗沖擊性能不良和硬度不佳等問(wèn)題，不但會(huì)影響路用降溫涂層的使用性能、縮短降溫涂層的使用壽命，對(duì)降溫涂層的降溫效果也會(huì)產(chǎn)生直接影響[12]。目前，相關(guān)研究主要通過(guò)路用降溫涂層的降溫性能來(lái)確定其涂抹量，或借助美國(guó)ASTM相關(guān)規(guī)范對(duì)比分析國(guó)內(nèi)外施工條件和氣候環(huán)境，確定路用降溫涂層施工涂抹量[36]。但以上研究均忽略了路用降溫涂層涂抹量與其基本性能之間的關(guān)系，因此，亟需提出完備的路用降溫涂層最佳涂抹量確定方法，為路用降溫涂層的工程應(yīng)用提供參考數(shù)據(jù)。

本文采用優(yōu)選的路用降溫涂層原材料，制備兩種路用降溫涂層材料，借助路用降溫涂層粘結(jié)性能試驗(yàn)、抗沖擊性能試驗(yàn)、干燥時(shí)間和硬度試驗(yàn)等，系統(tǒng)地研究路用降溫涂層各項(xiàng)基本性能隨涂抹量的變化規(guī)律，確定路用降溫涂層的最佳涂抹量，全面評(píng)價(jià)路用降溫涂層在最佳涂抹量下的降溫效果，為后續(xù)路用降溫涂層的研究奠定基礎(chǔ)。

1 路用降溫涂層材料優(yōu)選及制備

1.1 路用降溫涂層原材料及配方設(shè)計(jì)

采用優(yōu)選的路用降溫涂層原材料，設(shè)計(jì)不同路用降溫涂層配方。具體試驗(yàn)方案如表1所示。其中，選取環(huán)氧樹(shù)脂為涂層粘結(jié)原材料，采用聚酰胺樹(shù)脂進(jìn)行環(huán)氧樹(shù)脂固化，環(huán)氧樹(shù)脂與聚酰胺樹(shù)脂的比例為3∶2；HTM和JTM為主要的降溫功能性材料；選擇氧化鐵作為主要的降溫輔助性材料；選定陶土為路用降溫涂層著色材料；選用工業(yè)乙醇作為助劑，助劑的最佳摻量定為20%。

1.2 路用降溫涂層的制備

首先，稱(chēng)取適當(dāng)數(shù)量的樹(shù)脂粘結(jié)材料及助劑加注到攪拌機(jī)內(nèi)，低速攪拌均勻；其次，在混合物中分次添加預(yù)先稱(chēng)量并混合均勻的降溫功能性材料及著色材料，低速攪拌5～10 min，然后逐漸調(diào)高攪拌速度，保持至攪拌均勻；再次，調(diào)低轉(zhuǎn)速，分次添加輔助降溫材料，防止攪拌速度過(guò)快使輔助降溫材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞；攪拌均勻后即可得到路用降溫涂層材料。該路用降溫涂層的粘結(jié)性能、干燥時(shí)間、抗沖擊性以及涂膜硬度等基本性能均能滿(mǎn)足規(guī)范要求。

2 基于基本性能的路用降溫涂層最佳涂抹量研究

2.1 涂抹量對(duì)路用降溫涂層粘結(jié)性能的影響

采用粘結(jié)性能試驗(yàn)研究涂抹量對(duì)路用降溫涂層粘結(jié)性能的影響，以確定路用降溫涂層的最優(yōu)涂抹量。試件破壞狀況見(jiàn)圖1，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2分析可知，兩種路用降溫涂層的粘結(jié)強(qiáng)度隨涂抹量的增加逐漸增大，涂抹量從0.6 kg·m-2升至0.8 kg·m-2時(shí)，粘結(jié)強(qiáng)度增長(zhǎng)幅度較大；但當(dāng)涂抹量大于0.8 kg·m-2后，增長(zhǎng)幅度變緩。兩種路用降溫涂層在相同涂抹量下，粘結(jié)強(qiáng)度相差不大，這表明路用降溫涂層粘結(jié)性能受到降溫功能材料類(lèi)型的影響較小。根據(jù)路用降溫涂層粘結(jié)強(qiáng)度隨涂抹量的變化規(guī)律，將路用降溫涂層涂抹量初選為08～10 kg·m-2。

2.2 涂抹量對(duì)路用降溫涂層抗沖擊性能的影響endprint

參照規(guī)范《環(huán)氧樹(shù)脂地面涂層材料》（JC/T 1015—2006），采用抗沖擊性試驗(yàn)評(píng)價(jià)當(dāng)路用降溫涂層受到輪胎沖擊力以及重物撞擊等瞬時(shí)荷載時(shí)表面的強(qiáng)度及抗變形能力[7]。采用500 g鋼球，在位于涂層上方1 m處自由下落，對(duì)受到?jīng)_擊后的涂層表面狀況進(jìn)行觀測(cè)，評(píng)價(jià)其抗沖擊性能。抗沖擊試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3，試驗(yàn)情況見(jiàn)圖2。

由表3可以得出，當(dāng)涂抹量達(dá)到08 kg·m-2時(shí)，經(jīng)過(guò)500 g鋼球從高1 m的位置自由落體的沖擊后，兩種路用降溫涂層表面狀況良好，3個(gè)不同沖擊位置基本可以保持無(wú)裂紋、無(wú)剝落；當(dāng)涂抹量達(dá)到10 kg·m-2時(shí)，降溫涂層出現(xiàn)較小范圍的輕微裂紋，但無(wú)明顯剝落。這表明當(dāng)涂抹量為08 kg·m-2時(shí)，兩種降溫涂層抗沖擊性能良好；當(dāng)涂抹量從08 kg·m-2增加到10 kg·m-2時(shí)，兩種路用降溫涂層抗沖擊性能有所降低，但仍然能滿(mǎn)足規(guī)范要求。綜合考慮降溫涂層抗沖擊性和經(jīng)濟(jì)性，將路用降溫涂層涂抹量初選為06～08 kg·m-2。

2.3 涂抹量對(duì)路用降溫涂層干燥時(shí)間的影響

參照規(guī)范《環(huán)氧樹(shù)脂地面涂層材料》（JC/T 1015—2006），對(duì)路用降溫涂層進(jìn)行干燥時(shí)間測(cè)試，確定滿(mǎn)足施工中道路開(kāi)放交通時(shí)間的最佳涂抹量。表干時(shí)間、實(shí)干時(shí)間隨涂抹量的變化規(guī)律如圖3所示。

圖3 路用降溫涂層涂抹量對(duì)表干時(shí)間及實(shí)干時(shí)間的影響規(guī)律

由圖3分析可知，路用降溫涂層的表干時(shí)間隨涂層單位涂抹量的增加變化不大，單位涂抹量從06 kg·m-2增加到08 kg·m-2，兩種路用降溫涂層的表干時(shí)間最多增加了05 h；單位涂抹量從08 kg·m-2增加到10 kg·m-2，兩種路用降溫涂層的表干時(shí)間也同樣最多增加了05 h，這表明路用降溫涂層表干時(shí)間受單位涂抹量的影響較小。實(shí)干時(shí)間受單位涂抹量的影響較大，當(dāng)單位涂抹量從06 kg·m-2增加到10 kg·m-2，兩種路用降溫涂層的實(shí)干時(shí)間最多增加了2 h，這說(shuō)明隨著單位涂抹量的增大，實(shí)干時(shí)間逐漸變長(zhǎng)。綜合考慮路用降溫涂層合理干燥時(shí)間及經(jīng)濟(jì)性，路用降溫涂層涂抹量初選為06～08 kg·m-2。

2.4 涂抹量對(duì)路用降溫涂層硬度的影響

參照規(guī)范《環(huán)氧樹(shù)脂地面涂層材料》（JC/T 1015—2006），采用鉛筆硬度法對(duì)路用降溫涂層的硬度進(jìn)行測(cè)試，評(píng)價(jià)路用降溫涂層表面的抗變形能力[8]。硬度試驗(yàn)情況見(jiàn)圖4，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖5。

由圖5分析可知，兩種路用降溫涂層材料的硬度均滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求（≥3 H）；兩種路用降溫涂層的硬度隨著涂層涂抹量的增加有所增加，當(dāng)涂抹量大于08 kg·m-2時(shí)，涂層硬度趨于穩(wěn)定；其中，JTM降溫涂層可以達(dá)到6 H的硬度，HTM降溫涂層可達(dá)到5 H，均高于標(biāo)準(zhǔn)的要求，這表明兩種降溫涂層的硬度良好。綜合考慮涂層硬度及經(jīng)濟(jì)性，路用降溫涂層涂抹量初選為06～08 kg·m-2。

3 路用降溫涂層最佳涂抹量?jī)?yōu)選

通過(guò)對(duì)路用降溫涂層粘結(jié)性能、抗沖擊性能、干燥時(shí)間和硬度的研究，全面分析路用降溫涂層基本性能隨涂抹量的變化規(guī)律，確定出路用降溫涂層的最佳涂抹量，如表4、圖6所示。

4 基于最佳涂抹量的路用降溫涂層降溫性能研究

根據(jù)《瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011），采用AC13級(jí)配制備普通車(chē)轍板試件，分別在上、中、下部埋設(shè)溫度傳感器（平面位置位于車(chē)轍板中心處），在車(chē)轍板表面涂刷路用降溫涂層[7]。在室外環(huán)境條件下，于車(chē)轍板底部鋪一層粉土，四周用粘土包圍，起到良好的隔熱作用，保證車(chē)轍板底部及四周傳熱不影響車(chē)轍板溫度變化，模擬真實(shí)路面布置，選擇10：00～ 15：00為測(cè)試時(shí)間，每隔半小時(shí)讀取表面、中部、下部溫度，整理匯總數(shù)據(jù)，用以評(píng)價(jià)路用降溫涂層降溫性能[8]。兩種路用降溫涂層在最佳涂抹量下的最大降溫效果如圖7所示。

圖7 路用降溫涂層最大降溫幅度

通過(guò)對(duì)圖7的分析得知，HTM降溫涂層和JTM降溫涂層在最佳涂抹量下的最大降溫幅度均在47 ℃以上，其中HTM降溫涂層的降溫幅度在5 ℃以上，在涂刷降溫涂層試件的表面位置、中部位置和下部位置，最大降溫幅度相差不大，表明不同測(cè)溫位置對(duì)路用降溫涂層降溫效果影響不大，路用降溫涂層在最佳涂抹量下具有很好的降溫效果。

5 結(jié) 語(yǔ)

（1） 兩種路用降溫涂層粘結(jié)強(qiáng)度隨涂抹量的增加逐漸增大，涂抹量從06 kg·m-2升至08 kg·m-2時(shí)，增長(zhǎng)幅度較大；涂抹量大于08 kg·m-2后，增長(zhǎng)幅度變緩。

（2） 涂抹量在06～08 kg·m-2時(shí)，兩種路用降溫涂層抗沖擊性能良好；涂抹量從08 kg·m-2增加到10 kg·m-2時(shí)，兩種路用降溫涂層抗沖擊性能有所降低，但仍然滿(mǎn)足規(guī)范的要求。

（3） 兩種路用降溫涂層的表干時(shí)間隨涂層單位涂抹量的增加變化不大，實(shí)干時(shí)間受單位涂抹量的影響較大。

（4） 兩種路用降溫涂層硬度隨著涂層涂抹量的增加而增大，當(dāng)涂抹量大于08 kg·m-2時(shí)，涂層硬度趨于穩(wěn)定。

（5） 基于粘結(jié)性能、抗沖擊性、干燥時(shí)間和硬度試驗(yàn)，并結(jié)合降溫涂層的經(jīng)濟(jì)性，將路用降溫涂層的最佳涂抹量確定為08 kg·m-2。

（6） HTM降溫涂層和JTM降溫涂層在最佳涂抹量下的最大降溫幅度均在47 ℃以上。

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[責(zé)任編輯：王玉玲]endprint