遮熱瀝青路面施工技術(shù)及其路用性能

高 榕，趙 樂

(1.西京學(xué)院 土木工程學(xué)院，陜西 西安 710123； 2.中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710075)

0 引 言

近年來，由于全球變暖導(dǎo)致夏季溫度的持續(xù)上升，致使瀝青路面表面溫度達(dá)到60 ℃甚至更高，這種高溫現(xiàn)象很大程度上影響了周圍環(huán)境，使周圍環(huán)境的溫度也隨之升高，即路面因高溫產(chǎn)生“城市熱島效應(yīng)”，尤其在高層建筑密集的城鎮(zhèn)地區(qū)，會面臨更高氣溫的考驗(yàn)[1-3]。路表溫度過高會嚴(yán)重影響路面性能，如易出現(xiàn)車轍、使用壽命以及疲勞特性降低。因此，在堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展以及環(huán)保的同時，降低路面表面溫度、延長路面使用壽命變得日益重要。

為解決此類問題，一種用來降低道路表面溫度的新的處理技術(shù)——遮熱性路面鋪裝技術(shù)，近年來逐漸得到廣泛研究和使用。遮熱路面的主要原理是在路面表層涂覆太陽熱反射涂層，通過涂層中的顏料粒子反射紅外線，減少路面吸收的太陽輻射，達(dá)到降低路面表面和內(nèi)部溫度的目的[4-6]。Iwama等針對遮熱路面的施工技術(shù)及路面溫度進(jìn)行綜合研究，結(jié)果表明，采用遮熱路面可使路面溫度降低約10 ℃，大氣溫度和整體氣溫降低0.8 ℃。

目前，相關(guān)研究主要集中在室內(nèi)遮熱路面材料的制備及性能測試方面，對實(shí)際工程中的施工技術(shù)及遮熱路面長期性能方面的研究較少。為此，本文通過室內(nèi)以及現(xiàn)場試驗(yàn)，就遮熱性路面鋪裝技術(shù)的降溫性及適用性進(jìn)行深入研究，以期指導(dǎo)遮熱瀝青路面在實(shí)際工程中的應(yīng)用。

1 遮熱性路面鋪裝技術(shù)

1.1 基本概念

太陽能反射技術(shù)起初被用來減緩建筑物屋頂?shù)某掷m(xù)升溫，Pomerantz等提出表面層密封反射材料有助于降低表面溫度并防止由紫外線引起的表面損傷。Kinouchi等提出太陽光線和紅外線的反射率用反照率表征。反照率是太陽光入射光線和反射光線的之間的比率，較高的反照率表示表面層具有較高的紅外線反射率，較低的反照率表明紅外線會被大量地吸收到表面層，從而增加路表面溫度[7-11]。為了防止道面表層吸收可使其升溫的紅外線，應(yīng)在已鋪筑的道面涂抹具有較高反照率的漆基材料，如圖1所示。

圖1 遮熱路面工作原理

1.2 涂層結(jié)構(gòu)與施工方法

遮熱路面結(jié)構(gòu)如圖2所示，其中涂層厚約1 mm。具體施工工序?yàn)椋涸诩扔新访婧吐繁硖沾深w粒上涂刷第1層；快速將防滑砂均勻撒布在路表面保證路面抗滑性；涂刷第2層，在給路面表面著色的同時起到包裹住防滑砂的效果；施工路段封閉1 h后便可以通車[12-15]。涂層的涂抹和撒布通常采用專用噴槍進(jìn)行。該路面一般使用的材料規(guī)格如下：粒徑為0.5～1.7 mm的防滑砂，密度為0.5 kg·m-2；涂層密度為0.4～0.6 kg·m-2。

圖2 遮熱路面結(jié)構(gòu)

1.3 反照率特性

為了測試其遮熱性能，對3種不同類型的瀝青路面(即亮度指數(shù)為40的遮熱路面、表面涂有普通油漆涂層材料的密級配瀝青路面、普通密級配瀝青鋪裝路面)表面進(jìn)行對比試驗(yàn)，結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同路面反照率特性曲線

由圖3可以明顯看出，遮熱路面與其他路面的反照率特性有很大差別。對于可見光線，波長相同時，遮熱路面與其他2種路面具有同樣的反射率，但對于近紅外光線，遮熱路面的反射率則明顯高于其他2種路面。這說明，在相同亮度指數(shù)下，遮熱路面的反照率高于普通油漆材料的瀝青路面。

2 遮熱路面表面性能測試及分析

2.1 抗滑性

為了檢驗(yàn)抗滑性，用動態(tài)摩擦測試儀對多孔瀝青路面和表面涂有遮熱材料的多孔瀝青路面分別進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果如表1所示。

表1 動態(tài)摩擦系數(shù)測試結(jié)果

從測試結(jié)果可以看出，2種路面的抗滑能力大體相同，遮熱路面抗滑能力更強(qiáng)。

2.2 抗剝落性

室內(nèi)遮熱路面抗剝離性能測試方法如圖4所示，即通過輪胎在試件上作用一定的荷載，同時使輪胎左右轉(zhuǎn)動進(jìn)行測試。測試的具體參數(shù)如下：荷載作用條件為輪胎左右轉(zhuǎn)動；測試溫度為20 ℃；載荷為686 N；循環(huán)次數(shù)為650次。測試完畢后，用數(shù)碼相機(jī)拍下試件表面圖像，然后通過圖像分析軟件將圖像二值化，求得二值圖像的面積，以此面積作為試件表面的剝離面積，用來確定遮熱層的抗剝離性[16-17]。

圖4 抗剝離性能測試

剝離面積測試結(jié)果如表2所示。從表2可以看出，與規(guī)范要求的規(guī)定值相比，涂層與已鋪筑路面具有良好的黏附能力。

表2 剝離面積測試結(jié)果

2.3 路面表面溫度降低情況

2.3.1 夏季路面表面溫度

圖5 夏天天氣情況

為了研究遮熱路面的應(yīng)用效果，通過室內(nèi)制作普通路面與遮熱路面的板型試件進(jìn)行對比試驗(yàn)，試件尺寸為300 mm×300 mm×50 mm。試驗(yàn)時，將溫度計(jì)安裝在試件表面下方5 mm處來測試路面內(nèi)部溫度。

圖6 夏季路表面溫度

圖5、6分別為測量期間的天氣情況和2個試件表面的溫度統(tǒng)計(jì)結(jié)果。由圖5可知，測量期間在無雨情況下氣溫最高達(dá)到35 ℃。對應(yīng)的遮熱路面最高溫度達(dá)到42 ℃，而密級配瀝青路面最高溫度在58 ℃，兩路面溫度相差約16 ℃。

2.3.2 冬季路面表面溫度

在試驗(yàn)過程中，對遮熱路面以及密級配瀝青路面分別進(jìn)行觀測，同時用裝有熱電偶的試板檢測其表面溫度。冬季天氣情況如圖7所示，2種路面的表面溫度如圖8所示。從圖中可以看出，遮熱路面表面溫度最高約19 ℃，而密級配瀝青路面表面溫度達(dá)到29 ℃。

圖7 冬天天氣情況

圖8 冬季路面表面溫度

2種路面表面的溫度差異，在晴天為8 ℃左右，陰天大約為3 ℃，而夜晚2種路面表面溫度沒有較大的差別。由此可知，在白天遮熱路面對降低路面表面溫度產(chǎn)生了積極的作用；在夜晚它同密級配瀝青路面的路表面降溫性能相同。

2.3.3 夏季和冬季路表溫度比較

圖9、10分別為路面在夏季和冬季路面表面溫度的上升情況。從圖9、10可以看出：夏季密級配瀝青路面溫度平均上升速度大約為4 ℃·h-1，而遮熱路面為2.1 ℃·h-1；冬季密級配瀝青路面溫度平均上升速度為2.6 ℃·h-1，遮熱路面為1.7 ℃·h-1。由此可見，不管在冬季還是夏季，遮熱路面表面溫度上升幅度要遠(yuǎn)小于密級配瀝青路面。

圖9 夏季溫度上升情況

圖10 冬季溫度上升情況

3 遮熱路面的現(xiàn)場應(yīng)用

為了驗(yàn)證遮熱路面表面降溫能力，Hayakawa等在日本國際機(jī)場的滑行道鋪筑遮熱路面試驗(yàn)路段[12]。滑行道及其橫斷面如圖11所示。

圖11 滑行道及其橫截面

試驗(yàn)過程中，在路表面以下安裝熱電偶(安裝深度分別位于路表面以下20、80、200 mm)，熱電偶可測量并儲存路面連續(xù)4 d的溫度，同時對普通密級配瀝青路面、遮熱路面車轍深度以及路面表面溫度進(jìn)行測量分析。

圖12 不同路面的溫度變化曲線

圖12為路面3個不同深度處的溫度變化情況。如圖所示，同普通瀝青路面相比，遮熱路面在路表以下80 mm甚至200 mm時的溫度降低情況符合一定的函數(shù)關(guān)系。

圖13為2種路面在4年監(jiān)測過程中最大車轍深度的變化情況。從圖中可以看出，由于遮熱材料使得瀝青路面的溫度降低，所以與普通瀝青路面相比，遮熱路面可以使最大車轍深度減少一半，其車轍深度增長速率明顯低于普通瀝青路面。

圖13 路面最大車轍深度變化曲線

4 結(jié) 語

本文介紹了一種具有環(huán)保性以及實(shí)用性的遮熱路面技術(shù)，并對該路面進(jìn)行了室內(nèi)以及現(xiàn)場試驗(yàn)，得出以下結(jié)論。

(1)遮熱路面具有良好的光反照率，遮熱涂層并未降低瀝青路面的抗滑性能，且涂層與瀝青路面具有良好的黏附性。

(2)夏季時，與普通路面相比，遮熱路面可以降低路表溫度16 ℃；冬季時，晴天大約可降溫8 ℃，陰天降溫大約為3 ℃，而夜晚2種路面表面溫度沒有較大的差別。無論是冬季還是夏季，遮熱路面表面溫度上升幅度要遠(yuǎn)小于密級配瀝青路面。

(3)在路面性能方面，遮熱路面可以有效減少車轍，且遮熱路面的車轍深度比密級配瀝青路面減少約一半。