中科医院 http://m.39.net/pf/bdfyy/xwdt/
摘要
为解决夏季高温所带来的沥青路面温度过高问题，研制了一种降温明显的沥青路面热反射层材料。该材料的应用考虑驾驶员的眩光问题以及路面标志标线的可辨识性，并分析了热反射层材料的室内室外降温效果、抗滑性能和耐久性能。结果表明：在对照组温度为65℃下，热反射层材料能降温11℃以上，降温效果良好；降温效果随轮胎作用次数增加而减少，当MLS33加载到40万次时，降温效果仅为刷涂时的15％；该材料的抗滑性能良好，可抵抗35万次的轮胎磨耗；该材料具体应用时，可多次反复刷涂，增强降温效果。
关键词
热反射层材料
降温
抗滑性
耐久性
引言
在中国大部分地区，夏季的最高气温能到达35℃以上。沥青路面色泽黑，在炎热的夏季其温度达到60～70℃。在交通荷载作用下，高温将加速沥青路面车辙的产生。研究表明：当沥青路表温度低于55℃时，车辙将限制在毫米级范围内；而当表面为55～70℃，将产生严重的车辙损害。同时，高温的沥青路面对城市道路沿线热物理环境会产生不良影响，加剧了城市“热岛效应”。因此，降低沥青路面的高温，将有效减少沥青路面车辙病害，缓解城市“热岛效应”。
目前，在沥青路面降温措施中，常采用保水型路面、热阻式路面、彩色沥青路面和热反射层路面。由于前3种类型路面的价格成本较高，目前越来越多的学者研究制备沥青路面的热反射层材料，通过增加对太阳光的反射率以降低表面的温度。Syneefa等研究了5种不同颜色的涂层，试验结果表明任何颜色涂层均比普通沥青路面反射率高，最大可降低12℃；梁满杰分析了各个因素对沥青路面表面热平衡温度的影响，并通过室外试验测试，得出热反射涂层的降温幅度最大可达12℃；冯德成等开发出一种沥青路面太阳热反射涂层，可降低沥青路面表面温度10℃左右；沙爱民等分析了热反射路面的工作原理及降温效果，发现增加路面的反射率可以有效降低路面温度；路俊杰用A树脂、TiO2、碳黑配制热反射涂料，并评价了其工作性质、降温效果和抗滑性能，发现该涂料性能符合规范要求，降温幅度可达7℃；张洪华等通过室内室外试验比较了两种涂层的降温效果，分别达9和7℃。目前对沥青路面热反射层材料的评价多数为降温效果，而对该材料应用于沥青路面后，对驾驶员造成的眩光以及驾驶员对标志标线的辨识性研究较少。因此，以道路安全为原则，该文研制一种降温明显的热反射层材料，并评价其应用于沥青路面的路用性能。
热反射层材料的制备
材料的选择与配比
沥青路面热反射层材料主要是通过增大对太阳光的反射率以降低路表的温度。一般的热反射材料由溶剂、颜料、填料、助剂、功能填料和抗滑材料6部分组成。衡量热反射涂层的反射能力用散射率来表示，散射率越高，反射能力越强，因此必须采用折射系数高的颜料和折射系数低的基料。该研究选择硅丙乳液作为基料；采用空心玻璃微珠作为功能填料，既能够增加反射率，又能够阻止热量的传递；综合考虑无机颜料对可见光和红外线光的吸收率、市场上应用率以及颜色对驾驶员舒适性和环境协调性的影响，该文选择绿色的Cr2O3，红棕色的Fe2O3，白色的TiO2作为着色颜料；采用陶瓷颗粒作为抗滑材料；其他材料如表1所示。
制备流程
制备热反射层材料的流程如图1所示。
(1)将溶剂预先添加到反应釜中，并分次添加助剂和颜料与填料的混合物，高速搅拌成半成品。其中，颜料和填料事先分次混合添加。
(2)将中空微珠一次添加到半成品中，并低速搅拌后，按照不同颜色装瓶。
(3)取不同绿白或者红白比例（1∶0～1∶7）的热反射层材料混合搅拌，并均匀涂布于马歇尔试件表面。
(4)立刻在试件表面上均匀撒布一层陶瓷颗粒，晾干。
视觉安全评价
热反射层材料涂布于沥青路面表面后，改变了原有表面的颜色。当热反射层材料颜色的亮度过大，将对驾驶员产生眩光的不利影响；另外，若热反射层材料的颜色和路面的黄色标线或者红色标线相近，可能降低驾驶员对路面标志标线的辨识性，影响行驶安全。综上考虑，研发的热反射层材料的颜色应该满足明度、标志标线辨识性的要求。
该文采用标准光源箱，并开发相应的程序，统一识别不同比例的热反射层材料颜色的RGB值，如图2所示。
借助Photoshop软件，将识别的颜色渲染到实际的路面上(图3)，并针对路面是否眩光、路面的白色标线是否可读、路面的黄色标线是否可读这3个问题，通过问卷调查的方式，采集驾驶员的有效样本各份。以50％的驾驶员可接受为阈值，最后确定满足要求的热反射层材料的颜色比例为：红白比例1∶1～1∶5；绿白比例1∶1～1∶4。
性能评价
降温效果
(1)太阳自然光
试验前一天，将试验组的各试件放置于沥青路面(对照组)上，融入整个自然环境中。待第二天中午，采用接触式测温仪(量程为0～℃，精度为0．1℃)实测对照组和试验组的表面温度。试验结果采用多次测量并取平均值的方法。结果表明：沥青路面温度为43℃，各试验组的降温幅度如图4所示。
由图4可见：红色和绿色的沥青路面热反射层材料的降温明显，能降低6．5℃以上；且随着白色比例的增加，降温幅度也增加，这表明白色成分对太阳光的反射率更大。
(2)模拟自然光
为了得到不同对照组温度下的降温效果，采用模拟太阳光灯泡进行室内模拟试验。当对照组的温度分别为50、55、60、65℃时，试验组的降温效果见图5。
由图5可见：随着白色成分的增加，热反射层材料的降温效果增加；且随着对照组温度的增加，降温幅度增加，但是增加幅度变缓，这表现为对照组的温度分别为60℃和65℃时，降温效果相差不大，但在50℃和55℃时效果差异明显。在65℃时，红色和绿色的热反射层材料能降低温度11℃以上，这表明试验研究的热反射层材料的降温效果良好。
耐久性评价
目前热反射层材料的耐久性评价主要针对的是荷载作用和环境作用两个方面。由于该文的颜料材料采用无机物，试验和理论研究均表明该类材料相比于有机类的热反射层材料，其抵抗自然环境作用的能力更强。因此，该文主要针对热反射层材料应用于沥青路面时承受车辆轮胎磨耗的耐久性问题。随着车辆轮胎的反复磨耗，一方面热反射层材料本身的质量会被行驶的轮胎带走；另一方面黑色的轮胎颗粒将附于表面而降低热反射材料的降温效果。因此，该文采用MLS33加速加载机评价热反射层材料的耐久性。
MLS33加速加载机每天模拟5万次0．7ＭＰａ的交通轮胎的作用，在60℃对照组温度下，该材料的降温效果衰减百分比如图6所示。总体上看，随着轮载次数的增加，降温效果均匀下降；当加载到40万次时，降温效果仅为刷涂时的15％。这表明：热反射层材料的应用，必须考虑其耐久性的影响；而实际应用时可反复多次刷涂，增强降温效果。
滑性评价
沥青路面热反射材料的应用，由原来的沥青路面－车辆轮胎的接触表面，改变为热反射层表面－车辆轮胎，故该材料的使用需要满足路面的抗滑性要求。规范中采用摆式仪法对沥青路面抗滑性的要求是摆值BPN＞45。该文将热反射层材料刷涂于车辙板的表面，利用摆式仪测量试验组和对照组的BPN值如图7所示。
由图7可见：由于表面撒布了一层陶瓷颗粒作为抗滑物质，涂有热反射层材料的试件比对照组的BPN值高，可达70左右，高于规范要求的45，故该文开发的材料能满足沥青路面的抗滑要求。随着轮载作用次数的增加，BPN值的变化如图8所示。开始阶段，由于热反射层表面较大的抗滑颗粒的存在，使得与轮胎的有效接触面积较少，当轮胎作用次数增加，较大抗滑颗粒被磨耗，抗滑能力下降的同时，轮胎与材料的有效接触面积增加，因此在作用了10万～15万次之后，BPN值逐渐增大；但随着轮载作用次数的继续增加，抗滑颗粒逐渐减少，导致BPN值持续下降，并在35万次时，降低到45，热反射层材料的抗滑性失效；此时对应的降温效果衰减为原来的25％，降温效果也不明显。
结论
(1)该文研制了红色、绿色和白色3种颜色的沥青路面热反射层材料，并根据掺入白色成分的不同，获得了不同红白比例、绿白比例的热反射层材料应用于沥青路面的降温效果。
(2)为了保证驾驶员不眩光以及满足标志标线的可辨识性，采用标准光源箱分析各试件的颜色，并通过问卷调查的方式确定能在道路上使用的材料为红白比例1∶1～1∶5、绿白比例为1∶1～1∶4。
(3)室外试验和室内模拟试验均表明：所研发的热反射层材料降温明显，可降温11℃以上。
(4)利用MLS33加速加载设备评价热反射层材料的耐久性，结果表明耐久性影响不可忽略，实际应用时可反复多次刷涂，增强降温效果。
(5)热反射层材料的抗滑性能良好，并可承受35万次轮胎的磨耗。
全文完。首发于《中外公路》年12月。作者简介：任瑞，女，硕士，高级工程师．Ｅ－ｍａｉｌ：ｒｅｎｒｕｉ１９７７＠１６３．ｃｏｍ。登陆
