太阳热反射涂层试验路铺筑及性能评价

黄文红，王 伟，刘 军，罗婷倚，徐世田

(1.江西交通咨询公司，江西 南昌330006，2.重庆交通大学 土木建筑学院，重庆400041)

沥青是对太阳热辐射吸收率很高的吸热材料。在夏季高温时，沥青路面吸收并且蓄积大量热量，会引发一系列如高温车辙、拥挤等热稳性病害。太阳热反射涂层是一种通过增加太阳热反射率来降低物体表面温度的材料，将这种材料涂布于沥青路面可有效地降低路面温度，减少高温车辙病害［1-2］。

从20世纪70年代开始，美欧、日本等学者相继研制了太阳热反射涂料，随后得到快速发展，我国从20世纪90年代开始对太阳热反射涂料进行研究。由于路面受到行车荷载的作用，对材料使用条件要求苛刻，直至21世纪，太阳热反射材料才首次应用于路面中。日本公司研发了一种能够降低公路路面温度的新型铺筑材料［2］。随后，日本的相关学者还开发了几种应用于沥青路面的热反射型降温材料，并对实体工程进行了铺筑［3］。在我国，梁满杰［4］尝试将热反射涂层应用于沥青路面以降低路面温度;王良艳［5］对应用于钢桥面铺筑工程的太阳热反射涂层进行了探索，重点对其降温效果及机理进行了研究，但对涂层施工技术和耐磨耐久等性能评价较少。笔者针对沥青路面热反射沥青涂层施工工艺，并结合试验路的铺筑，对沥青路面热反射涂层性能进行了研究。

1 施工工艺研究

1.1 涂层固化进程研究

太阳热反射涂层材料是由一种树脂类材料A和一种固化剂B组成的双组分材料。当A组分与B组分混合后会发生化学反应，形成具有一定强度的涂层。环境温度与路面温度均会影响A、B组分反应速度。温度过低，涂层反应速度慢，交通开放时间较长;温度过高，导致涂层反应速度快，不利于施工操作。因此，笔者通过研究温度对材料黏度以及涂层不黏胎干燥时间的影响，结合两者确定出涂层施工时适宜的大气温度和路面温度。

1.1.1 温度对涂料黏度的影响

热反射涂料是一种双组分树脂材料，温度对其黏度影响较大。涂料的黏度影响着施工操作及开放交通的时间，因此研究温度对涂料黏度及涂层最大操作时间的影响对控制涂料施工温度和使用质量具有重要的意义。

参照黏度测定法规范［6］，采用一种便携式涂4杯进行涂料黏度测试。测试中，在一定温度条件下，测量定量试样从规定直径的孔全部流出的时间，以S表示，然后将流出时间(S)换算成运动黏度，mm2/s。

式中:t为流出时间，s;v为运动黏度，mm2/s。

配制150 g A组分涂料，加入固化剂后，将涂料放置于设定有一定温度的烘箱中保持一定时间。采用黏度仪每隔5min测试不同温度下的涂料黏度值，如图1。

图1 温度对涂料黏度的影响Fig.1 Effect of temperature on viscosity

由图1可见，涂料黏度在不同温度下的初始值较低，均在150～300mm2/s之间;在反应初期黏度值基本稳定，随黏度逐渐增加，后期产生突变，最后出现凝胶现象。由图1还可知，随着温度升高涂料初始黏度降低，同时温度的提高会加快涂料反应速率，缩短凝胶时间。

可以看到，当温度为20℃时，在0～20 min时，黏度值变化很小，在25～30 min时，黏度值逐渐增大，从30 min开始，黏度值变化幅度急剧增大，40 min时涂料产生凝胶;温度为35℃时，前10 min，黏度值变化不明显，但15 min时涂料产生凝胶，黏度值不再增大。

不同温度下涂层的最大施工操作时间是指从混合双组份涂料至完成涂布的时间。因此，针对涂料黏度受温度变化影响较大及后期黏度会出现突变并迅速产生凝胶的情况，结合黏度试验结果，测试了涂层在不同温度下的最大施工操作时间，见图2。

图2 气温对涂层最大施工操作时间的影响Fig.2 Effect of temperature on maximum operating time

由图2可以看出，气温变化对涂层最大施工操作时间的影响较大，当大气温度高于30℃时，涂层最大施工操作时间不到15 min。不仅如此，路面温度与气温往往也存在明显差异，不同的路面温度也会对涂层的固化速率及时间产生影响。因此，建议对热反射涂层材料进行施工时气温应低于30℃，路面温度应低于40℃，否则不易控制涂层施工。

1.1.2 不黏胎干燥时间

热反射涂层从凝胶到表干还有一段时间，涂层完全干燥后才能够开放交通，保证其使用性能。因此还需进一步研究温度对涂层的固化时间即不黏胎干燥时间的影响，确定快速开放交通的时间。

热反射涂层不黏胎干燥时间的测试方法参照《路面标线涂料》中的测试方法:①预先备好一批规格为150 mm×150 mm×50 mm的沥青混凝土试件和不黏胎时间测定仪;②在试件上均匀涂布太阳热反射涂层，涂布量为0.4 kg/m2，待完成后立即记时;③将试件放置于设有一定温度的恒温烘箱中;③待涂料初凝，在涂覆有涂层试件面上滚动不黏胎时间测定仪，观测是否有涂料黏附滚轮，若有，就用溶剂擦除并计时;④之后以1次/min按前述滚动，直至滚轮不黏附涂料计时即涂层不黏胎干燥时间。不同温度下测试结果如表1。

表1 防滑粒料的性能技术指标Table 1 Performance indexes of antiskid aggregates

图3 温度对涂层不黏胎干燥时间的影响温度对涂料黏度的影响Fig.3 Effect of temperature on non-stick tire drying timeEffect of temperature on viscosity

由图3可见，混凝土试件温度对涂层不黏胎干燥时间的影响较大。当混凝土试件温度低于15℃，此时涂层不黏胎干燥时间超过160 min，时间过长，不利于实现交通快速开放;当混凝土试件温度升至20℃时，涂层不黏胎干燥时间已缩短至120 min内。因此，建议在进行热反射涂层施工时，路面温度不宜低于20℃。

从以上分析可得出，为保证热反射涂层具有足够施工时间并实现涂层施工后的快速开放交通，建议涂层施工时气温保持为15～30℃，沥青路面温度保持为20～40℃。

1.2 施工工艺流程

由涂层材料特性可知，气候、路面温度变化对施工产生的影响;除此之外，路面、交通等状况都会影响施工进程及涂层后期使用性能。因此，笔者结合实际对施工提出以下要求提出太阳热反射涂层的施工工艺流程为。

1)沥青路面预处理。热反射材料要求原路面具有良好的平整度。因此，对于表面不够平整的新旧路面，在使用热反射涂层前需要进行打磨处理，使路面具有一定的平整度。

2)路面清扫。采用扫帚、高压气流鼓风机等工具将路面上的垃圾、灰尘等杂物清除干净，确保在涂层施工前路面保持清洁。对该路段进行严格交通管制，避免行人特别是车辆进入施工地段。

3)涂布第1层涂层。预先将施工面积进行分割，再以0.4 kg/m2的涂料涂布量采用人工滚涂或机械喷涂的方式进行施工，尽量保证涂层用量均匀。

4)撒布第1层防滑粒料。采用人工或机械喷洒的方式进行防滑粒料的撒布，撒布量为0.5 kg/m2。撒布完成后进行30～60 min养生以确保防滑粒料固定于涂层。

5)涂布第2层涂料。待第1层涂料和防滑粒料施工完成，且养生结束后，以0.4 kg/m2的涂布量涂布第2层涂料。

6)撒布第2层防滑粒料(最后加工)。按照操作方式4)，以0.3 kg/m2撒布量撒布第2层防滑粒料，然后对路面进行1～2 h的养生。

7)待两层涂料和防滑粒料施工结束后，根据不同气温和路面温度状况决定开放交通时间，夏季开放交通时间为1 h，冬季为2 h。

2 热反射涂层在试验路的应用情况

试验路段选在重庆交通大学校园内一条沥青混凝土行车道上，车道常年交通量较小。路面结构为:3 cm细粒式密级配沥青混凝土AC-13上面层+5 cm中粒式密级配沥青混凝土AC-16下面层+20 cm二灰级配碎石基层，沥青混凝土路面结构见图4。

图4 沥青混凝土路面结构Fig.4 Pavement structure of asphalt concrete

由于试验路面积较小，因此采用滚刷刷涂的人力施工方式。试验设备有螺旋搅拌机、鼓风机、涂料涂布设备、骨料撒布设备和扫帚、胶带等。

实验路铺筑中，涂层铺筑面积和相邻路段对比试验路段面积大致相同，约为100 m2。其中，涂层铺筑路段中停车区部分依次铺成红、黄、绿和蓝等4种颜色，另外半幅铺成单一的灰色。

图5是施工后试验路全景和近景，可以发现涂布涂层后的路面外观美观，表面撒布防滑粒料后具有一定粗糙度。

图5 路面施工完成后Fig.5 Completed Road

3 试验路性能评价

试验路铺筑后，对太阳热反射涂层的降温效果、抗滑性进行了综合性评价。

3.1 试验路降温效果评价

3.1.1 钻取芯样

首先，用钻芯机分别在太阳热反射涂层试验路段和对比的沥青路段上钻芯取样，并在芯样的2 cm和4 cm深处钻取深度约为5 cm的孔;第2，在孔内埋入温度传感器并用沥青密封严实;第3，将芯样放回原处，芯样周围空隙采用加热的细粒式沥青混合料经振捣填补并压实;最后，利用温度测试系统，跟踪记录不同季节、不同时段下两种路面的温度。

3.1.2 夏季高温季节温度测试

图6为夏季高温季节太阳热反射涂层路面和沥青路面温度对比关系。图6中，8月30日为夏季晴天温度数据，与沥青混凝土路面相比，太阳热反射涂层路面2 cm和4 cm处温度都较低，白天最大降温值约8.7℃，夜间最大降温值约2℃，由此可见太阳热反射涂层路面较沥青路面具有明显的降温效果。8月31日是雨天的温度测试结果，可以发现在雨天太阳热反射涂层路面2 cm和4 cm处温度仍比沥青路面温度低，降温值约为2℃。这可能是由于在雨天时，路面仍会反射一部分近红外线，因此温度较沥青路面略低。

图6 夏季高温下普通沥青路面和涂层路面的温度Fig.6 The temperature of asphalt pavement and coating pavement at high temperature in summer

3.1.3 冬季低温季节温度测试

12月11日—13日的温度测试结果如图7。

图7 冬季低温下普通沥青路面和涂层路面的温度Fig.7 Temperature of asphalt pavement and coating pavement at winter cold season

由图7可见，12月11日—13日的温度数据表明，冬季低温时热反射涂层路面2 cm和4 cm处温度较普通沥青路面温度略低，仅1℃左右。该结果表明冬季时的涂层路面无明显的降温效果。

从以上分析可知，太阳热反射涂层在高温季节降温效果明显，最大降温值约8.7℃;而在冬季低温季节降温幅度很小，涂层无明显降温效果。

3.2 抗滑性分析

太阳热反射涂层涂布于沥青路面，必然会改变原路面的表面特性，进而改变了车辆轮胎的接触状态。参照公路路基相应规程［7］规定的方法对实验路路面摩擦系数进行测试，采用摆式仪对涂布涂层前后路面的抗滑值进行测量，每次选6个测试点，取平均值计算，见图8。

图8 摩擦系数测定仪Fig.8 The analyzer of friction coefficient

防滑粒料的添加大大提高了路面抗滑值，其行车安全性得到了有效保证。在试验路段施工完成初期，抗滑值较原有路面增加了27%。试验路完成施工半年后，由于车辆及行人的摩擦作用使其抗滑值有一定程度降低，但仍高于未涂布涂层的原沥青路面，表明使用半年后涂层仍保持较好的抗滑性，见图9。

图9 防滑粒料对试验路抗滑值的影响Fig.9 Effect of antiskid aggregates on BPN of the pavement

4 结论

1)通过研究温度对涂料的黏度及涂层不黏胎干燥时间的影响，建议涂层施工时气温保持为15～30℃，沥青路面温度保持为20～40℃。

2)提出沥青路面太阳热反射涂层的施工工艺流程。实验路的铺筑表明热反射涂层具有施工工艺简便，施工操作便于控制，快速开放交通等优点。热反射涂层可以做成多种颜色，美化道路。

3)测试了热反射涂层试验路和沥青路面的温度。结果表明:涂层在夏季高温时，可有效地降低路面温度，最大降温值为8.7℃;在低温季节降温效果很小。

4)撒布防滑粒料后的热反射涂层路面抗滑性较原路面显著提高;在校园试验路交通量较小的情况下，使用半年后的涂层路面仍保持良好的抗滑性。

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［6］王良艳.降低钢桥面铺装层的使用温度技术研究［D］.重庆:重庆交通大学，2009.

［7］GB/T 1723—93涂料粘度测定法［S］.北京:中国标准出版社，1993.

［8］JTG E 60—2008公路路基路面现场测试规程［S］.北京:人民交通出版社，2008.