路用降温涂层最佳涂抹量的确定

2015-06-15刘立斌王玉飞刘相儒王朝辉

筑路机械与施工机械化 2015年5期

刘立斌 +王玉飞 +刘相儒+++王朝辉

摘要：为合理选择路用降温涂层最佳涂抹量，优选路用降温涂层原材料，制备两种路用降温涂层材料，系统地研究路用降温涂层的基本性能随涂抹量的变化规律，确定降温涂层最佳涂抹量。结果表明：涂抹量从0.8 kg·m-2增加到1.0 kg·m-2，两种路用降温涂层的基本性能有所降低，涂抹量为0.8 kg·m-2时，HTM降温涂层和JTM降温涂层各项基本性能良好；最佳涂抹量下HTM降温涂层和JTM降温涂层最大降温幅度均在47 ℃以上。

关键词：道路工程；降温涂层；涂抹量；基本性能

中图分类号：U414.03 文献标志码：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

路用降温涂层由于涂抹量不当容易导致降温涂层粘结性能差、抗冲击性能不良和硬度不佳等问题，不但会影响路用降温涂层的使用性能、缩短降温涂层的使用寿命，对降温涂层的降温效果也会产生直接影响[12]。目前，相关研究主要通过路用降温涂层的降温性能来确定其涂抹量，或借助美国ASTM相关规范对比分析国内外施工条件和气候环境，确定路用降温涂层施工涂抹量[36]。但以上研究均忽略了路用降温涂层涂抹量与其基本性能之间的关系，因此，亟需提出完备的路用降温涂层最佳涂抹量确定方法，为路用降温涂层的工程应用提供参考数据。

本文采用优选的路用降温涂层原材料，制备两种路用降温涂层材料，借助路用降温涂层粘结性能试验、抗冲击性能试验、干燥时间和硬度试验等，系统地研究路用降温涂层各项基本性能随涂抹量的变化规律，确定路用降温涂层的最佳涂抹量，全面评价路用降温涂层在最佳涂抹量下的降温效果，为后续路用降温涂层的研究奠定基础。

1 路用降温涂层材料优选及制备

1.1 路用降温涂层原材料及配方设计

采用优选的路用降温涂层原材料，设计不同路用降温涂层配方。具体试验方案如表1所示。其中，选取环氧树脂为涂层粘结原材料，采用聚酰胺树脂进行环氧树脂固化，环氧树脂与聚酰胺树脂的比例为3∶2；HTM和JTM为主要的降温功能性材料；选择氧化铁作为主要的降温辅助性材料；选定陶土为路用降温涂层着色材料；选用工业乙醇作为助剂，助剂的最佳掺量定为20%。

1.2 路用降温涂层的制备

首先，称取适当数量的树脂粘结材料及助剂加注到搅拌机内，低速搅拌均匀；其次，在混合物中分次添加预先称量并混合均匀的降温功能性材料及着色材料，低速搅拌5～10 min，然后逐渐调高搅拌速度，保持至搅拌均匀；再次，调低转速，分次添加辅助降温材料，防止搅拌速度过快使辅助降温材料的内部结构破坏；搅拌均匀后即可得到路用降温涂层材料。该路用降温涂层的粘结性能、干燥时间、抗冲击性以及涂膜硬度等基本性能均能满足规范要求。

2 基于基本性能的路用降温涂层最佳涂抹量研究

2.1 涂抹量对路用降温涂层粘结性能的影响

采用粘结性能试验研究涂抹量对路用降温涂层粘结性能的影响，以确定路用降温涂层的最优涂抹量。试件破坏状况见图1，试验结果见表2。

由表2分析可知，两种路用降温涂层的粘结强度随涂抹量的增加逐渐增大，涂抹量从0.6 kg·m-2升至0.8 kg·m-2时，粘结强度增长幅度较大；但当涂抹量大于0.8 kg·m-2后，增长幅度变缓。两种路用降温涂层在相同涂抹量下，粘结强度相差不大，这表明路用降温涂层粘结性能受到降温功能材料类型的影响较小。根据路用降温涂层粘结强度随涂抹量的变化规律，将路用降温涂层涂抹量初选为08～10 kg·m-2。

2.2 涂抹量对路用降温涂层抗冲击性能的影响endprint

参照规范《环氧树脂地面涂层材料》（JC/T 1015—2006），采用抗冲击性试验评价当路用降温涂层受到轮胎冲击力以及重物撞击等瞬时荷载时表面的强度及抗变形能力[7]。采用500 g钢球，在位于涂层上方1 m处自由下落，对受到冲击后的涂层表面状况进行观测，评价其抗冲击性能。抗冲击试验结果见表3，试验情况见图2。

由表3可以得出，当涂抹量达到08 kg·m-2时，经过500 g钢球从高1 m的位置自由落体的冲击后，两种路用降温涂层表面状况良好，3个不同冲击位置基本可以保持无裂纹、无剥落；当涂抹量达到10 kg·m-2时，降温涂层出现较小范围的轻微裂纹，但无明显剥落。这表明当涂抹量为08 kg·m-2时，两种降温涂层抗冲击性能良好；当涂抹量从08 kg·m-2增加到10 kg·m-2时，两种路用降温涂层抗冲击性能有所降低，但仍然能满足规范要求。综合考虑降温涂层抗冲击性和经济性，将路用降温涂层涂抹量初选为06～08 kg·m-2。

2.3 涂抹量对路用降温涂层干燥时间的影响

参照规范《环氧树脂地面涂层材料》（JC/T 1015—2006），对路用降温涂层进行干燥时间测试，确定满足施工中道路开放交通时间的最佳涂抹量。表干时间、实干时间随涂抹量的变化规律如图3所示。

图3 路用降温涂层涂抹量对表干时间及实干时间的影响规律

由图3分析可知，路用降温涂层的表干时间随涂层单位涂抹量的增加变化不大，单位涂抹量从06 kg·m-2增加到08 kg·m-2，两种路用降温涂层的表干时间最多增加了05 h；单位涂抹量从08 kg·m-2增加到10 kg·m-2，两种路用降温涂层的表干时间也同样最多增加了05 h，这表明路用降温涂层表干时间受单位涂抹量的影响较小。实干时间受单位涂抹量的影响较大，当单位涂抹量从06 kg·m-2增加到10 kg·m-2，两种路用降温涂层的实干时间最多增加了2 h，这说明随着单位涂抹量的增大，实干时间逐渐变长。综合考虑路用降温涂层合理干燥时间及经济性，路用降温涂层涂抹量初选为06～08 kg·m-2。

2.4 涂抹量对路用降温涂层硬度的影响

参照规范《环氧树脂地面涂层材料》（JC/T 1015—2006），采用铅笔硬度法对路用降温涂层的硬度进行测试，评价路用降温涂层表面的抗变形能力[8]。硬度试验情况见图4，试验结果见图5。

由图5分析可知，两种路用降温涂层材料的硬度均满足标准要求（≥3 H）；两种路用降温涂层的硬度随着涂层涂抹量的增加有所增加，当涂抹量大于08 kg·m-2时，涂层硬度趋于稳定；其中，JTM降温涂层可以达到6 H的硬度，HTM降温涂层可达到5 H，均高于标准的要求，这表明两种降温涂层的硬度良好。综合考虑涂层硬度及经济性，路用降温涂层涂抹量初选为06～08 kg·m-2。

3 路用降温涂层最佳涂抹量优选

通过对路用降温涂层粘结性能、抗冲击性能、干燥时间和硬度的研究，全面分析路用降温涂层基本性能随涂抹量的变化规律，确定出路用降温涂层的最佳涂抹量，如表4、图6所示。

4 基于最佳涂抹量的路用降温涂层降温性能研究

根据《沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011），采用AC13级配制备普通车辙板试件，分别在上、中、下部埋设温度传感器（平面位置位于车辙板中心处），在车辙板表面涂刷路用降温涂层[7]。在室外环境条件下，于车辙板底部铺一层粉土，四周用粘土包围，起到良好的隔热作用，保证车辙板底部及四周传热不影响车辙板温度变化，模拟真实路面布置，选择10：00～ 15：00为测试时间，每隔半小时读取表面、中部、下部温度，整理汇总数据，用以评价路用降温涂层降温性能[8]。两种路用降温涂层在最佳涂抹量下的最大降温效果如图7所示。

图7 路用降温涂层最大降温幅度

通过对图7的分析得知，HTM降温涂层和JTM降温涂层在最佳涂抹量下的最大降温幅度均在47 ℃以上，其中HTM降温涂层的降温幅度在5 ℃以上，在涂刷降温涂层试件的表面位置、中部位置和下部位置，最大降温幅度相差不大，表明不同测温位置对路用降温涂层降温效果影响不大，路用降温涂层在最佳涂抹量下具有很好的降温效果。

5 结语

（1）两种路用降温涂层粘结强度随涂抹量的增加逐渐增大，涂抹量从06 kg·m-2升至08 kg·m-2时，增长幅度较大；涂抹量大于08 kg·m-2后，增长幅度变缓。

（2）涂抹量在06～08 kg·m-2时，两种路用降温涂层抗冲击性能良好；涂抹量从08 kg·m-2增加到10 kg·m-2时，两种路用降温涂层抗冲击性能有所降低，但仍然满足规范的要求。

（3）两种路用降温涂层的表干时间随涂层单位涂抹量的增加变化不大，实干时间受单位涂抹量的影响较大。

（4）两种路用降温涂层硬度随着涂层涂抹量的增加而增大，当涂抹量大于08 kg·m-2时，涂层硬度趋于稳定。

（5）基于粘结性能、抗冲击性、干燥时间和硬度试验，并结合降温涂层的经济性，将路用降温涂层的最佳涂抹量确定为08 kg·m-2。

（6） HTM降温涂层和JTM降温涂层在最佳涂抹量下的最大降温幅度均在47 ℃以上。

参考文献：

[1] 郑木莲，何利涛，高璇，等.基于降温功能的沥青路面热反射涂层性能分析[J].交通运输工程学报，2013，13（5）：1016.

[2] 张洪华，王鑫，林声，等.路用降温涂层施工工艺研究[J].筑路机械与施工机械化，2014，31（6）：4750.

[3] 黄文红，王伟，刘军，等.太阳热反射涂层试验路铺筑及性能评价[J].重庆交通大学学报：自然科学版，2012，31（5）：982985，1085.

[4] 冯德成，张鑫.热反射涂层开发及路用性能观测研究[J].公路交通科技，2010，27（10）：1720.