沥青混凝土隔热性能现场测试与研究

摘      要：为缓解沥青路面的高温车辙病害，优选多种原材料，制备了具备隔热降温属性的沥青混凝土路面材料。在此基础上，在隔热沥青混凝土试验段进行光栅式温度传感器布置和埋设，系统测试和评价了隔热沥青混凝土的隔热降温功效及各项路用性能。试验结果表明：隔热沥青混凝土具有良好的隔热降温性能，在实际工程中取得了良好的应用效果。

关  键  词：道路工程;隔热沥青混凝土;现场测试;隔热功效;试验段;路用性能

中图分类号：TQ177.6⁺3        文献标识码： A       文章编号： 1671-0460（2020）07-1313-04

Field Test and Laboratory Performance Test of

Thermal Insulation Asphalt Concrete

SONG Wen-jia

（Xian International University， Shaanxi Xian 710077， China）

Abstract： For the purpose of mitigating the high temperature disease of asphalt pavement， a few kinds of raw materials were selected， and thermal insulation asphalt concrete was prepared. The thermal insulation performance was studied systematically through using climate resistance test machine. The grating temperature sensor was buried into the experimental pavement of thermal insulation asphalt concrete. The thermal insulation performance and road performance were tested and evaluated in the field. The results showed that thermal insulation asphalt concrete had good thermal insulation performance and was well performed in the engineering application.

Key words： Road engineering; Thermal insulation asphalt concrete; Field test; Thermal insulation performance; Experimental road; road property

瀝青路面主要病害类型之一就是高温病害^[1]。沥青会在高温状态下由弹性逐渐转变为塑性状态，其承载能力出现大幅度下降现象^[2]。随着交通量的增大，当外界行车荷载反复作用于路面上时，轮辙部分的沥青混合料密实度会不断提高，最终造成车辙病害，严重影响沥青路面的路用性能^[3-4]。针对以上情况，国内外研究人员及学者提出了隔热沥青混合料，作为应对沥青路面高温病害的重要对策之一^[5]。对于隔热沥青混凝土，国内外研究现状主要为：Miao等^[6]研究了热阻材料的阻热性能及稳定性;孟凡奇等^[7-8]基于热物性研究了陶瓷沥青混凝土的阻热性能;范海东^[9]研究了隔热混凝土铺装梁桥的温度场和温度应力;任永利^[10]评价了陶瓷废料用于沥青路面隔热层混合料的性能。

本文优选多种原材料制备了隔热沥青混凝土，在隔热沥青混凝土试验段进行温度传感器布置和埋设，对沥青混凝土的隔热降温功效及各项路用性能进行了系统的分析和研究，为其在道路领域的普及应用提供依据。

1  隔热沥青混凝土制备

1.1  原材料组成

1.1.1  热阻改性剂

制备隔热沥青混合料时，采用了煅烧铝矾石和蛭石粉等两种不同类型的隔热材料作为热阻改性剂，其中煅烧铝矾石粒径范围为4.75～9.5 mm，而蛭石粉细度具体为300目（48 μm）。通过替换对应粒径的集料或填料来应用热阻改性剂，煅烧铝矾石和蛭石粉的掺入量分别为矿料总质量的6.5%和8.5%，铝矾石和蛭石粉的技术性能指标如表1和表2所示。

1.1.2  沥青

选用SBS（I-C）改性沥青作为主要的胶结材料，其实际检测技术性能指标如表3所示。

1.1.3  集料

集料主要采用玄武岩碎石，依据公路沥青路面施工技术规范（JTG F40-2004）的要求对集料进行检测，其技术指标值如表4所示。

填料主要采用石灰石矿粉，其实际测试的技术性能指标如表5所示。

1.2  级配信息

选择常用的SMA-13级配进行隔热沥青混合料的制备，SMA-13的级配设计曲线在规范的上下限值之间，接近于规范中值，无超限状况出现，在部分筛孔通过率略高于规范中值。采用级配条件下的最佳油石比为6.3%。SMA-13的具体级配组成如下图1所示。

1.3  制备流程

采用替代集料的方法来制备隔热沥青混合料，制备流程如图2所示：

2  温度传感器埋设施工与现场测试

2.1  试验段概况

采用试验所优选的原材料进行现场试验段铺筑，在某市政道路进行了里程约为500 m的试验段铺筑工作，试验段为双向四车道，在两个半幅路分别铺筑了隔热沥青混凝土和普通沥青混凝土，从而对二者的隔热降温性能及路用性能进行对比评价。试验路的具体现场状况如图3所示。

2.2  温度传感器埋设

在试验段两个半幅路分别埋设温度传感器。在平面上，温度传感器布设在道路中线与距离起点和终点150 m处垂直线的交点处;而在纵断面上，温度传感器则主要布设在上面层底部，埋深约为5 cm。温度传感器主要采用Kinsen进口高精度温度传感器，测量准确度：0.01级，分辨率0.1 uV和0.1 mΩ，测量不确定度优于0.7 ℃，重复性误差<0.25 ℃。

2.3  現场性能测试

2.3.1  隔热性能检测

借助现场埋设的温度传感器对隔热沥青混凝土和普通沥青混凝土试验段的路面表面及内部温度进行了全面检测，对比评价了隔热沥青混凝土的隔热降温功效。测试时间段选择日气温高于35 ℃的晴朗天气进行测试，测试具体在上午10：00至下午17：00进行。隔热降温现场测试结果主要如图7所示。

由图7分析可知，随着光照的持续，隔热沥青混凝土逐渐表现出良好的隔热降温效果，在测试第1天，当路面温度达到49.6 ℃时，隔热效果达到5.6 ℃;随着路面温度的继续升高，隔热沥青混凝土的降温功效出现了小幅度的降低，但在测试终点时隔热降温效果也可达到4.3 ℃，均能够实现对沥青路面良好的隔热降温功效。

2.3.2  路用性能检测

依据《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40- 2004）对试验段的路用性能及铺筑施工质量进行了现场检测，检测结果主要如表6所示。

由表6分析可知，隔热沥青混凝土的抗滑性能、最大间隙、渗水系数等各项路用性能良好，与普通沥青混凝土路面基本一致，能够达到《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）的相关要求，可满足道路的应用需要。

3  结 语

（1）在实际工程应用中，隔热沥青混凝土发挥了良好的隔热降温功效，最高可达5.7 ℃，可在公路工程领域开展应用。

（2）隔热沥青混凝土的抗滑性能、最大间隙、渗水系数等各项路用性能良好，相关的测试结果均满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）的要求。

（3）本文完成了隔热沥青混凝土材料的试验段铺筑及现场性能检测，在后续的研究中，应针对隔热沥青混凝土的耐久性、隔热属性的长期性等方面开展相应的研究工作，为隔热沥青混凝土能够长期、稳定的发挥其功效提供保证。

参考文献：

[1]张增平，韩继成，南晓粉，等. 热阻式沥青路面组成及降温技术研究[J]. 筑路机械与施工机械化，2016，33（6）：75-78.

[2]谭华， 胡松山，刘斌清，等. 基于流变学的复合改性橡胶沥青黏弹特性研究[J]. 土木工程学报，2017（1）：115-122.

[3]刘建勋，聂满意，王选仓，等. 沥青玛蹄脂碎石混合料高温抗车辙性能试验研究[J]. 筑路机械与施工机械化，2014，31（2）：45-47.

[4]黄杰.高速公路沥青路面车辙与路面使用性能影响分析[J]. 筑路机械与施工机械化，2014，31（11）：67-71.

[5]宋文佳. 温拌沥青及其混合料性能研究及微观表征[J].当代化工， 2018，47（4）：727-730.

[6]MIAO J， TAO J， LIU Y. Research on Self-thermal Insulation Wall Construction Technology of Autoclaved Aerated Concrete Block[J]. International Journal of Thermal Sciences， 2015， 48（8）：1574-1585.

[7]孟凡奇，钱振东，杨理广. 基于热物性的陶瓷沥青混凝土阻热性能研究[J].公路交通科技，2015，32（11）：20-26.

[8]钱振东，孟凡奇，杨理广. 利用陶瓷废料的沥青混合料路用性能及隔热性能[J]. 公路交通科技，2015，32（5）：19-24.

[9] 范海东. 隔热混凝土铺装梁桥的温度场和温度应力研究[D].大连：大连理工大学，2016.

[10]任永利. 陶瓷废料用于沥青路面隔热层混合料的性能研究[D].广州：华南理工大学，2011.

基金项目： 陕西省教育厅专项基金项目（项目编号：19JK0729）。

收稿日期： 2019-12-30

作者简介： 宋文佳（1987-），女，河北邢台人，硕士，讲师， 2013年毕业于长安大学岩土工程专业，主要从事道路工程、岩土工程方面的教学及科研工作。E-mail：1140242693@qq.com。