热反射涂料在钢桥面铺装预防养护中的应用研究

2022-09-02岳晓文

公路交通技术 2022年4期

陈诚，赵云，岳晓文

(重庆市智翔铺道技术工程有限公司，重庆 400060)

近年来，我国道路交通不断发展，公路养护市场规模庞大，养护需求与日剧增，路面预防养护技术需求前景广阔[1]。在沥青道路修建规模和数量逐年增多的情况下，夏季高温对沥青路面造成的车辙病害也逐年攀升[2-3]。沥青路面吸热能力强，在太阳直接照射下，温度对道路的物理性能产生了很大影响。为减少太阳辐射对沥青路面的不利影响，运用各种措施降低辐射造成路面温度的升高，这已成为道路工程一个热点。有研究表明[4]，将热反射剂与路面预防养护技术相结合，既能养护路面系统、保持路面功能状况，又能延缓路面损坏。热反射涂料能有效阻止或缓解外界热量向沥青路面传递，降低其温度，缓解沥青路面的车辙病害及热稳定性损害。目前，热反射涂料应用于钢桥面铺装预防养护工程鲜有报道，仅国内部分高校相继研发了可降低路面温度的热反射涂层等技术成果，尚未实现工程应用[5]。

为此，本文研究一种具有热反射太阳光热能且可冷拌施工的聚合物型热反射精细表处技术。该技术利用水性反应型聚合物的自交联特性，结合热反射剂应用于道面铺装的具体要求，通过试验对材料的热反射性能进行系统研究，并采用室内试验研究了热反射剂种类及颜色对精细表处的TSR和NIR的影响，最终在实体工程验证了热反射精细表处的热反射性能[6]。实体工程检测结果表明：该技术具有粘结强度高、施工简便等优点，并能达到路表降温效果[7]。

1 热反射精细表处材料研究

热反射精细表处是将热反射剂添入精细表处材料中，利用热反射剂反射太阳辐射的机理，使得太阳辐射与精细表处下的沥青路面隔绝，抑制路表升温，同时也将沥青路面内部温度控制在一定范围内[8]。本文将热反射精细表处分为热反射涂料制备和热反射精细表处试验2个部分，热反射涂料研究热反射剂的热反射性能；热反射精细表处试验研究模拟沥青路面使用效果。

1.1 热反射精细表处材料的制备

1) 精细表处材料：将水性环氧置于分散皿中，按比例加入填料并搅拌使其分散均匀，然后按一定比例添加石英砂，均匀分散5 min即得到水性环氧乳液组分。将水性环氧乳液组分(A)与固化剂(B)按一定比例混合即得到精细表处材料。其中，A、B组分混合反应6 h可固化成型。

2) 热反射精细表处材料：按精细表处材料∶热反射剂=50∶1的比例混合均匀，采用干着色法将热反射剂、消泡剂及乳液混合后，研磨分散后制得热反射精细表处材料。主要从粘结强度、抗滑性能、不粘胎干燥时间与胶凝时间等方面对热反射精细表处进行性能研究，性能指标见表1。

由表1可知，热反射精细表处附着力强、干燥时间快、抗滑性较好，且具有良好的施工和易性，1级的附着力能保证涂层不易脱落磨损，耐碱性检测结果良好，能够避免遭受油污染腐蚀后出现强度下降进而引发一系列路面病害，是适用于路面预防养护的优良材料。

1.2 热反射性能研究

热反射剂主要选取高反射率的着色功能颜料，运用在透明光亮的水性高分子聚合物中，目的是提高涂层反射率，降低物体对太阳辐射吸收，进而降低道路表面温度。试验时，选用了市面上不同颜色的热反射剂，3类材料型号分别为a(红色)、b(黄色)、c(黑色)。以精细表处材料作为胶结料A，分别称量适量胶结料与热反射剂，按Aa、Ab、Ac混合，热反射剂用量为胶结料总量的2%。将混合好的热反射精细表处均匀喷涂于面积为的PVC板上，待涂料固化，然后进行测试，测试样板如图1所示。

图1 不同颜色种类的热反射精细表处样板

通过对含有不同颜色及含量热反射剂的涂层样板进行测试，1号试样：A+a(2%)；2号试样：A+b(2%)；3号试样：A+c(2%)。试验环境温度 21.4 ℃，结果见表2。

表2 涂层反射值及温差Table 2 Coating reflection value and temperature differences

由表2可发现，添加热反射涂层的试样1号、2号、3号与灰色基板对比，其NIR和TSR都有明显的提升且提高的数据很高，而不加任何涂料的基板NIR和TSR的值都很低，表明1号、2号、3号热反射剂均有反射效果[9-10]。在可见光区，由于浅色涂层的反射率较深色涂层的高，因此含黄色颜料的2号样板反射性最好，其TSR达到了35.63%，表面降温效果高达16.2 ℃。深色的热反射涂层与黄色的热反射涂层相比，降温效果有所下降。温差数据表明，随着颜色的加深，热反射剂的降温性能逐渐下降，含黑色颜料样板的降温效果较其他颜色样板最差，但也能降低PVC板表面温度11.5 ℃[11]。

1.3 热反射涂料对混合料的影响

1) 试件制作

在道路养护工程中，路面颜色大多以黑色为主，只有极少数特殊铺装路面以彩色出现[8]。将黑色热反射剂与精细表处材料混合均匀后，以0.8 kg/m2的用量均匀涂布在沥青试件左侧，且在涂刷热反射精细表处试件表面插入热电偶标记为1号，在试件中部插入热电偶标记为2号；在沥青试件右侧均匀涂布未加热反射剂的精细表处材料，在试件表面插入热电偶标记为3号，在试件中部插入热电偶标记为4号，固化养护3 d成型后，用红外线加热器进行热反射温度试验[12]。试块材料涂布及试块红外线加热如图2所示。

图2 测试样块Fig.2 Test samples

2) 试验过程

(1) 采用红外加热器测定热反射涂层对混合料热反射功能进行测试，将红外加热器标定固定功率1 kW，利用无线动态信号测试系统监测其温度变化，频率为16次/s。(2) 持续升温测试30 min，其中1号和3号为试件表面热电偶温度变化对比，2号和4号为试件内部热电偶温度变化对比。热电偶在红外加热器的照射下温度变化曲线如图3所示。

图3 不同部位热电偶温度走势Fig.3 Temperature chart of thermocouples in different parts

由图3可知，使用热反射涂层后，不论是试件表面的1号和3号热电偶，还是在试件中部的2号和4号热电偶，温度明显下降。分析原因是热反射涂层的反射率降低了试件对光照的吸收率及向下热传递，阻断了热量流入沥青内部的路径，改变了路面被动接受高温的情况，增强了隔热降温效果，从而降低了混凝土内部温度，起到了降低路表温度的作用[13-14]。由此表明，该材料在室内模拟试验中热反射降温明显，可适用于道路养护材料[15]。

2 热反射精细表处工程应用

2021年6月，在安徽省马鞍山市常合高速马鞍山大桥K341+100～K341+500进行热反射精细表处施工，施工长度400 m，铺装面积为1 500 m2。工程完工后，对施工路段全线进行8 h的实地无线动态信号测试系统监测。在涂有热反射精细表处的沥青表面设置热电偶1号，沥青中层设置热电偶2号，未涂热反射精细表处的沥青表面设置热电偶3号和沥青中层设置热电偶4号，监测结果如图4所示。

图4 不同部位热电偶温度走势Fig.4 Temperature chart of thermocouples in different parts

试验分析中，既要考虑工程施工后沥青路面受到阳光、空气和风力等自然因素影响，还要考虑车辆荷载、磨耗等路面因素。试验结果表明：使用热反射涂层后，路面降温明显，当无太阳照射时，路面温度出现拐点，呈下降趋势，这一结论与《彩色热反射沥青路面涂层降温功能研究》[16]一文的结论一致，具有降温效果。从图4可知，在温度达到65 ℃时，与未涂热反射精细表处的铺装相比，涂布热反射精细表处的铺装表面的温度降低了15 ℃，内部温度降低了18 ℃。数据与室内模拟试验数据走势大体相同，工程运用整体效果良好。热反射精细表处铺筑实际效果如图5所示。