瀝青路面熱反射涂層的研究與發展

姬彪

摘 要：通過對國內外現有瀝青路面熱反射涂層所加填料的種類以及降溫效果的研究，結合國內瀝青路面出現高溫車轍病害的現狀，對涂層中填料的性質以及降溫機理作了詳細闡述，并對以后瀝青路面熱反射涂層的發展作了展望。

關鍵詞：瀝青路面；熱反射涂層；填料性質；降溫機理

1 瀝青路面熱反射涂層研究現狀

瀝青路面熱反射涂層在國內起步較晚，所以國內對于瀝青路面熱反射涂層的研究進展很小，2006年，哈爾濱工業大學梁滿杰、馮德成開始嘗試將太陽光熱反射涂層用于瀝青路面，發現該涂層確實可以降低瀝青路面溫度，并測試了其他路用性能[1]。2010年重慶交通大學的李文珍、李亮、石飛等人選用過氧化甲乙酮（MEKPO）/環烷酸鈷體系為瀝青路面熱反射涂料固化體系，將功能性填料二氧化鈦和二氧化硅的比例設為2：1。經過降溫性能測試后，得出最佳填料用量，并發現降溫效果達到10到13度[2]。2016年唐伯明、袁穎、曹雪娟等人針對瀝青路面熱反射涂層在使用中出現老化并導致降溫效果下降等問題，發現涂層在老化過程中會形成碳氧雙鍵并且使碳碳雙鍵發生斷裂，又因為碳氧雙鍵所構成羰基官能團可以輕易地吸收可見光和近紅外光，所以隨著碳氧雙鍵的形成，涂層中樹脂的透光率會上升，從而導致涂層反射率的下降；所以他們仔細地探討了涂層的老化規律并思考如何從老化機理入手來預防老化現象的發生，并提出了反射率與降溫效果有一定的關聯性，且涂層的反射作用會隨著老化現象的發生而日趨降低[3]。

2 瀝青路面熱反射涂層的基本降溫原理

太陽在不斷地向地球和其他星球輻射能量，而且太陽輻射的波長范圍很廣，波長從零至無窮大，各個范圍都存在太陽輻射。為了降低表面涂層的溫度，涂層的主要功能填料對可見光和近紅外光的吸收越小越好。同時，為減少太陽光透過，功能填料對太陽光也應有較大的散射能力。應選擇具有較高太陽光反射能力的功能填料，使涂層起到較大的反射作用。太陽輻射光譜主要分為四個區域，即紫外區、可見光區、近紅外區、遠紅外區。可見光區的能量占總輻射能量的99%以上，在可見光區域內，太陽光的輻射能力是最強的，也是導致瀝青路面產生高溫車轍病害的重要原因之一。選擇折光指數較高的功能性填料來最大效率地反射可見區域的太陽光。

一般物體對能量有三種響應方式：反射、吸收和透過。可分別用反射率P、吸收率ε、透過率T來表示。

P+ε+T=1

增加降溫效果度應盡可能使反射率增大，吸收率和透過率減小。涂層與瀝青路面之間具有傳導的傳熱方式。

3 瀝青路面熱反射涂層的原材料

3.1 二氧化鈦

二氧化鈦（化學式：TiO2），白色固體或粉末狀的兩性氧化物，分子量：79.83，是一種白色無機顏料，具有無毒、最佳的不透明性、最佳白度和光亮度，被認為是目前世界上性能最好的一種白色顏料。鈦白的粘附力強，不易起化學變化。廣泛應用于涂料、化纖、化妝品等工業。二氧化鈦擁有三種結晶形態：金紅石型鈦白粉、銳鈦礦型和板鐵礦型。其中金紅石型鈦白粉晶格較小且緊密，穩定具有較高的硬度、密度、介電常數及折射率，折蓋力和著色力也較高，對光的反射、散射能力極強，因而在反射型隔熱材料領域極受歡迎[4]。

3.2 二氧化硅

二氧化硅，化學術語，純的二氧化硅無色，常溫下為固體，化學式為SiO2，不溶于水。不溶于酸，但溶于氫氟酸及熱濃磷酸，能和熔融堿類起作用。由于它具備耐溫性好、耐酸堿腐蝕、導熱性差、高絕緣、化學性質穩定、硬度大等優良的性能，被廣泛用于電子、塑料、化工、涂料等行業[5]。將二氧化硅用于瀝青路面熱反射涂層后可提高涂層的耐溫性、耐候性、耐磨性以及耐久性等性能。

3.3 硅藻土

硅藻土是一種生物成因的硅質沉積巖，主要由硅藻（一種單細胞的水生藻類）遺骸和軟泥固結而成，是一種性能很穩定的非金屬礦，具有體輕、質軟、多孔、耐酸、比表積大、化學性質穩定、熱穩定性和吸附能力強等特性.硅藻土具有多孔性、密度小、比表面積大、吸附性好、耐酸、耐堿、絕緣等特性。硅藻土作為填料使用時，穩定性好，耐酸，耐熱，密度和松散密度小，吸附性、分散性、懸浮性、耐磨性和電絕緣性良好，吸油量高，加上其不規則結構，使得其具有很高的消光效應、增稠能力和良好的懸浮性能，硅藻土還可以使涂膜表面均勻光潔。

3.4 基料

相比于其他粘結劑，環氧樹脂、丙烯酸樹脂以及聚胺樹脂具有更好的黏附性能[6]，考慮經濟性、環保性、耐久性等因素，選擇能夠抵擋一定紫外線且有較好黏結性能的環氧樹脂作為基料。

3.5 輔助用劑

涂層應用于路面之后會帶來氣泡、附著力不強等現象，在涂層制備過程中加入消泡劑、分散劑、高效潤濕劑等輔助用劑來消除這種現象。

4 瀝青路面熱反射涂層的問題及發展趨勢

4.1 單位面積涂層用量

單位面積涂層用量與反射效率成正比，單位面積涂料越多，涂層越厚，反射太陽光效率越高，由于具體的施工條件，單位面積的涂層用量增多會造成路面防滑性能的下降，嚴重威脅行車安全。如何找到最佳單位面積涂層用量正是我們應研究的課題。

4.2 涂層的老化性與耐久性

瀝青路面熱反射涂層應用的是實際行車路面，夏季氣溫高，路面水蒸發所形成的蒸汽對涂層破壞極大，冬天氣溫低，路面會形成結冰現象，隨著溫度升高，冰融化形成水進入涂層空隙，再次結冰，會導致涂層內空隙膨脹，致使永久性損傷，特別是雨雪天氣，需用除冰鹽（NaCl），除冰鹽中所含有的氯離子對涂層也會造成一定損傷，路面車流人往，每天承受重力以及摩擦力，涂層老化形象比較嚴重。

4.3 環境友好型

由于環境污染近幾年比較嚴重，研究涂層除考慮經濟性、適用性、功能性方面外還應考慮是否對環境造成危害，選用填料，確定制作方法時，應考慮節能環保因素，環境友好型的瀝青路面熱反射涂層會逐漸成為一種主流趨勢。

4.4 室內研究向室外研究的轉化

國內的瀝青路面熱反射涂層的研究已經取得了一定進展，但未考慮安全性、經濟性、適用性等因素，單只降溫效果方面取得理想效果，無法用于實際路面施工，應多加考慮實際因素，將室內研究轉化為室外研究。

參考文獻

[1]梁滿杰，馮德成.瀝青路面光熱效應機理及熱反射涂層技術研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2006.

[2]李文珍，李亮，石飛，等.瀝青路面不飽和聚酯降溫涂料的研制[D].重慶交通大學，2002.

[3]唐伯明，袁穎，曹雪娟，等.瀝青路面熱反射涂料老化規律及其機理探討[D].重慶交通大學交通土建工程材料國家地方聯合工程實驗室，2015.

[4]鄭木蓮，何利濤，高璇，等.基于降溫功能的瀝青路面熱反射涂層性能分析[D].長安大學特殊地區公路工程教育部重點實驗室，2013.

[5]張國慶.瀝青路面熱反射涂料研究進展[Z].蘭州市城市建設設計院，2016.

[6]王朝輝，王玉飛，孫曉龍，等.基于能量轉換的路用降溫涂層材料制備與性能[D].長安大學，2015.