基于室內外實驗的瀝青路面熱反射涂層降溫效果分析

閔偉春 俞曉麗

1.上海南信公路建設有限公司；2.上海南信公路建設有限公司

1 引言

隨著經濟的發展和科技的進步，我國的瀝青路面通車里程已躍居世界前列[1-3]。目前的主要挑戰是如何統籌兼顧路面的耐久、環保、舒適和可持續等方面的要求。在瀝青路面的病害形式中，車轍作為最常見、分布最廣泛和影響程度最大的一種病害形式，決定了瀝青路面的使用壽命[4-9]。

車轍病害的產生主要源于瀝青混合凝土材料的粘彈特性以及溫度荷載敏感性[10]。瀝青路面在夏季高溫時節在車輛荷載的長時間作用下容易產生不可恢復變形，進而形成車轍病害。其中溫度作為車轍病害的主要誘導因素，對車轍病害的產生和發展有著決定性的作用。已有研究表明當瀝青路面的夏季溫度降低時車轍病害明顯減少[11,12]。因此，采用熱反射涂層來主動降低路面的夏季溫度逐漸得到了推廣和應用。熱反射涂層設計的主要控制指標包含兩個方面[13-15]：一是涂層的降溫性能；二是涂層的耐久性。而目前關于涂層的降溫性能評價主要采用室內模擬真實環境和現場實測兩種，由于現場實測降溫性能的代價較高，在材料設計階段一般很難實現，因此大多數學者采用室內縮尺平臺模擬實際的降溫性能。有關兩種方法之間的關聯目前尚屬空白。

本研究的目的在于通過室內外的降溫性能測試，對比分析兩種實驗方法之間的內在聯系，以期為瀝青路面熱反射涂層設計過程中關于降溫性能評價指標的選取提供參考。

2 熱反射涂層降溫性能測試

2.1 室內實驗

圖1 室內熱反射涂層降溫性能測試圖

如圖1所示，室內模擬系統主要由輻射光源、輻射強度測試儀、溫度傳感器和溫度采集設備組成。輻射光源采用300W日光模擬燈泡，燈泡的直徑為127mm，長度為185mm。該太陽燈所發出的光線的波長范圍為：320mm~2500nm，超過99%以上的太陽輻射光譜所在的波長范圍大致為：150mm~4000nm。因此可以采用太陽燈模擬太陽光照。輻射強度的控制可以通過輻射燈的數量、排布形式和距離試件高度實現。

對于試件上、下表面采用不同的溫度采集方法：采用Raytek紅外測溫儀（測溫范圍為-18℃~260℃，精度±1℃）測試件上表面溫度變化，采用熱電偶溫度傳感器（測溫范圍為-20℃~125℃，精度±0.5℃）采集試件下表面溫度。通過數據采集裝置自動記錄傳感器采集的溫度。熱反射涂層的降溫效果定量評價指標為未涂覆試件和涂覆試件實測溫度之差。

2.2 現場實測降溫性能

圖2 現場熱反射涂層涂覆及溫度傳感器埋置示意圖

如圖2 所示，現場實驗選擇新建瀝青混凝土路面（上面層SMA-13；下面層AC-20），垂直于道路縱向劃定三塊矩形區域（3.75m×0.5m），將配置好的環氧樹脂基熱反射涂層涂覆于三塊矩形區域。三塊矩形區域為平行組，涂覆前每塊矩形區域通過鉆芯取樣埋置溫度傳感器，傳感器的位置為上面層和下面層的中部。溫度的記錄時間為早10:00~下午16:00，當天上海地區為晴天，室外最高空氣溫度38℃。三塊矩形區域的表面溫度變化采用紅外熱像儀采集，采集時間為下午13:00 左右，即當天最高溫度時段。

3 實驗結果對比分析

3.1 室內降溫性能

圖3 基于室內模擬實驗的熱反射涂層降溫效果

圖3所示為基于室內模擬降溫系統所得的瀝青混合料車轍板（a未涂熱反射涂層；b涂有熱反射涂層）表面變化趨勢。考慮到試件表面的溫度分布變異性，對紅外熱像儀采集的試件表面溫度進行統計分析，獲得平均值，最大值和最小值。由圖可以看出未涂熱反射涂層的車轍板試件的表面平均溫度比涂有熱反射涂層的車轍板高出5.7℃。

3.2 室外降溫性能

圖4 現場實測熱反射涂層降溫性能

圖4所示為室外試驗段的三塊矩形涂層的表面以及涂層下瀝青路面內部各層在夏季高溫天氣中的某一天的溫度變化檢測結果。其中涂層表面的溫度變化采用紅外熱像儀進行檢測，通過對比涂層表面與未涂涂層的瀝青路面表面的溫度，計算其差值得到三個平行試驗段在13時左右的溫差分別為3.8℃，5.9℃和4.8℃，其平均值為4.8℃，略低于室內實驗的平均值5.7℃。涂有熱反射涂層的瀝青路面內部（上面層與下面層）的溫度變化趨勢較為相似，在早上10:00 至下午14:00 均呈現單調增長趨勢，隨后便出現急劇下降。通過計算最高點的溫度差值，得到上面層和下面層的降溫幅度分別為6.3℃和5.6℃。可以發現上面層的降溫幅度大于室內實驗結果，下面層的降溫幅度數值與室內實驗結果最為接近。

4 總結與結論

本文通過室內試驗與室外試驗對比分析了瀝青路面熱反射涂層的降溫特性，探究了室內試驗結果與現場實際降溫效果之間的內在聯系。發現室內試驗得到的熱反射涂層降溫幅度與實際涂有熱反射涂層的路面下面層中的降溫幅度最為接近。室內試驗所得的降溫幅度高于實際路面環境中涂層表面的溫度，同時低于實際涂有熱反射涂層的瀝青路面上面層的降溫幅度。