遮热沥青路面施工技术及其路用性能

高 榕，赵 乐

(1.西京学院 土木工程学院，陕西 西安 710123； 2.中交第一公路勘察设计研究院有限公司，陕西 西安 710075)

0 引 言

近年来，由于全球变暖导致夏季温度的持续上升，致使沥青路面表面温度达到60 ℃甚至更高，这种高温现象很大程度上影响了周围环境，使周围环境的温度也随之升高，即路面因高温产生“城市热岛效应”，尤其在高层建筑密集的城镇地区，会面临更高气温的考验[1-3]。路表温度过高会严重影响路面性能，如易出现车辙、使用寿命以及疲劳特性降低。因此，在坚持可持续发展以及环保的同时，降低路面表面温度、延长路面使用寿命变得日益重要。

为解决此类问题，一种用来降低道路表面温度的新的处理技术——遮热性路面铺装技术，近年来逐渐得到广泛研究和使用。遮热路面的主要原理是在路面表层涂覆太阳热反射涂层，通过涂层中的颜料粒子反射红外线，减少路面吸收的太阳辐射，达到降低路面表面和内部温度的目的[4-6]。Iwama等针对遮热路面的施工技术及路面温度进行综合研究，结果表明，采用遮热路面可使路面温度降低约10 ℃，大气温度和整体气温降低0.8 ℃。

目前，相关研究主要集中在室内遮热路面材料的制备及性能测试方面，对实际工程中的施工技术及遮热路面长期性能方面的研究较少。为此，本文通过室内以及现场试验，就遮热性路面铺装技术的降温性及适用性进行深入研究，以期指导遮热沥青路面在实际工程中的应用。

1 遮热性路面铺装技术

1.1 基本概念

太阳能反射技术起初被用来减缓建筑物屋顶的持续升温，Pomerantz等提出表面层密封反射材料有助于降低表面温度并防止由紫外线引起的表面损伤。Kinouchi等提出太阳光线和红外线的反射率用反照率表征。反照率是太阳光入射光线和反射光线的之间的比率，较高的反照率表示表面层具有较高的红外线反射率，较低的反照率表明红外线会被大量地吸收到表面层，从而增加路表面温度[7-11]。为了防止道面表层吸收可使其升温的红外线，应在已铺筑的道面涂抹具有较高反照率的漆基材料，如图1所示。

图1 遮热路面工作原理

1.2 涂层结构与施工方法

遮热路面结构如图2所示，其中涂层厚约1 mm。具体施工工序为：在既有路面和路表陶瓷颗粒上涂刷第1层；快速将防滑砂均匀撒布在路表面保证路面抗滑性；涂刷第2层，在给路面表面着色的同时起到包裹住防滑砂的效果；施工路段封闭1 h后便可以通车[12-15]。涂层的涂抹和撒布通常采用专用喷枪进行。该路面一般使用的材料规格如下：粒径为0.5～1.7 mm的防滑砂，密度为0.5 kg·m-2；涂层密度为0.4～0.6 kg·m-2。

图2 遮热路面结构

1.3 反照率特性

为了测试其遮热性能，对3种不同类型的沥青路面(即亮度指数为40的遮热路面、表面涂有普通油漆涂层材料的密级配沥青路面、普通密级配沥青铺装路面)表面进行对比试验，结果如图3所示。

图3 不同路面反照率特性曲线

由图3可以明显看出，遮热路面与其他路面的反照率特性有很大差别。对于可见光线，波长相同时，遮热路面与其他2种路面具有同样的反射率，但对于近红外光线，遮热路面的反射率则明显高于其他2种路面。这说明，在相同亮度指数下，遮热路面的反照率高于普通油漆材料的沥青路面。

2 遮热路面表面性能测试及分析

2.1 抗滑性

为了检验抗滑性，用动态摩擦测试仪对多孔沥青路面和表面涂有遮热材料的多孔沥青路面分别进行试验，结果如表1所示。

表1 动态摩擦系数测试结果

从测试结果可以看出，2种路面的抗滑能力大体相同，遮热路面抗滑能力更强。

2.2 抗剥落性

室内遮热路面抗剥离性能测试方法如图4所示，即通过轮胎在试件上作用一定的荷载，同时使轮胎左右转动进行测试。测试的具体参数如下：荷载作用条件为轮胎左右转动；测试温度为20 ℃；载荷为686 N；循环次数为650次。测试完毕后，用数码相机拍下试件表面图像，然后通过图像分析软件将图像二值化，求得二值图像的面积，以此面积作为试件表面的剥离面积，用来确定遮热层的抗剥离性[16-17]。

图4 抗剥离性能测试

剥离面积测试结果如表2所示。从表2可以看出，与规范要求的规定值相比，涂层与已铺筑路面具有良好的黏附能力。

表2 剥离面积测试结果

2.3 路面表面温度降低情况

2.3.1 夏季路面表面温度

图5 夏天天气情况

为了研究遮热路面的应用效果，通过室内制作普通路面与遮热路面的板型试件进行对比试验，试件尺寸为300 mm×300 mm×50 mm。试验时，将温度计安装在试件表面下方5 mm处来测试路面内部温度。

图6 夏季路表面温度

图5、6分别为测量期间的天气情况和2个试件表面的温度统计结果。由图5可知，测量期间在无雨情况下气温最高达到35 ℃。对应的遮热路面最高温度达到42 ℃，而密级配沥青路面最高温度在58 ℃，两路面温度相差约16 ℃。

2.3.2 冬季路面表面温度

在试验过程中，对遮热路面以及密级配沥青路面分别进行观测，同时用装有热电偶的试板检测其表面温度。冬季天气情况如图7所示，2种路面的表面温度如图8所示。从图中可以看出，遮热路面表面温度最高约19 ℃，而密级配沥青路面表面温度达到29 ℃。

图7 冬天天气情况

图8 冬季路面表面温度

2种路面表面的温度差异，在晴天为8 ℃左右，阴天大约为3 ℃，而夜晚2种路面表面温度没有较大的差别。由此可知，在白天遮热路面对降低路面表面温度产生了积极的作用；在夜晚它同密级配沥青路面的路表面降温性能相同。

2.3.3 夏季和冬季路表温度比较

图9、10分别为路面在夏季和冬季路面表面温度的上升情况。从图9、10可以看出：夏季密级配沥青路面温度平均上升速度大约为4 ℃·h-1，而遮热路面为2.1 ℃·h-1；冬季密级配沥青路面温度平均上升速度为2.6 ℃·h-1，遮热路面为1.7 ℃·h-1。由此可见，不管在冬季还是夏季，遮热路面表面温度上升幅度要远小于密级配沥青路面。

图9 夏季温度上升情况

图10 冬季温度上升情况

3 遮热路面的现场应用

为了验证遮热路面表面降温能力，Hayakawa等在日本国际机场的滑行道铺筑遮热路面试验路段[12]。滑行道及其横断面如图11所示。

图11 滑行道及其横截面

试验过程中，在路表面以下安装热电偶(安装深度分别位于路表面以下20、80、200 mm)，热电偶可测量并储存路面连续4 d的温度，同时对普通密级配沥青路面、遮热路面车辙深度以及路面表面温度进行测量分析。

图12 不同路面的温度变化曲线

图12为路面3个不同深度处的温度变化情况。如图所示，同普通沥青路面相比，遮热路面在路表以下80 mm甚至200 mm时的温度降低情况符合一定的函数关系。

图13为2种路面在4年监测过程中最大车辙深度的变化情况。从图中可以看出，由于遮热材料使得沥青路面的温度降低，所以与普通沥青路面相比，遮热路面可以使最大车辙深度减少一半，其车辙深度增长速率明显低于普通沥青路面。

图13 路面最大车辙深度变化曲线

4 结 语

本文介绍了一种具有环保性以及实用性的遮热路面技术，并对该路面进行了室内以及现场试验，得出以下结论。

(1)遮热路面具有良好的光反照率，遮热涂层并未降低沥青路面的抗滑性能，且涂层与沥青路面具有良好的黏附性。

(2)夏季时，与普通路面相比，遮热路面可以降低路表温度16 ℃；冬季时，晴天大约可降温8 ℃，阴天降温大约为3 ℃，而夜晚2种路面表面温度没有较大的差别。无论是冬季还是夏季，遮热路面表面温度上升幅度要远小于密级配沥青路面。

(3)在路面性能方面，遮热路面可以有效减少车辙，且遮热路面的车辙深度比密级配沥青路面减少约一半。