灌注磷酸鎂水泥砂漿的保水半柔性路面降溫性能研究

邱虹雨

（重慶交通大學(xué)，重慶 400064）

0 引言

隨著城市的建設(shè)速度加快，人口數(shù)量急劇增加，加劇了城市熱島效應(yīng)等問(wèn)題。緩解城市熱島效應(yīng)，其中一種有效方式就是鋪設(shè)保水半柔性路面。保水半柔性路面可以在降雨或者人工灑水時(shí)吸收和存儲(chǔ)水分，在陽(yáng)光照射地表溫度升高時(shí)，能夠蒸發(fā)水分從而降低路面的溫度，形成了儲(chǔ)水降溫的良性循環(huán)。這種路面能夠減少高溫帶來(lái)的車轍等病害，延長(zhǎng)路面的使用壽命，還能在下雨時(shí)吸收儲(chǔ)存雨水，減少行車帶來(lái)阻擋視線的水霧，若能在城市大量鋪設(shè)這種路面，能夠有效地緩解熱島效應(yīng)。

在20世紀(jì)50年代，法國(guó)率先開(kāi)展了半柔性路面的研究，在機(jī)場(chǎng)跑道上鋪裝這種路面作為耐熱路面，申請(qǐng)了“Salviacim 施工法”的專利。英國(guó)在攤鋪后的開(kāi)級(jí)配瀝青碎石路面空隙中灌入樹(shù)脂水泥砂漿[1]。日本科學(xué)家的研究證明，鋪裝了保水性路面的降溫效果可達(dá)到10℃。日本側(cè)重于研究配制保水砂漿的各種材料和灌漿的保水性路面。中國(guó)主要開(kāi)展灌入式路面的研究，重慶交通大學(xué)側(cè)重于研究半柔性保水路面，主要研究保水砂漿的材料配合比，并對(duì)保水路面的性能進(jìn)行測(cè)試[2]。鄭曉衛(wèi)對(duì)路面保水性能研究結(jié)果顯示，保水路面降溫效果較好，比普通瀝青路面溫度低8～10℃[3]。沈盼的研究結(jié)果顯示，保水路面的48h 保水率達(dá)到44.27%，對(duì)比了灌漿前后不同孔隙率母體瀝青混合料的降溫性能特征，溫差持續(xù)為10～15℃，可持續(xù)24h 以上[4]。

1 磷酸鎂水泥砂漿配合比設(shè)計(jì)

1.1 原材料

磷酸鎂水泥（MPC）是由重?zé)趸V、磷酸鹽、緩凝劑按一定比例配制而成；氧化鎂：高溫煅燒氧化鎂（MgO），顏色呈淡黃色，其表觀密度為3.25g/cm3，比表面積為230m2/kg；磷酸二氫氨：磷酸二氫銨（NH4H2PO4），白色細(xì)粒狀晶體，其純度≥99%，pH 值為4.0～4.5（50g/L，25℃）；緩凝劑：硼砂（Na2B4O7·10H2O），白色晶體，含量大于95%；保水劑：硅藻土，呈白色，吸水率可達(dá)347%，孔隙率為66%；試驗(yàn)用水均為自來(lái)水。其材料性質(zhì)均符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTGF40-2004）的技術(shù)要求。

2 磷酸鎂水泥砂漿配合比設(shè)計(jì)及優(yōu)化

本文采用用水量、P/M 比和硼砂摻量三因素三水平摻量的正交試驗(yàn)進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，不考慮各因素的交互作用。保水砂漿的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)為：48h 保水率、7d抗折強(qiáng)度和7d 抗壓強(qiáng)度。保水砂漿的試驗(yàn)方案和性能評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 磷酸鎂水泥砂漿試驗(yàn)方案與性能評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)

經(jīng)過(guò)正交試驗(yàn)及分析，磷酸鎂水泥砂漿的最佳配合比：用水量為40%，P/M比為4，硼砂摻量為5%（不添加其他外加劑）。試驗(yàn)所得的磷酸鎂水泥凈漿并不能完全滿足保水砂漿的設(shè)計(jì)要求，需要增大保水率。在下一步試驗(yàn)中，加入保水劑以優(yōu)化配合比。

表2 保水砂漿性能的目標(biāo)值

加入10%和20%的硅藻土進(jìn)行配合比優(yōu)化試驗(yàn)，其余配合比不變，試驗(yàn)表明保水砂漿的最佳配合比為：用水量為40%，P/M 比為4，硼砂摻量為5%，硅藻土摻量為20%，24h 保水率為35%，7 天抗折強(qiáng)度為0.55MPa 和抗壓強(qiáng)度為3.44MPa，滿足表2的性能要求。

3 保水降溫半柔性路面降溫性能

將試驗(yàn)所得的保水砂漿灌入試驗(yàn)所得的大孔隙基體瀝青混合料中，待砂漿凝結(jié)硬化后，養(yǎng)護(hù)一定時(shí)間，即得到保水降溫半柔性路面。降溫試驗(yàn)是通過(guò)室內(nèi)加熱燈照射模擬太陽(yáng)光輻射到瀝青路面產(chǎn)生高溫。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。由圖1可以看出，3 種路面在持續(xù)加熱4h 后，其中保水路面較AC 路面低12℃，OGFC 路面較AC路面低8℃。其中保水路面的降溫效果較為明顯，主要是因?yàn)榇罂紫稙r青混凝土結(jié)構(gòu)和保水砂漿均能儲(chǔ)存水分，在高溫狀況下，能夠蒸發(fā)水分來(lái)降低路面的溫度。

圖1 保水砂漿性能的目標(biāo)值

4 結(jié)語(yǔ)

1、保水砂漿的配制材料為高溫煅燒氧化鎂、磷酸二氫銨、硼砂、硅藻土。根據(jù)配合比試驗(yàn)，確定保水砂漿的配合比為用水量40%，P/M 比為4，硼砂摻量為5%，硅藻土摻量為20%。24h 保水率為35%，7 天抗折強(qiáng)度為0.55MPa 和抗壓強(qiáng)度為3.44MPa，能夠滿足保水砂漿的設(shè)計(jì)要求。

2、保水降溫路面在照射4h 的降溫效果在12℃左右，大孔隙瀝青混凝土路面的降溫效果在8℃左右。

3、保水半柔性路面為一種被動(dòng)降溫方式，只有在表面（蒸發(fā)面）溫度較高才能體現(xiàn)出降溫效果。保水半柔性路面在夏季才會(huì)有顯著的降溫效果，同時(shí)也初步表明了保水半柔性路面不會(huì)導(dǎo)致冬天的溫度過(guò)低。保水半柔性路面宜用于路面的表面層。