熱反射涂料在鋼橋面鋪裝預(yù)防養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用研究

陳 誠，趙 云，岳曉文

(重慶市智翔鋪道技術(shù)工程有限公司，重慶 400060)

近年來，我國道路交通不斷發(fā)展，公路養(yǎng)護(hù)市場規(guī)模龐大，養(yǎng)護(hù)需求與日劇增，路面預(yù)防養(yǎng)護(hù)技術(shù)需求前景廣闊[1]。在瀝青道路修建規(guī)模和數(shù)量逐年增多的情況下，夏季高溫對瀝青路面造成的車轍病害也逐年攀升[2-3]。瀝青路面吸熱能力強，在太陽直接照射下，溫度對道路的物理性能產(chǎn)生了很大影響。為減少太陽輻射對瀝青路面的不利影響，運用各種措施降低輻射造成路面溫度的升高，這已成為道路工程一個熱點。有研究表明[4]，將熱反射劑與路面預(yù)防養(yǎng)護(hù)技術(shù)相結(jié)合，既能養(yǎng)護(hù)路面系統(tǒng)、保持路面功能狀況，又能延緩路面損壞。熱反射涂料能有效阻止或緩解外界熱量向瀝青路面?zhèn)鬟f，降低其溫度，緩解瀝青路面的車轍病害及熱穩(wěn)定性損害。目前，熱反射涂料應(yīng)用于鋼橋面鋪裝預(yù)防養(yǎng)護(hù)工程鮮有報道，僅國內(nèi)部分高校相繼研發(fā)了可降低路面溫度的熱反射涂層等技術(shù)成果，尚未實現(xiàn)工程應(yīng)用[5]。

為此，本文研究一種具有熱反射太陽光熱能且可冷拌施工的聚合物型熱反射精細(xì)表處技術(shù)。該技術(shù)利用水性反應(yīng)型聚合物的自交聯(lián)特性，結(jié)合熱反射劑應(yīng)用于道面鋪裝的具體要求，通過試驗對材料的熱反射性能進(jìn)行系統(tǒng)研究，并采用室內(nèi)試驗研究了熱反射劑種類及顏色對精細(xì)表處的TSR和NIR的影響，最終在實體工程驗證了熱反射精細(xì)表處的熱反射性能[6]。實體工程檢測結(jié)果表明：該技術(shù)具有粘結(jié)強度高、施工簡便等優(yōu)點，并能達(dá)到路表降溫效果[7]。

1 熱反射精細(xì)表處材料研究

熱反射精細(xì)表處是將熱反射劑添入精細(xì)表處材料中，利用熱反射劑反射太陽輻射的機(jī)理，使得太陽輻射與精細(xì)表處下的瀝青路面隔絕，抑制路表升溫，同時也將瀝青路面內(nèi)部溫度控制在一定范圍內(nèi)[8]。本文將熱反射精細(xì)表處分為熱反射涂料制備和熱反射精細(xì)表處試驗2個部分，熱反射涂料研究熱反射劑的熱反射性能；熱反射精細(xì)表處試驗研究模擬瀝青路面使用效果。

1.1 熱反射精細(xì)表處材料的制備

1) 精細(xì)表處材料：將水性環(huán)氧置于分散皿中，按比例加入填料并攪拌使其分散均勻，然后按一定比例添加石英砂，均勻分散5 min即得到水性環(huán)氧乳液組分。將水性環(huán)氧乳液組分(A)與固化劑(B)按一定比例混合即得到精細(xì)表處材料。其中，A、B組分混合反應(yīng)6 h可固化成型。

2) 熱反射精細(xì)表處材料：按精細(xì)表處材料∶熱反射劑=50∶1的比例混合均勻，采用干著色法將熱反射劑、消泡劑及乳液混合后，研磨分散后制得熱反射精細(xì)表處材料。主要從粘結(jié)強度、抗滑性能、不粘胎干燥時間與膠凝時間等方面對熱反射精細(xì)表處進(jìn)行性能研究，性能指標(biāo)見表1。

由表1可知，熱反射精細(xì)表處附著力強、干燥時間快、抗滑性較好，且具有良好的施工和易性，1級的附著力能保證涂層不易脫落磨損，耐堿性檢測結(jié)果良好，能夠避免遭受油污染腐蝕后出現(xiàn)強度下降進(jìn)而引發(fā)一系列路面病害，是適用于路面預(yù)防養(yǎng)護(hù)的優(yōu)良材料。

1.2 熱反射性能研究

熱反射劑主要選取高反射率的著色功能顏料，運用在透明光亮的水性高分子聚合物中，目的是提高涂層反射率，降低物體對太陽輻射吸收，進(jìn)而降低道路表面溫度。試驗時，選用了市面上不同顏色的熱反射劑，3類材料型號分別為a(紅色)、b(黃色)、c(黑色)。以精細(xì)表處材料作為膠結(jié)料A，分別稱量適量膠結(jié)料與熱反射劑，按Aa、Ab、Ac混合，熱反射劑用量為膠結(jié)料總量的2%。將混合好的熱反射精細(xì)表處均勻噴涂于面積為的PVC板上，待涂料固化，然后進(jìn)行測試，測試樣板如圖1所示。

圖1 不同顏色種類的熱反射精細(xì)表處樣板

通過對含有不同顏色及含量熱反射劑的涂層樣板進(jìn)行測試，1號試樣：A+a(2%)；2號試樣：A+b(2%)；3號試樣：A+c(2%)。試驗環(huán)境溫度 21.4 ℃，結(jié)果見表2。

表2 涂層反射值及溫差Table 2 Coating reflection value and temperature differences

由表2可發(fā)現(xiàn)，添加熱反射涂層的試樣1號、2號、3號與灰色基板對比，其NIR和TSR都有明顯的提升且提高的數(shù)據(jù)很高，而不加任何涂料的基板NIR和TSR的值都很低，表明1號、2號、3號熱反射劑均有反射效果[9-10]。在可見光區(qū)，由于淺色涂層的反射率較深色涂層的高，因此含黃色顏料的2號樣板反射性最好，其TSR達(dá)到了35.63%，表面降溫效果高達(dá)16.2 ℃。深色的熱反射涂層與黃色的熱反射涂層相比，降溫效果有所下降。溫差數(shù)據(jù)表明，隨著顏色的加深，熱反射劑的降溫性能逐漸下降，含黑色顏料樣板的降溫效果較其他顏色樣板最差，但也能降低PVC板表面溫度11.5 ℃[11]。

1.3 熱反射涂料對混合料的影響

1) 試件制作

在道路養(yǎng)護(hù)工程中，路面顏色大多以黑色為主，只有極少數(shù)特殊鋪裝路面以彩色出現(xiàn)[8]。將黑色熱反射劑與精細(xì)表處材料混合均勻后，以0.8 kg/m2的用量均勻涂布在瀝青試件左側(cè)，且在涂刷熱反射精細(xì)表處試件表面插入熱電偶標(biāo)記為1號，在試件中部插入熱電偶標(biāo)記為2號；在瀝青試件右側(cè)均勻涂布未加熱反射劑的精細(xì)表處材料，在試件表面插入熱電偶標(biāo)記為3號，在試件中部插入熱電偶標(biāo)記為4號，固化養(yǎng)護(hù)3 d成型后，用紅外線加熱器進(jìn)行熱反射溫度試驗[12]。試塊材料涂布及試塊紅外線加熱如圖2所示。

圖2 測試樣塊Fig.2 Test samples

2) 試驗過程

(1) 采用紅外加熱器測定熱反射涂層對混合料熱反射功能進(jìn)行測試，將紅外加熱器標(biāo)定固定功率1 kW，利用無線動態(tài)信號測試系統(tǒng)監(jiān)測其溫度變化，頻率為16次/s。(2) 持續(xù)升溫測試30 min，其中1號和3號為試件表面熱電偶溫度變化對比，2號和4號為試件內(nèi)部熱電偶溫度變化對比。熱電偶在紅外加熱器的照射下溫度變化曲線如圖3所示。

圖3 不同部位熱電偶溫度走勢Fig.3 Temperature chart of thermocouples in different parts

由圖3可知，使用熱反射涂層后，不論是試件表面的1號和3號熱電偶，還是在試件中部的2號和4號熱電偶，溫度明顯下降。分析原因是熱反射涂層的反射率降低了試件對光照的吸收率及向下熱傳遞，阻斷了熱量流入瀝青內(nèi)部的路徑，改變了路面被動接受高溫的情況，增強了隔熱降溫效果，從而降低了混凝土內(nèi)部溫度，起到了降低路表溫度的作用[13-14]。由此表明，該材料在室內(nèi)模擬試驗中熱反射降溫明顯，可適用于道路養(yǎng)護(hù)材料[15]。

2 熱反射精細(xì)表處工程應(yīng)用

2021年6月，在安徽省馬鞍山市常合高速馬鞍山大橋K341+100～K341+500進(jìn)行熱反射精細(xì)表處施工，施工長度400 m，鋪裝面積為1 500 m2。工程完工后，對施工路段全線進(jìn)行8 h的實地?zé)o線動態(tài)信號測試系統(tǒng)監(jiān)測。在涂有熱反射精細(xì)表處的瀝青表面設(shè)置熱電偶1號，瀝青中層設(shè)置熱電偶2號，未涂熱反射精細(xì)表處的瀝青表面設(shè)置熱電偶3號和瀝青中層設(shè)置熱電偶4號，監(jiān)測結(jié)果如圖4所示。

圖4 不同部位熱電偶溫度走勢Fig.4 Temperature chart of thermocouples in different parts

試驗分析中，既要考慮工程施工后瀝青路面受到陽光、空氣和風(fēng)力等自然因素影響，還要考慮車輛荷載、磨耗等路面因素。試驗結(jié)果表明：使用熱反射涂層后，路面降溫明顯，當(dāng)無太陽照射時，路面溫度出現(xiàn)拐點，呈下降趨勢，這一結(jié)論與《彩色熱反射瀝青路面涂層降溫功能研究》[16]一文的結(jié)論一致，具有降溫效果。從圖4可知，在溫度達(dá)到65 ℃時，與未涂熱反射精細(xì)表處的鋪裝相比，涂布熱反射精細(xì)表處的鋪裝表面的溫度降低了15 ℃，內(nèi)部溫度降低了18 ℃。數(shù)據(jù)與室內(nèi)模擬試驗數(shù)據(jù)走勢大體相同，工程運用整體效果良好。熱反射精細(xì)表處鋪筑實際效果如圖5所示。

(a) 熱反射精細(xì)表處施工

3 結(jié)論

1) 采用水性高分子聚合物與熱反射涂料復(fù)合制備的熱反射精細(xì)表處路用性能良好，具有一定的熱反射性能，可適用于日常道路養(yǎng)護(hù)及預(yù)防養(yǎng)護(hù)。

2) 熱反射精細(xì)表處與瀝青路面具有良好的粘結(jié)性能，抗滑性能明顯提高，可滿足行車安全的要求。

3) 熱反射精細(xì)表處屬于新型道路養(yǎng)護(hù)材料，能有效降低瀝青路面溫度，減少高溫對瀝青路面造成車轍等病害，具有工程應(yīng)用推廣價值。