蓄能發(fā)光涂層應(yīng)急照明試驗測試及其在橋涵通道工程中的應(yīng)用前景分析

摘? 要：試驗測試蓄能發(fā)光涂料涂層的亮度余輝，分析其涂層厚度與亮度關(guān)系，結(jié)果顯示，多功能蓄能發(fā)光涂料涂層在厚度為0.35 mm時，余輝時間為13.5 h，蓄能發(fā)光涂層亮度隨厚度先增加后達到飽和狀態(tài)，負離子釋放量超過1 500個/cm3，在橋涵隧道工程中具有較好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：蓄能發(fā)光；應(yīng)急照明；橋涵；試驗材料；隧道工程

中圖分類號：V261.93+3? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2024）19-0060-04

Abstract： The brightness afterglow of the energy storage luminous coating was tested， and the relationship between the coating thickness and brightness was analyzed. The results show that when the thickness of the multi-functional energy storage luminous coating is 0.35 mm， the afterglow time is 13.5 h， the brightness of the energy storage luminous coating increases at first and then reaches saturation with the thickness， and the amount of negative ions released is more than 1 500/cm3， which has a good application prospect in bridge and culvert tunnel engineering.

Keywords： energy storage luminescence; emergency lighting; bridges and culverts; test materials; tunnel engineering

多功能蓄能發(fā)光材料因具有延時發(fā)光、余輝時間久、釋放負離子等主要功能，近年來在公路隧道壁面裝飾工程中廣泛使用，在隧道照明節(jié)能和壁面養(yǎng)護方面取得了良好的應(yīng)用效果[1-4]。馮守中等[5]為定量分析蓄能發(fā)光涂料的輔助隧道照明效果，研究測試蓄能發(fā)光涂料在不同色溫光源下的增光率、顯色指數(shù)及環(huán)境色溫。試驗結(jié)果表明，蓄能發(fā)光涂料輔助隧道照明的增光率至少大于25%，顯色指數(shù)提高317，光波色溫均有不同程度的偏移降低，有利于提高隧道內(nèi)小物體的可視距離。程勁釗等[6]介紹了蓄能發(fā)光涂料的種類、特點、發(fā)光機理及制備工藝等，提出了蓄能發(fā)光涂料在農(nóng)村公路上的應(yīng)用形式及應(yīng)用前景，并對預(yù)期的經(jīng)濟效益和社會效益進行了分析。周永言等[7]針對當(dāng)前電力輸送設(shè)施覆蓋面廣、延伸范圍大、線路錯綜復(fù)雜，其電力警示設(shè)備耐候性差、耗能高等實際問題，通過以透明度高、附著力強、耐水耐熱性優(yōu)異的氟碳清漆為主要成膜物，選用合適的添加劑以及高亮度、長余輝、穩(wěn)定性好的稀土發(fā)光顏料（SrAl2O4：Eu2+，Dy3+），制備了一種耐水耐熱的蓄能發(fā)光涂料（CF-SrAl2O4）。經(jīng)各種性能測試證實，該涂料可用于電力設(shè)施涂裝，起到警示作用。曾俊翔等[8]調(diào)研了3種不同類型的蓄能發(fā)光涂料，包括硫化物、堿土金屬鋁酸鹽和硅酸鹽系列，依據(jù)蓄能發(fā)光涂料的性能指標以及國內(nèi)外公路隧道內(nèi)飾材料選擇要求，探討了蓄能發(fā)光涂料在輔助公路隧道安全運營方面的功效，分析得出蓄能發(fā)光涂料在公路隧道內(nèi)壁應(yīng)用中具有較好的節(jié)能和誘導(dǎo)作用。根據(jù)中華人民共和國交通運輸部《2022年交通運輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計公報》顯示，截至2022年底，全國公路總里程535.48萬公里，比上年末增加7.41萬公里。隨著國家交通路網(wǎng)的發(fā)展和完善，為了方面人們的出行，大量的立交、公路橋涵通道被建設(shè)，非機動車、人貫穿高速公路或立交下涵洞通道成為常態(tài)，但目前幾乎大部分的橋涵通道，尤其是偏遠鄉(xiāng)村公路都未設(shè)置照明，自2020年以來，就有媒體報道，不少廣大市民反映鐵路、高速公路涵洞無照明設(shè)施給出行造成安全隱患，一些城市橋涵通道雖設(shè)置了照明，但由于人、車流量較小，考慮運營維護成本，照明燈具也基本處于關(guān)閉狀態(tài)，公路涵洞通道照明安全成為熱點問題。此外，公路通道基本屬于廂式結(jié)構(gòu)，與隧道相同，屬于半封閉空間，行人、機動非機動車來往都會產(chǎn)生煙塵等污染物，時間久了就會污染壁面。張國棟等將多功能蓄能發(fā)光涂料涂裝在模型隧道壁面上試驗了其釋放的負離子與汽車發(fā)動機尾氣產(chǎn)生的PM2.5濃度關(guān)系。研究表明，多功能蓄能發(fā)光涂料釋放的負離子會對 PM2.5具有很好的降解效果[9-12]。目前，公路橋涵通道大都壁面采用混凝土飾面，也有少數(shù)采用瓷磚裝飾。瓷磚的燒制溫度在1 100～1 300 ℃，屬于高能耗產(chǎn)業(yè)，過程中排碳很高，因自重問題也會脫落造成安全事故。此外，普通的涂料和裝飾板也容易被污染，養(yǎng)護困難且成本高。

1? 室內(nèi)試驗

1.1? 試驗材料及儀器

試驗用到的蓄能發(fā)光涂料采用市購的多功能蓄能發(fā)光涂料，測試儀器設(shè)備見表1。

1.2? 余輝亮度

為了測試蓄能發(fā)光涂料涂層余輝亮度，我們在室內(nèi)建立模型，在四個墻面和頂面及地面均噴涂蓄能發(fā)光涂料，涂層厚度為0.35 mm，采用常規(guī)LED（照明）2 h后，關(guān)閉燈具，用瞄點式亮度計每隔一段時間測試亮度并記錄數(shù)據(jù)，結(jié)果如圖1所示。

因人肉眼可見最低亮度為0.003 2 cd/m2，由圖1可知，噴涂蓄能發(fā)光涂料的空間內(nèi)余輝時間超過12 h，且在60 min內(nèi)衰減較快，60～120 min衰減較慢，趨于平緩。這意味著，在涂層沒有光照后，黑暗條件下60 min內(nèi)亮度較高，但衰減較快，但仍高于人肉眼看見亮度。

1.2? 亮度與涂層厚度關(guān)系

在實際工程中，因為其涉及材料的成本問題，發(fā)光涂料的噴涂工藝一直是待研究和解決的關(guān)鍵問題之一。蓄能發(fā)光涂料與普通涂料相比，其黏稠度較大，噴涂難度也加大，選取合適的厚度成為影響發(fā)光和施工進度之間的關(guān)鍵控制因素。

本試驗選取相同大小的水泥石板為基材，將其表面處理干凈后烘干待用。配置相同比例的涂料，以此噴涂厚度為0.35、0.55、1.0、1.2、1.5和2.0 mm。在室溫下固化晾干后，測試每塊板子的余輝亮度值。

不同厚度蓄能發(fā)光涂層的余輝亮度曲線如圖2（a）所示，為了更清楚觀察分析，進一步選取0～15 min內(nèi)的數(shù)據(jù)，作圖如圖2（b）所示，由圖可知，隨著蓄能發(fā)光涂料涂層厚度的增加，在相同時間內(nèi)，涂層厚度越厚，其余輝亮度值越高，但最終衰減的趨勢沒有改變。在實際施工過程中，考慮到成本和施工便利性，蓄能發(fā)光涂料發(fā)光層厚度一般不超過1 mm。

1.3? 負離子釋放量

眾所周知，負氧離子具有凈化空氣環(huán)境的作用。根據(jù)世界衛(wèi)生組織數(shù)據(jù)可知，空氣中的負離子（負氧離子）濃度達到1 500個/cm3以上時，便是健康的空氣。清華大學(xué)林金明教授等[3]研究顯示，不同濃度負離子濃度對應(yīng)不同人體健康關(guān)系，當(dāng)負離子濃度維持在 1 000～2 000個/cm3時，才能維持人體健康基本需求。也有試驗研究表明，負氧離子濃度超過5 000個/cm3時，對PM2.5的降解率可達到80%以上[14]。負離子濃度與人體健康關(guān)系詳見表2。

將4塊固定表面積的蓄能發(fā)光涂料（厚度為0.35 mm）試樣板放入體積為1 m3的測試倉內(nèi)，測量測試倉內(nèi)負離子的體積濃度（個/cm3）。試樣的表面積不同，釋放負離子數(shù)量不同，用KEC-900HR型空氣負離子測試儀測試倉內(nèi)負離子濃度也會發(fā)生變化，即通過計算單位表面積試樣在測試倉內(nèi)負離子的體積濃度來反映產(chǎn)品釋放負離子能力。檢測區(qū)域應(yīng)封閉，防止空氣流通。如使用建筑通用型蓄能發(fā)光涂料需開燈密閉不少于4 h再進行檢測，其余類型的蓄能發(fā)光多功能涂料無需開燈檢測，測試結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，厚度為0.35 mm的蓄能發(fā)光涂料涂層負離子釋放量1 500～2 100個/cm3，并且隨著時間變化，2 h內(nèi)其濃度值變化不大，負離子釋放源源不斷，呈現(xiàn)動態(tài)平衡趨勢。

為進一步探究涂層釋放負離子濃度與PM2.5濃度關(guān)系，試驗選取在封閉的空間內(nèi)進行測試，空間大小為5 m×3 m×3 m的房間內(nèi)，除了地面，其余各面按先后順序一次噴涂厚度0.35、1.0、1.5和2.0 mm的蓄能發(fā)光涂料，測試每種厚度涂層時空間內(nèi)負離子濃度，并在相同初始PM2.5濃度下，檢測空間內(nèi)PM2.5濃度變化。

由圖4可知，不同厚度涂層空間內(nèi)的負離子濃度均呈現(xiàn)上下波動狀態(tài)，但幅度不大，維持在一個水平范圍內(nèi)。表3為不同厚度壁面空間內(nèi)PM2.5濃度隨時間變化值，圖5為不同厚度壁面空間內(nèi)PM2.5濃度隨時間變化曲線。

由圖5對比可知，在空間初始PM2.5濃度相當(dāng)時，隨著涂層厚度從0.35 mm增加至2.0 mm時，空間內(nèi)的PM2.5濃度隨著時間增長整體呈降低趨于平穩(wěn)狀態(tài)，各個涂層厚度在前20 min內(nèi)降幅較大，涂層厚度達到1.5 mm后降幅不明顯。

2? 工程應(yīng)用前景分析

公路橋涵通道，類似于公路隧道，屬于半封閉空間結(jié)構(gòu)，人行車往，汽車尾氣和灰塵較大，壁面極易被污染，養(yǎng)護清洗較困難。建議可在橋涵接近進出洞口或者全斷面設(shè)置蓄能發(fā)光涂料，尤其是人車共行的橋涵通道，如圖6所示，不再設(shè)置燈具，在白天可以利用自然光照射，涂層吸收光能，儲存起來，夜間沒有燈具照明時余輝自發(fā)光，可引導(dǎo)指示照明。涂層釋放負氧離子，使其表面不易沾污，即使有沾污也容易水清洗。將蓄能發(fā)光涂料應(yīng)用于公路橋涵通道，可明顯提高夜間通道的照明效果，同時提高壁面耐沾污，降低養(yǎng)護成本，實現(xiàn)低碳運營目的。

3? 結(jié)束語

綜上所述，蓄能發(fā)光涂料因具有超過13 h的余暉自發(fā)光，釋放負離子濃度高于1 500個/cm3，有望在公路橋涵通道中應(yīng)用，代替常規(guī)照明燈具，輔助引導(dǎo)照明和起到安全應(yīng)急指示作用，為橋涵通道照明節(jié)能和安全運維提供了一種新材料、新思路。

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