提高沥青路面高温抗车辙能力方法对比研究

２０１２年２月　石油沥青ＰＥＴＲＯＬＥＵＭ　ＡＳＰＨＡＬＴ　第２６卷第１期　提高沥青路面高温抗车辙能力方法对比研究　吕振北　，荣丽娟　，韩之栋　，范文东　（１．长安大学材料科学与工程学院，西安７１００６１；２．长安大学公路学院，西安７１００６４）　摘要：降低沥青路面的温度，可以提高路面的抗车辙能力，增加路面使用年限，同时可　以缓解城市热岛效应，具有重要意义。通过可以降低沥青混合料热储量原理，采用表面涂抹　反光材料、表层掺加隔热材料以及添加浅色石料部分替代矿料方式对沥青路面降温效果进行　了研究分析，结果显示：表面涂抹反光材料提高反射率的效果最佳，降温可达到５．６℃；此　外，采用添加浅色石料莫来石替换２．３６　ｍｍ以下集料方式降温可达３．３℃。　关键词：沥青路面降低储热量隔热材料反光材料莫来石　沥青是一种吸热材料，对太阳热辐射的吸收　率很高。沥青路面的光热环境很复杂，但具体归　纳起来主要有两个方面…：（１）投射到沥青路　面的热辐射：包括太阳直接辐射、散射辐射、大　气逆辐射等；（２）沥青路面对投射来的热辐射　路面车辙出现的主要原因　２　Ｊ。为解决该问题，　一般多采用提高材料本身的高温性能，即通过改　善级配、采用改性沥青技术等措施去“被动”　地接受高温，尤以ＳＭＡ路面结构最具代表性　Ｊ。　但是，在提高高温性能的同时，由于沥青用量的　增加，也使得总储热量增加，事倍而功半。基于　上述，研究从降低路面对太阳辐射的储热量角度　出发，变“被动”为“主动”，对用不同封层材　料来达到降低沥青路面温度几种方法研究分析。　１试验方案介绍　１．１试验方案的确定　沥青｝昆合料每种材料对太阳辐射的热吸收率　响应：包括沥青路面对热辐射的反射、吸收、路　面的辐射、对流换热等。沥青路面能量平衡方程　如公式（１）所示：　Ｑ。＋Ｑ　＝　＋ｈ妇＋Ｑ　＋Ｅ　（１）　式中：　Ｑ　——路面吸收的太阳辐射；　Ｑ　——大气辐射；　｛ｆｒ——路面的蒸发潜热；　＾　。——路面与路基的热交换；　Ｑ　——路面辐射；　Ｅ——路面的热储量。　是不同的，可以在路表面选用低吸收率的材料以　达到降温的目的，表１为沥青和石料对太阳的辐　射的吸收率　ｊ。　表１　沥青和石料对太阳辐射的趿收率　从（１）式可见，总辐射一定的前提下，要　想降低路面的热储量，可以增加路面的蒸发潜　热，加大路面与路基的热交换，提高路面辐射，　这为沥青路面降温提供了研究方向。如：　（１）　增加路面反射率，从路面辐射角度在原有路面基　由表ｌ可见，沥青对太阳辐射的吸收率比浅　础上添加或涂抹降温材料。（２）降低路面热容　量，从路面结构类型角度采用透水路面。　（３）　加大路面与路基的传热，采用柔性基层。　色石料高得多，考虑到沥青混合料中的石料由沥　青包裹，因此，路面的吸热能力主要由沥青完　成，采用在原有的路表面添加或涂抹降温材料，　收稿日期：２０１１—１０—０８。　作者简介：昌振北，男，长安大学材料学院研究生。邮箱　ｚｈｅｎｂｅｉｇｏｏｄ＠１２６．ｃｏｉｎ．　在太阳热辐射作用下，吸收的大量热量蓄积　于沥青层中，造成沥青路面的绝热升温，尤其在　夏季，温度可升高１５—２Ｏ℃，这也是造成沥青　石　油　沥　青　２０１２年第２６卷　（质量替换），由于ＯＧＦＣ一１３中４。７５　ｍｍ筛孔　颗粒含量为３８．２％，因此选择了两种掺量：　ｌ９．１％（替换５０％，方案１）和３８．２％（替换　１００％，方案２）　。　试验条件与２．１的试验条件相同，采用单板　测试方法，得出试件的升温特性，只对试件底部　温度进行对比，试验结果见图３。　根据图３试件底部相对温度曲线可以看出：　州ｆｎＪ／ｍｉｎ　方案１底部温度前５０　ｍｉｎ较ＯＧＦＣ稍低，５０～６０　ｍｉｎ后的温度比ＯＧＦＣ高，方案２底部温度除第　图２测试结果与效果对比　２．２外掺隔热材料　１０　ｍｉｎ较ＯＧＦＣ大外其余均比ＯＧＦＣ一１３低。因　此，掺加沸石对路面结构降温并没有明显效果。　２．３表面浅色石料处治　试件采用ＡＣ一１３车辙板，在板的上表面布　置一层浅色碎石封层，由于莫来石具有强度高、　导热系数小、热稳定性好、高温蠕变值小、硬度　大等特点，因此封层采用２．３６　ｍｍ以下莫来石　表面处治（方案３）。另外增加两种方式：（１）　Ｕ　ｌＩ　Ｊ　２０　：５【Ｊ　４Ｕ　ｏＯ　６０　用陶瓷等质量替换集料中的４．７５　ｍｍ的一档　（方案４）；　（２）集料４．７５　ｍｍ以下用莫来石　（方案５）。浅色处置前后见图４－】　。　采用单板测试，试验条件同前，得出试件的　升温特性，这里只对试件底部温度进行对比，试　验结果见图５。　Ｉ１，１问／ｔｈｉｎ　图３试件底部相对温度　试件采用尺寸为３０　ｃｍ×３０　ｅｍ×５　ｅｍ的　ＯＧＦＣ一１３板（技术指标见表３和表４），隔热材　料拟选用天然沸石，替换集料４．７５　ｍｍ一档　表面处治前　表面处置后　图４浅色处置前后对比　结果分析：加热６０　ｍｉｎ后，试件底部温度　ＡＣ一１３达到最大５７．３℃，高于其它１．６～３．３　ｑＣ；试件底部温度方案３＜方案４＜方案５。降　温值依次为３．３，２．３，１．６℃。三种处置方式都　有一定的降温效果，其降温效果以２．３６　ｍｉｌｌ莫　来石表面处置最为显著，其次为４．７５　ｍｍ陶瓷　替换和４．７５　ｍｍ以下采用莫来石。　３结论　图５　ＡＣ一１３不同处置方式的对比（试件底部温度）　通过以上三种降温方案的试验结果分析，得　第１期　吕振北等．降低沥青路面储热量措施对比研究　３５　出以下结论：　石油沥青，２００９，（２３）５：２１—２５．　ａ）对试件底部降温幅度进行对比得知，加　［２］韩子东．道路结构温度场研究．西安：长安大学．　热规定时间６０　ｍｉｎ后，涂抹反光材料降温幅度　２００１．　为４．１℃；莫来石表面处置降温３．３　ｏＣ；４．７５　［３］严作人．层状路面体系的温度场分析．同济大学学　ｍｍ陶瓷替换降温２．３　ｏＣ；４．７５　Ｉｎｔｏ以下用莫来　报，１９８４，（３）．　石降温１．６℃；用３８．２％沸石降温一３　ｏＣ；用　［４］Ｍ．Ｊ．Ｎｉｌｓｓｏｎ．Ａ　ｓｏｌａｒ　ｒｅｌｆｅｃｔｉｎｇ　ｍａｔｅｒｉａ１．ｆｏｒ　ｒａｄｉａｔｉｖｅ　ｃｏｏｌｉｎｇ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ：Ｚｎ　Ｓ　ｐｉｇｍｅｎｔｅｄ　ｐｏｌｙｅｔｈｙ—　１９．１％沸石降温一１　ｏＣ。可以看出，前两种降温　ｌｅｎｅ．Ｓｏｌａｒ　Ｅｎｅｒｇｙ：Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ａｎｄ　Ｓｏｌａｒ　Ｃｅｎｓ．１９８２，　方案能够降低在热辐射状态下的平衡温度，进而　２８：１７５—１９３．　达到降温目的，而外掺隔热材料沸石的方法不能　［５］郭艳明．沥青路面材料吸放热测试方法及吸放热特　达到降低路面温度的目的。　性研究．西安：长安大学，２００９．６　ｂ）三种降温方案中，反光性涂料降温效果　［６］Ｗａｎｇ　Ｗｅｉ，Ｋｏｈｅｉ　Ｋａｗａｂａｔａ，Ｔａｍｏｔｓｕ　Ｙｏｓｈｉｎａｋａ．Ｈｅａｔ　最好，其次为采用浅色石料莫来石，涂抹反光材　ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ　ｃｏａｔｉｎｇ　ｆｏｒ　ｒｏａｄｓ　ａｎｄ　ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ　ｔｏ　ｒｅｄｕｃｅ　ｈｅａｔ　料和铺筑浅色石料封层的方法可以达到降低路面　ｐｒｏｂｌｅｍｓ．第五届中日铺面技术研讨会．２００９．　的温度，减少路面储存的热量，从而减少路面车　［７］江睛，李戬洪，卢显强，等．海灰色选择性热反射　辙等病害的目的，而掺加隔热材料的方法降温效　涂料的实验研究．太阳能学报，１９９９，４　果并不很明显。　［８］梁满杰．沥青路面光热效应机理及热反射涂层技术　研究．哈尔滨：哈尔滨工业大学，２００６．　ｅ）在夏季高温情况下，根据路面的实际情　［９］Ｄａｖｉｄ　Ｂ　Ｃｈａｎｔ．Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ　ｅｍｉｓｓｉｖｉｔｙ　ｃｏａｔｉｎｇｓ　ｆｏｒ　ｉｎｔｅｒｉｏｒ　况，通过采取涂抹反光材料和铺筑浅色石料封层　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ａｎ　ｅｎｅｌｏｓ，ｕｒｅ．Ｕ．Ｓ．ＰＡＴＥＮＴ：　的方法来达到降低夏季路面温度、提高抗车辙能　５４０５６８０，Ａｐｒ．１　１．１９９５．　力的方法是可行的。　［１０］Ｒｉｃｈｒｄ　Ｃ　Ｅｌｉａｓ．Ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ｒｅｄｕｃｉｎｇ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｏｆ　参考文献　ｈｅａｔ　ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ　ｓｕｂｓｔｒａｔｅ．ＵＫ　Ｐａｔｅｎｔ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　［１］黄飞云，李凌林．沥青路面高温温度场模拟分析．　ＧＢ２１６９２９７．１９８６．７．９．　Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　Ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｏｆ　Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　Ｈｉｇｈ——Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｒｕｔｔｉｎｇ　Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　Ａｓｐｈａｌｔ　Ｐａｖｅｍｅｎｔ　Ｌｖ　Ｚｈｅｎｂｅｉ　，Ｒｏｎｇ　Ｌｉｊｕａｎ’，Ｈａｎ　Ｚｈｉｄｏｎｇ　，Ｆａｎ　Ｗｅｎｄｏｎｇ　（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈａｎｇ　ａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ　ａｎ　７１００６４；　２．Ｈｉｇｈｗａｙ　ｓｃｈｏｏｌ，Ｃｈａｎｇ　ａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ　口ｎ　７１００６４）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｌｏｗｉｎｇ　ｔｈｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｏｆ　ａｓｐｈａｌｔ　ｐａｖｅｍｅｎｔ　ｃｏｕｌｄ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｐａｖｅｍｅｎｔ　ｏｎ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ——ｒｕｔ－－　ｔｉｎｇ　ａｎｄ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｐａｖｅｍｅｎｔ　ｌｉｆｅ，ｉｎ　ａｄｄｉｔｉｏｎ　ｉｔ　ｃｏｕｌｄ　ａｌｓｏ　ａｌｌｅｖｉａｔｅ　ｔｈｅ　ｕｒｂａｎ　ｈｅａｔ—ｉｓｌａｎｄ　ｅｆｆｅｃｔ．Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｌｏｗｉｎｇ　ｈｅａｔ　ｓｔｏｒａｇｅ　ｏｆ　ａｓｐｈａｌｔ　ｍｉｘｔｕｒｅ，ｔｈｅ　ｃｏｏｌｉｎｇ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ａｓｐｈａｌｔ　ｐａｖｅｍｅｎｔ　ｗａｓ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｓｅｄ　ｗｈｉｃｈ　ｓｕｒｆａｅｅ　ｗａｓ　ｃｏｖｅｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ　ｍａｔｅｒｉａｌ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｍｉｘｅｄ　ｗｉｔｈ　ｉｎｓｕｌａ—　ｄｏｎ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ａｎｄ　ｌｉｇｈｔ—ｃｏｌｏｒｅｄ　ｓｔｏｎｅ　ｔｏ　ｒｅｐｌａｃｅ　ｓｏｍｅ　ｍｉｎｅｒａｌ　ａｇｇｒｅｇａｔｅ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｃｏｖｅｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｒｅｆｌｅｅｔｉｖｉｔｙ　ｗａｓ　ｔｈｅ　ｂｅｓｔ　ｗａｙ　ｗｈｉｃｈ　ｃｏｕｌｄ　ｒｅｄｕｃｅ　ｂｙ　５．６℃：　ａｎｄ　ａｄｄｉｎｇ　ｌｉｇｈｔ—ｃｏｌｏｒｅｄ　ｓｔｏｎｅ　ｏｆ　ｍｕｌｌｉｔｅ　ｒｅｐｌａｃｉｎｇ　ａｇｇｒｅｇａｔｅ　ｂｅｌｏｗ　２．３６　ａｍ　ｃｏｕｌｄ　ｒｅｄｕｃｅ　ｂｙ　３．３℃．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｓｐｈａｌｔ　ｐａｖｅｍｅｎｔ；ｌｏｗｉｎｇ　ｈｅａｔ　ｓｔｏｒａｇｅ；ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ　ｍａｔｅｒｉａｌ；ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ　ｍａｔｅｒｉａｌ；ｍｕｌｌｉｔｅ