沥青路面高温危害及防治措施分析

王斌

摘要：沥青作为一种黑色材料，具有很强的吸热能力，特别是在夏季会引起路面高温。随着全球气候变暖和沥青路面的广泛应用，路面高温问题将更加严重。文章分析了路面高温对道路耐久性、交通安全和生态环境的影响，综述了国内外降低路面温度的技术方法，并基于相变材料（PCMs）及其温控原理，提出了一种利用相变材料制备仿生沥青混凝土，降低路面温度的新方法。

关键词：沥青路面;高温车辙;交通安全;相变材料

中图分类号：U416.217 文献标识码：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2020.11.030

文章编号：1673—4874（2020）11-0111—03

0引言

沥青路面是运输系统的组成部分，作为一种黑色材料，沥青具有很强的吸热能力，容易引起路面高温，尤其是在夏季。温度是影响沥青路面使用性能和使用寿命的重要因素。例如，路面高温使沥青软化，重型车辆因塑性变形而产生车辙的风险很大，从而降低路面平整度，进而影响交通安全。同时，路面的高温会增加城市热岛效应，随着全球气候变暖，路面高温问题将更加严重，因此，控制沥青路面的温度至关重要。

1沥青路面高温危害

由太阳辐射和汽车尾气排放引起的路面高温是不可避免的。通常，路面温度远高于周围空气温度，有时可能达到70℃或更高。沥青既是一种吸热材料，其吸热率为0.80～O.95，也是一种隔热材料，吸热容易，降温慢。根据调查，沥青路面的表面温度比气温高24℃。近年来，随着全球气候变暖，气温普遍上升，我国大部分地区出现了持续时间较长的高温天气。例如，图1显示了某研究区近20年来的夏季气温变化。

1.1高温对道路耐久性的影响

温度是影响沥青混凝土性能的重要因素。图2显示了温度对沥青结合料（AH-70）复合模量的影响。由图2可知，沥青结合料的复合模量随温度的升高而降低。事实上，随着温度的升高，沥青混凝土的稳定性和结构强度急剧下降。温度越高，沥青混凝土的刚度模量和抗车辙性能越低。在连续高温作用下，由于沥青的软化、体积膨胀和老化，沥青路面已暴露出较大的病害。高温车辙是沥青路面最严重的病害之一，主要发生在夏季。根据调查，当气温低于30℃，即路面表面温度低于55℃时，不会发生车辙或车辙限制在几毫米以内。然而，当气温高于38℃时，车辙会迅速增加，当气温持续高于40℃时，几天内就会产生严重的车辙。

1.2高温对交通安全的影响

车辙是由路面高温引起的，严重影响路面的使用性能和使用寿命。它降低了道路的平整度，降低了行车的舒适性，使车辆易在超车或变道时失控，影响了车辆的操纵稳定性。雨水或低温天气时，车辙中的水和冰会降低道路的抗滑性能，从而影响交通安全，诱发交通事故。

据说路面高温是导致爆胎和车辆自燃的原因之一，特别是当路面温度达到40℃时。此外，夏季炎热的路面也可能造成行人烫伤，尤其是老人和儿童。例如，在仅仅六年的时间里，美国就有24例二级烫伤行人事故发生。此外，路面高温还影响着驾驶员的身心和精神状态，增加了驾驶员对路面状况产生错觉造成的交通事故。例如，由于沥青结合料的软化和体积膨胀所引起的氧化和挥发作用，使沥青路面暴露在强烈的阳光下，变得有光泽，似乎会发出“假光”。因此，我国许多省市的气象部门和交通管理部门都加强了对路面温度的监测和预报。

1.3高温对生态环境的影响

沥青路面在高温下会释放出大量的有毒化合物，可能对生态环境造成破坏。据报道，沥青的氧化和蒸发速度会随温度每增加10℃而增加近一倍。据有关资料显示，63℃沥青路面的长波辐射强度达到672w/m²，夏季太阳直接辐射强度在700～1000w/m²。随着城市路网的发展，沥青路面已成为影响城市热岛效应的主要因素之一，夜间热岛效应更为明显。热岛效应除了带来工业减产、水电消耗增加的高温天气外，还导致冬季转暖、飓风、暴雨等异常天气，影响居民的身心健康。医学研究表明，当气温高于28℃时，人们会感到不舒服;而气温超过34℃时，热浪会引发一系列疾病。

2沥青路面现有降温技术

路面温度可能受到环境因素（如太阳辐射、云、相对湿度、风速和降雨量）和路面特征（如反照率、湿度和密度）的影响。除植树改善道路通风外，人为干预环境的可能性很小。目前，降低路面温度的主要技术有以下几个方面。

（1）喷水冷却

在城市里，中午喷水可以冲洗道路，降低路面温度，但效果不是很好。如果地表温度过高，水一洒就变成雾，那么浇水只能起到“除尘”的作用。此外，处于潮湿状态的沥青路面容易产生更多车辙。

（2）冷铺技术

冷铺技术是美国环境保护署提出的改善城市热岛效应的三大策略之一，它主要关注材料结构（如多孔材料）和路面表面特性（如高反射率）。多孔透水沥青路面的表面温度可以通过路面空隙中水分的蒸发和渗透来降低，从而增加施工质量的变异性、水损害和沥青老化。其他提高路面反射率的方法，如使用浅色聚集体或太阳热反射涂料，都会影响驾驶员的视力，高反射环境对人体健康也不利。更糟糕的是，高反光涂层可能会影响道路抗滑性能。

（3）集热技术

由于沥青路面具有良好的吸热性能，在夏季可以通过太阳辐射加热到70℃。同时日落后沥青路面中的热量仍然可以提供能量。因此，沥青路面作为一种新型的可再生能源，近年来越来越受到人们的关注，它作为一种太阳能集热器，既可以用于相邻建筑物的采暖、降温，又可以降低路面温度。然而，路面换热设备会引起大量的应力集中，导致路面损坏。3PCMs在沥青路面中的应用

3.1路面PcMs温度控制理论

与沥青路面相比，绿色植物也吸收太阳能，但由于叶绿素的光合作用，其温度不会升高。因此，含有叶绿素等成分的路面也会自我控制温度。PCMs具有上述温度控制功能，如图3所示，热能可以以潜热的形式存储，系统温度可以保持相对恒定。基于上述原理，本文提出用PCMs制备仿生沥青混凝土。路面温度随着太阳能的吸收而升高，达到相变点后，由于相变过程开始发生，太阳能以潜热的形式储存，路面温度基本保持不变（见图4）。因此，采用F：～Ms的路面温度比未采用PCMs的路面温度低。

3.2PCMs沥青路面关键技术

目前，POMS在沥青路面上的应用存在技术难点。第一个是材料成本，主要是由于目前PQvlS价格高，不能作为道路材料。但是，随着PQVlS制备技术的发展，PCMs应具有在道路工程中广泛应用的可能性。因此，我们必须重视以下关键技术。

3.2.1PCMs熔化温度的选择

这取决于沥青路面的温度控制要求，是选择PQ'vlS的关键参数。理想的PCMS候选材料应满足聚变热和热导率高、比热容高、体积变化小、无腐蚀性、无毒等一系列要求。沥青混凝土是一种热敏性材料，具有很强的地域性，应根据天气条件进行选择。根据不同地区的气温，提出我国沥青路面气候区划。因此，如何根據已有成果确定沥青路面的温度控制范围是关键。

3.2.2沥青混凝土中PCMs的集成

大量研究表明，PCMs在基体材料中的相容性、稳定性和耐久性是至关重要的。成型稳定PCM（SSPOM）的发展为PCMs在沥青混凝土中的集成化提供了技术支持。此外，还有要求如下：（1）要保证沥青混凝土结构的力学性能，必须使SSPCIvl与沥青具有较好的粘结性;（2）SSPOM良好的化学稳定性对于防止相变过程中液体的泄漏具有重要意义;（3）常规沥青混凝土的生产一般要承受160℃～180℃的高温，这对相变储能和相变材料的温控性能是一种热冲击，因此相变材料在沥青混合料中的搅拌技术值得研究。

3.2.3PCMs沥青路面的控温效果和耐久性

沥青混凝土的拌和工艺、潜热、PCMs用量等都直接关系到路面温度控制效果和道路工程性能耐久性，相变温度控制功能应在车辆与温度负载的耦合作用下正常工作。对PCMs沥青混凝土的高温变形、抗疲劳和抗老化性能等耐久性有待进一步研究。

4结语

随着全球气候变暖和黑色沥青路面的广泛应用，路面高温问题日益突出。路面高温对道路的耐久性、交通安全和生态环境有着严重的影响。采取适当措施降低路面温度，对控制高温车辙，改善居住环境和交通安全具有重要意义。本文提出了一种以相变材料为功能组分制备温控沥青混凝土的新方法。相较于现有的降低路面温度的技术方法，相变温控沥青混凝土是一种仿生智能材料，还有许多研究有待开展。