基于室内外实验的沥青路面热反射涂层降温效果分析

闵伟春 俞晓丽

1.上海南信公路建设有限公司；2.上海南信公路建设有限公司

1 引言

随着经济的发展和科技的进步，我国的沥青路面通车里程已跃居世界前列[1-3]。目前的主要挑战是如何统筹兼顾路面的耐久、环保、舒适和可持续等方面的要求。在沥青路面的病害形式中，车辙作为最常见、分布最广泛和影响程度最大的一种病害形式，决定了沥青路面的使用寿命[4-9]。

车辙病害的产生主要源于沥青混合凝土材料的粘弹特性以及温度荷载敏感性[10]。沥青路面在夏季高温时节在车辆荷载的长时间作用下容易产生不可恢复变形，进而形成车辙病害。其中温度作为车辙病害的主要诱导因素，对车辙病害的产生和发展有着决定性的作用。已有研究表明当沥青路面的夏季温度降低时车辙病害明显减少[11,12]。因此，采用热反射涂层来主动降低路面的夏季温度逐渐得到了推广和应用。热反射涂层设计的主要控制指标包含两个方面[13-15]：一是涂层的降温性能；二是涂层的耐久性。而目前关于涂层的降温性能评价主要采用室内模拟真实环境和现场实测两种，由于现场实测降温性能的代价较高，在材料设计阶段一般很难实现，因此大多数学者采用室内缩尺平台模拟实际的降温性能。有关两种方法之间的关联目前尚属空白。

本研究的目的在于通过室内外的降温性能测试，对比分析两种实验方法之间的内在联系，以期为沥青路面热反射涂层设计过程中关于降温性能评价指标的选取提供参考。

2 热反射涂层降温性能测试

2.1 室内实验

图1 室内热反射涂层降温性能测试图

如图1所示，室内模拟系统主要由辐射光源、辐射强度测试仪、温度传感器和温度采集设备组成。辐射光源采用300W日光模拟灯泡，灯泡的直径为127mm，长度为185mm。该太阳灯所发出的光线的波长范围为：320mm~2500nm，超过99%以上的太阳辐射光谱所在的波长范围大致为：150mm~4000nm。因此可以采用太阳灯模拟太阳光照。辐射强度的控制可以通过辐射灯的数量、排布形式和距离试件高度实现。

对于试件上、下表面采用不同的温度采集方法：采用Raytek红外测温仪（测温范围为-18℃~260℃，精度±1℃）测试件上表面温度变化，采用热电偶温度传感器（测温范围为-20℃~125℃，精度±0.5℃）采集试件下表面温度。通过数据采集装置自动记录传感器采集的温度。热反射涂层的降温效果定量评价指标为未涂覆试件和涂覆试件实测温度之差。

2.2 现场实测降温性能

图2 现场热反射涂层涂覆及温度传感器埋置示意图

如图2 所示，现场实验选择新建沥青混凝土路面（上面层SMA-13；下面层AC-20），垂直于道路纵向划定三块矩形区域（3.75m×0.5m），将配置好的环氧树脂基热反射涂层涂覆于三块矩形区域。三块矩形区域为平行组，涂覆前每块矩形区域通过钻芯取样埋置温度传感器，传感器的位置为上面层和下面层的中部。温度的记录时间为早10:00~下午16:00，当天上海地区为晴天，室外最高空气温度38℃。三块矩形区域的表面温度变化采用红外热像仪采集，采集时间为下午13:00 左右，即当天最高温度时段。

3 实验结果对比分析

3.1 室内降温性能

图3 基于室内模拟实验的热反射涂层降温效果

图3所示为基于室内模拟降温系统所得的沥青混合料车辙板（a未涂热反射涂层；b涂有热反射涂层）表面变化趋势。考虑到试件表面的温度分布变异性，对红外热像仪采集的试件表面温度进行统计分析，获得平均值，最大值和最小值。由图可以看出未涂热反射涂层的车辙板试件的表面平均温度比涂有热反射涂层的车辙板高出5.7℃。

3.2 室外降温性能

图4 现场实测热反射涂层降温性能

图4所示为室外试验段的三块矩形涂层的表面以及涂层下沥青路面内部各层在夏季高温天气中的某一天的温度变化检测结果。其中涂层表面的温度变化采用红外热像仪进行检测，通过对比涂层表面与未涂涂层的沥青路面表面的温度，计算其差值得到三个平行试验段在13时左右的温差分别为3.8℃，5.9℃和4.8℃，其平均值为4.8℃，略低于室内实验的平均值5.7℃。涂有热反射涂层的沥青路面内部（上面层与下面层）的温度变化趋势较为相似，在早上10:00 至下午14:00 均呈现单调增长趋势，随后便出现急剧下降。通过计算最高点的温度差值，得到上面层和下面层的降温幅度分别为6.3℃和5.6℃。可以发现上面层的降温幅度大于室内实验结果，下面层的降温幅度数值与室内实验结果最为接近。

4 总结与结论

本文通过室内试验与室外试验对比分析了沥青路面热反射涂层的降温特性，探究了室内试验结果与现场实际降温效果之间的内在联系。发现室内试验得到的热反射涂层降温幅度与实际涂有热反射涂层的路面下面层中的降温幅度最为接近。室内试验所得的降温幅度高于实际路面环境中涂层表面的温度，同时低于实际涂有热反射涂层的沥青路面上面层的降温幅度。