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沥青路面阻热涂层性能评价研究
http://www.asphaltrecycling.cn 2018年1月2日

【中国沥青网新闻资讯】

沥青混合料作为面层铺装材料,沥青路面具有较强的吸热能力,特别是在高温季节,整个路面又构成了一个巨大的温度场,由于热量的大量聚集路面温度不断升高,使得夏季沥青路面的温度远高于气温,有些路面温度可以达到60℃以上,在这样的温度条件下,沥青材料流动性增加,粘度下降,再加上外部荷载的作用,路面就很容易产生变形,从而形成车辙、拥包等病害。沥青路面在太阳照射及环境条件的影响下,会逐渐出现老化现象,随着老化的发展,随之出现的就是沥青路面的松散、开裂等病害。因此如何预防沥青路面高温病害的发生,延缓沥青路面老化,已经成为公路行业共同面临的一个急需解决的问题。

阻热材料选择

首先,阻热材料,从表观上来说一般应为粘稠液体或粉末状物质,可以用不同的施工工艺涂覆于沥青路面,干燥后能形成粘附牢固、具有一定强度、连续的固态薄膜。材料应有3大组成部分组成:主要成膜物质、次要成膜物质和辅助成膜物质。

(1)主要成膜物质:它包含油脂和树脂,是决定涂膜性能的主要因素,可以单独成膜,也可以粘结颜料等成膜物质,又称基料,主要有丙烯酸树脂、有机硅改性聚酯树脂、醇酸树脂、有机硅改性醇酸树脂、含氟树脂、石油树脂、环氧树脂、环氧酷、氯化橡胶、聚乙烯聚丙烯树脂、聚氨酯树脂等。

(2)次要成膜物质:它包含颜料、填料、增韧剂;次要成膜物质主要有颜料、填料、增韧剂组成。其中,颜料是次要成膜物质的主要成分,是阻热降温的关键物质。填料和增韧剂作为辅助改变颜料特性的物质,具有重要作用。次要成膜物质的选择主要是颜料的选择。

(3)辅助成膜物质:它包含各种溶剂和助剂。辅助成膜物质不能单独成膜,,只是对涂料形成涂膜的过程或涂膜性能起辅助作用。溶剂(或水)可以调节涂层的粘度及固体份含量。辅助成膜物质包含各种溶剂和助剂。阻热材料所用的是稀释剂,是基料和颜料的载体,为了便于喷洒施工加入的进行稀释的惰性物质。阻热材料和油漆的物理状态比较接近,是靠涂布喷洒施工到沥青路面,所以我们将阻热材料的溶剂称作稀释剂。

稀释剂是一种为了降低树脂粘度,改善其工艺性能而加入的与树脂混溶性良好的液体物质,阻热材料中的树脂需要加入稀释剂来降低它的粘度而便于进一步加工,这些稀释剂实际上都是比树脂便宜的有机溶剂,因此也起降低加工成本的致廉作用。

选择阻热材料合适的稀释剂非常重要,要综合考虑沥青路面的各种因素和喷洒涂布阻热材料涂层的施工要求,如溶解能力、挥发速度、安全性、经济性、来源性和贮存稳定性等。阻热材料与油漆的施工方法比较接近,选择阻热材料的稀释剂,可以将油漆的稀释剂作为参考。油漆常用的稀释剂有苯、甲苯、二甲苯、200号煤焦溶剂、醋酸乙酯、甲醇、乙醇、苯乙烯、汽油、丙酮、甲乙酮、乙二醇乙醚等。我们介绍几种满足要求的稀释剂,从中选取适合阻热材料的溶剂。

根据沥青路面对阻热降温涂层的要求和涂层自身成分的组成,我们选取合适的材料制作阻热材料的3大成分。

阻热材料施工

施工选择在夏季,天气晴朗,无风,气温30℃,地面温度35℃。划定3块面积为1×1m的路面涂布阻热材料。本实验采用刷涂方式涂布。涂布量分别为0.2kg/m20.15kg/m20.1kg/m2。涂布1h后表干,养生2h。阻热材料涂布养生之后,我们对其路用性能进行评价,包括阻热效果、抗滑性能、渗水性能和眩光性能。

路用性能评价

阻热效果

涂布过阻热防辐射材料后,每天每1h(上午9:00-下午17:00)用红外测温枪对原路面和涂布路面的测温并记录。

从记录的温度数据和温度曲线图中可以看出前期随着光照时间增加,温度缓慢上升,涂布阻热降温涂层的路面和路面的温差也慢慢增大。在下午15:00温度和温差达到最大值。最大温差是0.2kg/m2阻热材料涂布量路面,为11.7℃。路用性能的阻热效果与材料评价的阻热效果相比,阻热材料的路面降温最大温差比室内试验要高,但是路面降温的平均温差没有室内效果好。这可能是由于室内环境与路面环境的不同造成的。但从路面的降温效果来说,阻热材料的降温效果非常好,能明显降低路面温度,使沥青路面在高温下能更好的工作,能够保证沥青路面有更长的使用寿命。

仅记录沥青路面一天的温度并不足以看出阻热材料的长期降温效果的好坏。我们连续记录了阻热材料一个月的降温效果,同时,考虑到路面的环境和室内环境的差别,室内最佳涂布量可能并不是路面最佳涂布量,增加了几组不同的涂布量。计算出七种不同涂布量与原沥青路面的每天平均温差。下表是部分相关的温度数据。

可以看出,涂层前期的降温效果比较好,每天的平均温差保持在37℃(最大温差在811℃)。从时间上分析,涂层的降温效果前期衰减比较快,7天后趋于稳定,到1个月时,降温效果基本不改变。对前期涂层所处环境分析,养生1天后,由于阳光曝晒,车辆碾压和轮胎粘带泥土等因素,涂层颜色稍稍变暗,3天后颜色稳定。降温效果亦随之稳定。

在涂布用量方面,0.05kg/m2涂层的降温效果最差,加大阻热材料的涂布用量,降温效果随之提高。当涂布量达到0.2kg/m2,继续增加涂布用量,对降温效果改善已不大。说明当涂布阻热材料为0.2kg/m2的涂布量时,材料中降温的关键性物质———颜料颗粒,布满整个涂布层,再增加涂布量,只是使颜料颗粒重叠分布,对提高降温效果没有明显作用,说明路面的最佳涂布量与室内试验的相同。

数据中显示,0.20.35kg/m2的涂布量,同一天的平均温差并不一致,有高有低,推测可能是因为灰尘覆盖具有随机性,刹车印迹等因素导致。

抗滑性能

本文采用铺砂法测构造深度和摆值法两种方法评价路面的抗滑性能变化。阻热降温涂层的涂布必将会改变原路面的表面特性,而路面的抗滑性是一项重要指标。沥青路面的涂布材料势必会降低路面的抗滑性。因此需要采用铺砂法测构造深度和摆值法2种方法对涂布前后路面抗滑性能进行测试对比,以防止涂布材料对路面表面特性改变过大,威胁到人们的行车安全。

摆式摩擦仪测得的路面摩擦系数(试验方法见《公路工程集料试验规程》T09642008)。数据显示,阻热材料的涂布降低了原路面的摩擦系数,并且随着单位面积涂布量增大,摩擦系数随之减小。但是,随着阻热材料涂层在路面上存在时间的增加,涂布路面的摩擦系数逐渐回升,最终趋于稳定,并与原路面的摩擦系数相差不多。阻热材料涂布时,为毛刷涂刷,养生之后,涂布层表面光滑,因而前期所测得的摩擦系数较小。随着时间推移,涂布层被雨水冲刷,车辆轮胎磨耗,灰尘遮盖等,涂层光滑的表面被破坏,时间越长,被破坏的程度越大,摩擦系数随之增加。直至涂层不稳定成分被损耗完,剩余物质固着在路面无法被磨耗,摩擦系数趋于稳定,不再发生变化。

阻热材料防辐射涂层构造深度的改变与摩擦系数的变化基本相同,但构造深度与原路面的差别并不是很大。因为阻热材料防辐射涂层涂刷完毕之后,只是薄薄的一层,对路面的构造深度影响不大。但在涂布工程中,一定要涂布均匀,否则对构造深度会有较大影响。

渗水性能

沥青路面渗水性能是反映沥青路面水稳定性的一项重要指标。所以涂布热反射涂层的沥青路面需要检验其渗水系数。沥青路面的渗水性能是衡量沥青路面质量好坏的一个重要标准。

沥青路面的早期损坏都与水息息相关,当水渗入到沥青路面面层,首先滞留在沥青层中,在大量高速行车荷载的作用下,会产生反复作用的动水压力,同时沥青层经受荷载和温度的反复作用,使沥青膜逐渐从集料的表面剥离,水分开始下渗同时以自由水的形式存在,并丧失集料之间的粘结力。

因而,保证涂布阻热防辐射材料涂布后,沥青路面不渗水,也是对阻热材料的一项要求。阻热防辐射涂层在反射降温的同时,也应该是一种很好的防水材料,改善原路面的渗水性能。

原路面和阻热防辐射涂层都不渗水,说明路面涂布阻热防辐射涂层对原路面的渗水性能无影响。因为原路面不渗水,阻热防辐射涂层没有体现其改善渗水性能的效果。

眩光性能

眩光(glare)是指视野中由于不适宜亮度分布,或在空间或时间上存在极端的亮度对比,以致引起视觉不舒适和降低物体可见度的视觉条件。视野内产生人眼无法适应之光亮感觉,可能引起厌恶、不舒服甚或丧失明视度。眩光是引起视觉疲劳的重要原因之一。

本研究采用逆反射系数测试仪定量的评价使用热反射涂层前后路面的眩光性能。逆反射系数的单位是mcd·(lx·m2)1,其物理意义是:在单位光照条件下,单位面积产生的亮度值。逆反射系数越低,热反射涂层对路面颜色的改变就越小。测试了原沥青路面、3种不同涂布量热反射涂层和交通标示线处的逆反射系数。

表中数据显示,新铺的阻热防辐射涂层的逆反射系数在原路面和交通标示线之间,且与涂布量成正比关系。在使用过程中,3种涂布层的的逆反射系数逐渐降低。直至使用1个月后,逆发射系数降低至与原路面接近,不再发生改变。

结语

(1)通过在普通路面涂布不同涂布量的阻热防辐射涂层,检验了涂层的降温效果。并验证了随涂布量增加,温差逐渐变大,降温效果提高。涂布量到达某个临界值后,降温效果不再随涂布量增加发生改变。

(2)采用铺砂法测构造深度和摆值法2种方法评价路面的抗滑性能变化。新铺涂层势必会降低沥青路面的抗滑性。使用过程中,摩擦系数逐渐回升,最终回升至与原路面相接近的某个值后,稳定不再改变。

(3)沥青路面渗水性能是沥青路面水稳定性的一项重要指标,阻热防辐射涂层不仅有很好的降温效果,也能改善普通沥青路面的渗水性能。

(4)眩光是引起人们行车过程视觉疲劳的一个重要因素。采用逆反射系数测试仪,定量的评价使用热反射涂层前后路面的眩光性能,测试了原沥青路面、3种不同涂布量热反射涂层和交通标示线处的逆反射系数。中国沥青网

来源:
中国沥青网
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