热反射技术及其在多年冻土区道路热保护中的应(4)

2.1.3 路面组成结构对涂层性能的影响

沥青混凝土路面不同的组成结构具有不同的粗糙程度和孔隙大小，这对涂层用量及反射效果有不同程度的影响［57］。在相同条件下，孔隙小的沥青路面反射率较高［58-59］，而孔隙越大，达到相同降温效果所需的涂层材料越多，孔隙内的多重反射效应越明显，这会降低表面宏观反射率［60］和降温效果。Cao等［11］发现随着涂料用量的增加，不同沥青混合料表面的降温效果均先急速增加后逐渐趋于稳定，降温温差从高至低依次为AC（密级配沥青混凝土混合料）、SMA（沥青玛蹄脂碎石混合料）以及OGFC（开级配沥青混合料）路面，不同结构的降温差异可达7℃。涂层在粗糙路面上应用时，降温效果会降低，但其降温性能仍要优于传统路用材料和部分透水路面材料。此外，王良艳［61］对比了热反射涂料、浅色耐磨碎石和多孔集料对钢桥面层的降温效果后发现，热反射涂料的降温效果最佳。青藏高原多年冻土区高等级公路多采用AC型沥青混凝土［62］，上述研究表明，该类路面对涂层反射率和降温效果的影响较小，热反射涂层可以更好地发挥原有性能。

2.2 路用热反射涂层降温效果

对于多年冻土区道路而言，沥青路面的吸热、储热和聚热效应会加剧路基病害的程度和发生频率，通过冷却路基和降低路表温度可有效缓解上述问题［63］，而提高路面和路基边坡反射率是重要的实现途径［64］。新建沥青混凝土路面反射率约为0.05～0.10，在夏季其表面最高温度比气温高约40～50℃［65］，这增加了热量向路基内部的传输，虽然在使用 5年后其平均反射率可提高 0.［66］，但是这并不能从根本上达到降温目的。铺筑浅色碎石封层［67］和薄层水泥面层［68］是提升沥青路面反射率的常见方法，虽然具有一定的降温效果和路用性能，但应用于多年冻土区道路仍存在许多不足之处［69］。首先，浅色碎石封层路面要求集料拥有较高反射率和红外发射率，对于缺少该类型石料的地区而言，特别是青藏高原多年冻土区，这无疑提高了加工和运输成本。其次，碎石封层路面反射率受沥青和浅色集料共同影响，如何在保证路用性能的同时调控路面反射率成为一项难题。薄层水泥混凝土修补技术一般适用于底层沥青路面破损程度较小的轻载道路，对高等级公路而言并不适用［70］。

与上述两种方式相比，热反射涂层技术可通过调控材料组成和配比，达到提升反射率和涂层性能的目的，从而满足不同工程的降温需求和服役性能。日本在路用热反射涂层方面的研究起步较早且较为成熟，研发的路用涂层凉顶（cooltop）降温可达10℃，同时根据试验研究结果编制形成了行业技术指南［71］，截至2010年，日本遮热性路面占其全国总铺装路面面积的54%［72］。相关研究结果表明［73-74］，与普通材料相比，路用热反射涂层在相同颜色和太阳辐射下拥有更高的反射率和红外发射性能，且深色热反射涂层反射率的提升幅度最大，降温效果可达15 ～ 17 ℃［57，75］。Pomerantz等［65］根据野外试验结果指出，路面反射率每提高0.1可降低道路表面温度4℃或路面以上2 m处温度2.4℃，这说明热反射涂层不仅可以降低路基内部温度，还可以降低路基近地面的环境空气温度，这对保护多年冻土区道路的热稳定性是有利的。

为了综合分析热反射涂层对多年冻土区道路降温效果的影响，研究人员提出了不同的评价指标、测量方法和计算方法。Richard等［76］发现n因子与反射率存在近似的线性关系，热反射涂层可以降低冻土区路面的融化n因子，对冻结n因子影响较小。Dumais等［77］提出了预测冻土热反射路面温度的计算模型，并给出风速、气温等参数与路面热反射率间的关系。Qin等［78］提出了针对冷却路面的热量传输模型，结果表明，路基内部日累积热储存大约占路面吸收太阳辐射的 5%。J?rgensen［79］利用GPR（ground penetrating radar）方法对机场下部冻土上限进行分析后发现，热反射涂层可减少融深约0.6 m。热反射涂层可有效减小冻土区道路温度及其下部多年冻土的融化深度和活动层厚度，然而其路用性能也是影响涂层热保护效果的重要因素［80］。

2.3 路用热反射涂层路用性能

冻土区沥青路面在涂覆热反射涂层后，其表面的抗滑性、耐磨性、抗冻融循环性（抗温变性）、耐久性和耐老化性等路用性能会发生改变。为了保证涂层的使用寿命、降温效果和安全性，应对涂层路用性能进行系统研究。

文章来源：《中国辐射卫生》 网址: http://www.zgfswszz.cn/qikandaodu/2021/0408/646.html