热反射技术及其在多年冻土区道路热保护中的应(5)

冻土区路面常结冰结霜，且降雨后路面湿滑，为了保证交通工具的制动性和行驶安全，要求路面有较高的抗滑性能。研究表明［81］，随涂层用料的增加，沥青路面的构造深度将减小，抗滑性能会降低，在使用防滑颗粒后，路面摩擦系数会大幅增高并满足规范［82］要求。路用涂层防滑材料主要由聚氨酯树脂颗粒等合成有机材料以及石英砂等无机材料组成［83-84］，其对涂层反射率和降温效果的影响较小［85］，而科学安排防滑颗粒的施工顺序可提高涂层耐久性［20］。此外，增加涂层表面的粗糙程度和构造深度也是提升抗滑性能的有效方法，具体措施有涂层表面刻槽和添加纤维物质等，但不能忽略表面粗糙度对反射率的影响。

青藏高原多年冻土区道路交通量大，车辆载荷繁重，这会加速涂层的磨耗和脱落，进而影响涂层的反射性能和降温效果。路用热反射涂层的耐磨耗性能可利用室内自制加速磨光仪［81］、室外自然磨耗试验［86］和室外加速磨耗试验［87］进行评估。为了减少涂层的开裂和剥落，Sha等［10］建议采用提高冻土区沥青路面刚度或者减少沥青与基料间的刚度差距来改善这一问题。本研究认为，可以采用石油衍生物代替传统沥青，如沥青脱色得到的无色胶结料、改性沥青和彩色沥青芳烃油，并结合相应的粘结剂、改性剂、浅色集料以及高反射颜填料，来提高涂层的热反射和耐磨耗性能。此外，石油衍生物也可以替代传统基料树脂作为粘结剂，用于增强涂层的抗滑和耐磨耗性能以及涂层与沥青路面间的协同变形能力。

抗冻融循环性能反映了热反射涂层在冻融循环作用下，涂层表面不产生粉化、脱落、裂缝等现象的能力。由于涂层直接暴露在复杂的大气环境中，要经历冻融循环过程，尤其在昼夜温差较大的青藏高原多年冻土区，该性能显得更为重要。相关试验表明，纯丙烯酸树脂较好地符合规范要求，而环氧树脂则出现了开裂、剥落等现象［40］，氟碳树脂虽然具有良好的耐温变性能，但是较高的造价限制了其应用。根据沥青路面受荷载能力的不同，提高涂层与沥青路面间的变形协调性可以增加抗温变能力［85］，采用石油衍生物是一种可行方案。

热反射涂层老化的原因主要是光氧老化，其速度主要受辐射、水分、氧气、温湿度等因素影响。青藏高原太阳辐射强度和总量较大，其中高强的紫外线辐射是影响老化的重要因素，因为高能紫外线光子会破坏许多基料中的化学键，从而导致聚合物链的断裂、交联以及化学和机械性能的改变，这将加速涂层的老化过程［88-89］，通常采用自然曝晒老化法和人工加速老化法对该性能进行评价［90］。Takebayashi等［91］对不同涂层进行了自然和人工加速老化试验，结果显示，涂层在使用数月内就会退化，反射率在使用数年后一般会降低0.10～0.25。唐伯明等［92］对不饱和聚酯涂层进行了为期一年的自然老化试验，结果显示，降温效果下降了6℃，通过红外光谱仪测得涂层内部羟基、羰基以及碳氧双键等吸能基团随老化时间逐渐增多，此外涂层表面也出现了不同程度的开裂和剥落。添加光稳定剂是减缓涂层老化的一种有效方案［93］，使用紫外线吸收剂亦是延长涂层寿命的可行方案［34］，常见的无机紫外线吸收颜料是炭黑和TiO2，但炭黑会吸收大量的太阳辐射，这不符合路用热反射涂层的性能要求。

对于路用热反射涂层的其他路用性能，研究人员也做了相关工作。结果表明，试件表面构造深度的减小会降低涂层的耐污性，透光率小且厚度大的油类污染物对涂层降温性能的影响较大［94］，采用自清洁型涂层可以提高其耐污能力［95］；沥青路面高温稳定性随涂层用量的增加，先增加后减小［96］。李文珍［41］、邓琰荣［86］对路用涂层的耐水、耐油污及耐化学制品等性能进行了研究。

此外，施工步骤和工艺对涂层的路用性能也有显著影响。路面在涂覆热反射涂层前应先修复路面病害，对原有道路进行养护，并对路面进行清洁和除尘处理。热反射涂层由于材料组成和服役环境的不同，其施工温度存在较大差异，施工前应根据试验结果进行测定，对于特殊情况还应对涂层进行加热处理。根据室内试验研究，一些溶剂型涂层材料需要在较高温度下才能充分反应，在多年冻土区施工时应保证一定的气温和路面温度，且避免在雨雪天施工。此外，根据涂层种类的不同，在开放交通前应预留足够的固化和养生时间［97］。对于涂覆工程量较大的情况，还应使用或研发专用的热反射涂层施工作业设备以提高效率。

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