热反射技术及其在多年冻土区道路热保护中的应(6)

3 热反射技术在冻土路基边坡中的应用

多年冻土路基受坡度、坡向、辐射等因素的影响，其两侧边坡的热边界条件存在较大差异，随路基高度的增加，这种差异会更加明显，从而加剧了阴阳坡效应［98］。为了缓解阴阳坡效应带来的不良影响，研究人员采用复合工程措施来改善传统单一措施对消除阴阳坡效应的不足［99-101］。以上方法均取得了一定效果，为了完善多年冻土路基边坡降温方法和理论，Qin等［27］提出利用热反射涂层来缓解阴阳坡效应，并提出了一种测量多年冻土路基模型反射率的新方法。根据试验结果，路基比原地表吸收更多的太阳辐射；边坡反射率与路基整体反射率间存在近似的线性关系，提高向阳面边坡反射率可提高路基整体反射率约0.2，提高低坡度路基边坡反射率将更有效地提高路基整体反射率［102］。随后，Qin等［103］提出了一种考虑边坡与相邻地表间多重反射效应的路基辐射传输模型，该模型考虑了太阳方位、路基走向、地面及路基边坡反射率等因素对路基宏观反射率的影响，试验结果表明，正午时路基整体反射率最低，多重反射效应会增加路基对太阳辐射的吸收量，但与路基吸收的总太阳辐射相比该数值可忽略不计，这说明提高冻土路基反射率可有效减少其对太阳辐射的吸收［104］。此外，提高遮阳板正面反射率并降低其背面发射率［105］以及提高块石路基边坡反射率［106］也是保护冻土路基稳定性的新方法。然而，使用涂层降温后应确保路基表面温度场分布不产生较大差异，根据Reckard［50］在阿拉斯加热反射试验断面的监测结果，由于路面与边坡温度场分布不均，路肩处产生“边缘效应”，降低了窄幅路基整体的降温效果，并造成了横向不均匀沉降和纵向裂缝等病害。本研究认为，精确测量冻土路基边坡反射率是计算和调控边坡热平衡状态的前提，因此边坡反射率的测量理论和方法是今后研究的一个重点内容。同时，冻土路基边坡没有受到车辆的直接磨耗，可将涂层直接应用在水泥砂浆或水泥棉加固后的边坡上，并结合路基吸收的太阳辐射、能量平衡关系和其他冷却路基方案，实现对多年冻土路基精确控温和强化降温的目的。

4 结论与展望

热反射涂层技术是降低路面温度、减少路面病害和缓解城市热岛效应的有效方法，许多国家已出台相应的规范，并将其成功应用在实际道路工程中。然而，该方法在多年冻土区道路热保护方面的研究较少，涂层材料的研发以及热反射技术的相关理论与试验多针对于高温和低纬度地区，以及城市的建筑和道路工程，涂层材料在不同服役环境下的性能是亟待研究的课题。借鉴热反射技术在道路降温方面的成功经验，在多年冻土区道路工程中应用热反射技术具有可行性和广阔的发展空间。本文基于路用热反射涂层技术及其在多年冻土区道路中应用方面的研究现状和不足，提出了今后的研究重点：

（1）材料方面

研发高性能近红外反射颜填料，提高纳米技术和其他新技术的应用，增强路面热反射性能和耐久性，解决涂层路面眩光问题；针对冻土区特殊的气候环境和工程特性，开发抗温变、抗紫外和耐老化性能优异的基料树脂以及可替代沥青材料的石油衍生物；开展涂层抗滑技术及其添加材料方面的研究，进而提高路用涂层的实用性和安全性。

（2）理论方面

传统理论在精确计算路用热反射涂层性能方面具有一定的局限性，需引入新的理论方法来揭示路用热反射涂层的微观辐射理论，指导多年冻土区路用热反射涂层的研发和应用；完善多年冻土路基边坡反射率测量理论，对热反射涂层应用在多年冻土路基边坡，特别在块、碎石路基边坡中的降温效果和机理进行深入研究，为减缓冻土路基阴阳坡效应提供新的技术支持；完善多年冻土路基光热效应机理，建立涂层微观辐射理论与路基宏观辐射理论间的联系，利用路用热反射涂层对冻土路基进行精细化控温；结合热反射技术与其他主动冷却路基结构，建立新型综合路基热保护技术，提高多年冻土区道路的整体热稳定性。

（3）试验方面

目前，路用热反射涂层性能方面的研究主要依据建筑热反射涂层材料的相关规范和标准，随着路用涂层在城市和冻土区道路中的应用和普及，需开发新的测试技术和规范标准对涂层的降温性能和路用性能进行系统评价。针对多年冻土区自然和工程环境特点，研发可模拟太阳辐射、温变、降水、风速、车辆荷载等要素的综合试验测试平台，以及专门测试路用热反射涂层耐磨耗、抗冲击、抗滑、耐老化、耐污、抗温变、抗开裂、抗剥落等性能的专业仪器设备，并开展涂层与道路表面间粘附性和变形协调性能方面的试验研究。此外，应开展野外实地监测，将室内试验和野外试验结果进行对比和评价，建立两者间的联系。同时，增加多年冻土区道路热反射涂层的现场试验监测，对不同气候和复杂工程环境下路用热反射涂层的性能进行深入研究，为今后路用热反射涂层在多年冻土区道路工程中的应用及推广提供数据积累和理论支撑。

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