沥青路面热效应及降温技术

为研究沥青路面的温度效应,分析现有降温技术的降温效果,该文对沥青路面的基本传热方式和影响因素进行了分析,并通过成型保水式、储热式和热阻式沥青混合料车辙试件,在高温季节将试件置于室外进行自然升温,采用温度采集仪对其温度数据进行采集,对不同的沥青路面降温技术的降温效果进行了分析。研究结果表明:沥青路面的传热方式包括热传导、热对流和热辐射,其温度特性受大气温度、太阳辐射、大气湿度和风速等因素的影响;保水式、储热式和热阻式路面降温技术均能有效降低路面温度,但保水路面的降温效果最好,储热路面的降温效果较差。     

环保型路面降温涂层的现状与发展

<正>0引言沥青路面以其平整度高、噪音小、行车舒适性好等优点,在道路建设中的应用越来越多。沥青混凝土是温度敏感性材料,且沥青是一种吸热材料,它的太阳热吸收率很高。夏季,在太阳持续热辐射作用下,大量热量被沥青路面吸收并蓄积在沥青面层中,这些热量难以从沥青面层结构中释放出来,使得路面温度远远高于大气温度。高温的沥青路面极易产生车辙等一系列路面病害(图1),并加剧城市的热岛效应([1-2])。为减少夏季高温对沥青路面的影响,道路工作者相继开始对路面降温材料与技术进行研究~([3-8])。其中,降温涂层因具有成型好、抗     

热反射涂层及其对沥青路面高温性能的影响

为了降低夏季沥青路面温度并增强路面抗车辙性能,以硅藻土和钛白粉为颜填料,研究了颜填料中硅藻土和钛白粉的比例、颜基比对热反射涂层沥青路面降温效果的影响,开发了路用热反射涂层,并分析了热反射涂层对沥青路面高温性能的影响。结果表明:硅藻土与钛白粉的比列为1∶2、颜基比为5∶5时,涂层降温效果最佳,沥青路表降温可达11.2℃;沥青路面降温性能随热反射涂层用量呈抛物线变化规律,当涂层用量为0.6kg·m-2时降温效果最好;热反射涂层路面的抗车辙性能与不涂热反射涂层的路面相比至少可提高1.39倍,且随着气温升高,热反射涂层对沥青路面高温抗车辙性能的提高效果越显著。     

沥青路面降温涂层材料优化设计及其性能研究

为提高沥青路面热反射涂层降温效果及抗滑性能,该文通过对热反射涂层的降温机理研究优选了路用降温原材料,制备了一种路用降温涂层。开发了用于评价路用涂层降温性能的室内模拟太阳热辐射测试系统,通过对干燥时间、抗滑性能、黏附性能以及室内降温性能试验,确定了新型路用降温涂层的最佳配比以及涂抹量。结果表明:该涂层的黏附强度在涂刷量为0.4～0.8 kg/m~2时较高;抗滑性能随着TiO_2体积浓度的增加而降低,随着漂珠掺量的增大而增大,且漂珠掺量为20%左右时涂料抗磨损性能最优;通过室内热辐射模拟试验,试件上表面最大降温可达7.93℃。在试件底部降温可达7.43℃。该文所制备的路用降温涂层可以有效反射太阳辐射,有利于缓解城市"热岛效应"。     

不同温拌剂对沥青路用性能的影响

为研究不同类型温拌剂对于沥青性能的影响,选择常用降黏型温拌剂Sasobit和发泡型温拌剂Aspha-min分别加入到基质沥青和SBS改性沥青中,通过针入度、软化点、延度及黏度试验,研究对比这两类温拌剂对沥青感温性能、高低温性能及黏滞性的影响。由等黏温度定理,推算出部分温拌沥青混合料的施工温度,并以此对比分析其降温效果。结果表明:两类温拌剂均能显著提高沥青高温性能,掺入4%Sasobit和4%Aspha-min能使沥青软化点分别增长48%和31%,均可有效降低沥青的高温黏度和压实温度(降温范围在18~24℃之间)。同时,也能提升沥青的低温黏度(95℃下分别提升278%和14.7%),提高沥青路面抗流动变形的能力。但两种温拌剂对沥青低温性能呈不利影响,且这种不利影响与掺量呈正相关,因此应合理控制温拌剂掺量。     

铺装超薄磨耗层的钢桥面与沥青路面表层温度对比研究

为研究铺装超薄磨耗层的钢桥面与沥青路面表层温度变化情况,采用预埋传感器的方式进行超薄磨耗层表层温度实测。基于实测温度数据,进行超薄磨耗层表面和底部温度及温度变化速率随时间的演变规律对比分析,并分为升温和降温两个阶段进行了路面温度与大气温度的相关关系分析。研究表明:钢桥面与沥青路面超薄磨耗层表面及底部温度随大气温度呈现周期性的变化,但钢桥面超薄磨耗层表面出现最高温度的时刻有所延迟,且其最高温度值相对较小;超薄磨耗层表面及底部温度与大气温度均呈现先下降、后上升、再下降的趋势,升温速率大于降温速率。为便于开展分析计算,升温阶段建议采用二项式函数模型进行超薄磨耗层表面温度与大气温度关系拟合,采用直线模型进行底部温度与大气温度关系拟合,降温阶段采用直线模型进行超薄磨耗层表面及底部温度与大气温度关系拟合。     

实测沥青路面温度场分布规律的回归分析

以实际运营中的沥青混凝土道路结构为试验对象,提出了一套完整的道路结构温度场实测方案。根据大量的实测沥青路面温度数据研究了沥青路面温度场的分布规律,并利用回归分析对沥青路面温度场与气温之间的相关关系进行了探讨。考虑到升温阶段和降温阶段气温对沥青路面温度场影响的差异,分别研究了基于升温阶段和降温阶段沥青路面温度与气温的相关关系,并给出了不同温变阶段下任意深度处沥青温度的预估模型。对实测数据与预估数据的比较表明:该模型具有较好的精确性与实用性。     

排水沥青路面提早开放交通的可行性分析

为了分析排水沥青路面提早开放交通的可行性,采用洒水的方式减少排水沥青混合料内部热量,在洒水过程中对不同阶段的路表温度进行实时监测。结果表明:洒水可有效降低排水沥青路面表面温度,与邻近未经洒水降温的排水沥青路面相比,开放交通前经过洒水降温后路表温度降低约9℃。推荐最佳洒水降温工艺为:以0.3kg·m~(-2)的洒水量在施划标线前洒水4遍,施划标线后洒水2遍。     

自散热型沥青路面材料与结构研究

采用具有较高红外发射率的红外降温粉体制备自散热型沥青封层材料和自散热型沥青混合料,并设计出普通沥青路面加铺自散热型沥青封层结构、单层自散热型沥青路面结构和双层自散热型沥青路面结构等三种自散热型沥青路面结构形式。通过与普通密级配沥青路面结构的对比试验,研究了三种自散热型沥青路面的自散热性能和路用性能。研究结果显示:三种自散热型沥青路面均具有良好的自散热效果和路用性能,其中双层自散热型沥青路面结构的自散热性能最佳、自散热耐久性较好,其为最佳的自散热型沥青路面结构。     

降温型负离子粉改性沥青混合料性能的研究

制备负离子粉改性沥青、并设计负离子粉改性沥青混合料,成型复合车辙板试件并埋置温度传感器,测试负离子粉改性沥青混合料的降温效果及路用性能。结果表明:负离子粉改性沥青路面有显著的降温效果,路表和5cm深度处的最高温度比普通沥青路面降低了11.4℃和10.3℃;比起普通沥青混合料,负离子粉改性沥青混合料的水稳定性提高4%左右,动稳定度提高了25.8%,而低温弯曲应变则降低了7.2%。     

基于ENVI-met的透水路面对微区域气候影响的模拟分析

为研究透水沥青路面及反射层涂装路面对夏季热岛效应和冬季极端低温的缓解作用,以哈尔滨某高校校园环境为研究对象,利用ENVI-met微区域气象模拟软件对完全不透水、10%空隙率透水、20%空隙率透水及涂装反射层的20%空隙率透水4种沥青混凝土路面铺装在夏冬2个季节不同温度条件下微区域气候的温度分布及变化情况进行了模拟分析。结果表明:在高温情况下,随透水沥青路面孔隙率增大,体积比热和导热系数降低,对热岛效应的缓解作用增强,表现为路面平均温度降低及局部高温区域的面积减少;在低温情况下,随透水沥青路面空隙率增大,对极端低温的缓解作用增强,表现为路面平均温度提高及局部低温区域的面积减少;在透水路面上加涂表面反射层,能显著提高透水路面的反射率,高温时能较好地减缓热岛效应,但会使极端低温的状况加剧;通过对微区域气候的改善作用,透水沥青混凝土路面能够对能源消耗起到一定降低作用,进一步减少碳排放,有利于对环境的保护。     

隧道运营期内部空气温度的预测分析

运营隧道内空气温度的合理预测有助于改善隧道内部环境。为了准确预测分析运营隧道内气温，引入传热第三类边界条件，耦合隧道径向及轴向二维轴对称的围岩温度导热方程与洞内气流温度方程，推导出隧道空气温度和内壁面温度的分析解，该分析解法与文献报道数值解法计算得到的巷道内气温差值在０．５℃以内。以武汉长江隧道为例，对运营隧道内的空气温度进行计算分析。结果表明：洞内气温的计算结果与实测数据的差值大多在１℃以内，且温度变化趋势一致，进一步验证了本文分析解的正确性；随着风速的增加，出口气温不断降低且降幅逐渐减小，即降温效果已逐渐不明显，表明运营隧道内的风速控制需综合考虑降温效果和动力消耗。     

基于实测数据的沥青混凝土路面结构温度场特性分析

为研究沥青路面温度场受外界环境的影响及其敏感程度,对重庆南岸区大气温度及太阳辐射能量进行实测。根据传热学理论,运用ABAQUS有限元软件进行建模并对其进行二次开发。结合沥青混凝土路面结构材料在不同温度时的蠕变非线性效应,改变大气气温、风速等参数,分析沥青路面结构温度场随相关参数的变化的规律。结果表明:沥青路面结构受大气温度的影响主要体现在路面面层,达到路面结构一定深度后,对路面结构的温度场的影响很小;大气温度是影响沥青路面全天温度场变化的主要因素;在中高温天气时,随着太阳辐射能量的增加,大气温度对路表温度的影响随之减小;随着路面结构深度的增加,不同深度位置处与大气对流作用频率下降,只有当上层结构与大气对流完成之后,才能由其以下的结构与大气对流,进而使下层结构温度差峰值向后延迟;风速对沥青路面温度场影响较大,应注意风速产生的温度场结果误差。     

沥青混合料复合添加剂的性能研究

本研究开发制备了两种外掺型沥青路面温拌抗车辙复合添加剂,并将之用于不同的沥青材料(基质沥青、改性沥青)和SUP20沥青混合料,对其降温压实性能、高低温性能及抗水损害性能等路用性能进行了分析研究,结果表明:掺加复合添加剂后,一方面可显著提升沥青材料的60℃黏度,提升其PG高温等级,显著提高沥青混合料的高温抗车辙能力,另一方面,可降低沥青材料的135℃黏度,降低沥青混合料的施工温度,实现沥青路面的绿色施工。     

路面温度对城市热岛的影响

分析了城市热岛形成的主要原因,指出城市下垫面特性、城市大气污染和城市人工热源是城市热岛形成的主要影响因素。通过试验数据和数学计算论证了路面温度对城市大气温度的影响。介绍了太阳辐射、云层状况、大气相对湿度、风速、降水等环境因素对路面温度的影响,并利用数据、公式和图表重点讨论了路面反照率、路面湿度等路面特性因素对城市路面温度的影响。根据路面反照率与路面温度的数值关系,提出通过铺装水泥混凝土路面或碎石封层的方式提高路面反照率,缓解大城市热岛效应;根据路面湿度与路面温度的关系,提出通过增加透水性路面面积,缓解大城市热岛效应。     

沥青路面热反射层材料与性能研究

为解决夏季高温所带来的沥青路面温度过高问题,研制了一种降温明显的沥青路面热反射层材料。该材料的应用考虑驾驶员的眩光问题以及路面标志标线的可辨识性,并分析了热反射层材料的室内室外降温效果、抗滑性能和耐久性能。结果表明:在对照组温度为65℃下,热反射层材料能降温11℃以上,降温效果良好;降温效果随轮胎作用次数增加而减少,当MLS33加载到40万次时,降温效果仅为刷涂时的15%;该材料的抗滑性能良好,可抵抗35万次的轮胎磨耗;该材料具体应用时,可多次反复刷涂,增强降温效果。     

缓解城市热岛效应的凉爽路面研究综述

为探讨解决沥青路面对城市热岛效应影响的方法,在分析路面基本热力学参数、路面与热岛效应关系的基础上,对常规的凉爽路面类型及其综合降温效益进行研究。结果表明:1)合理使用反射涂料,可有效降低路表温度,但涂料的耐久性问题与具体涂覆方式需重点关注; 2)蒸发/保水式路面通过水分蒸发及储存可有效降低路表温度,缓解城市热岛效应; 3)对凉爽路面的评价应通过生命周期评估,系统分析长期环境与经济效益。     

沥青路面材料参数对路面温度场的影响研究

结合沥青路面结构实测温度和气象资料,建立了沥青路面温度场求解模型.进行了路面材料参数对高温路面温度的影响研究.结果表明:反射率α的提高对路面降温的效果最显著,导热系数k次之,发射率ε最不明显;热扩散率α的提高会导致路面温度的提高.     

基于Abaqus的沥青路面摊铺碾压时间分析研究

沥青路面施工中,摊铺碾压时间是沥青路面质量控制的重要影响因素之一。运用传热学理论并使用Abaqus有限元分析软件对沥青路面摊铺碾压温度场在不同大气温度、沥青上面层厚度、初始摊铺温度、风速等条件下进行分析,计算发现:前6 min内,沥青路面上面层表面和底部的温度会急剧下降,而中部温度并没有上面层表面和底部的降温幅度大;沥青上面层厚度每提高0.5 cm,有效摊铺碾压时间可延长11%;初始摊铺温度每提高5℃,有效摊铺碾压时间可延长5.5%;风速每降低1.0 m/s,有效摊铺碾压时间可延长13.2%;若能在沥青路面上面层摊铺开始后的前几分钟内做好摊铺场地的保温隔风措施,能有效减缓沥青上面层表面温度的下降速率,延长有效摊铺碾压时间。     

遮热沥青路面施工技术及其路用性能

为了缓解城市热岛效应,降低沥青路面温度,铺筑了遮热路面,并对其表面特性以及冬夏温度变化情况进行检测。结果表明:遮热路面具有与普通沥青相似的抗滑性能,同时其抗剥落性远远小于规范规定值;遮热性路面铺装技术可使路面表面温度降低大约16℃,有效减少车辙,并使车辙深度减少约一半,且温度上升的幅度要远小于密级配沥青路面。