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摘要：沥青路面的高温以及由此而引发的路面车辙等病害已经成为广泛关注的问题，发展新型降温性沥青路面对交通行业有着其重要的意义，本文对新型降温沥青路面的分类及降温机理进行了归纳总结，对新型降温沥青路面的研究现状及研究前景作了简单分析，希望对本方面的研究有一定的参考价值。
关键词：新型；降温沥青路面；降温机理；研究现状及展望
Abstract: The new-type cool asphalt pavement classification and cooling mechanism were summarized in this paper, a novel cooling on asphalt pavement and research status of research prospects of a simple analysis, hope that the research has a certain reference value.
Key words: new asphalt pavement cooling; cooling; mechanism; research status and Prospect
中图分类号：U416.217文献标识码：A文章编号：
0.引言
沥青是一种吸热材料，它对太阳光辐射的吸收率很高，达到0.85～0.95，在夏季会造成沥青路面温度远远高于气温，有资料表明，陕西部分地区夏季的最高气温能达到38～43℃，而沥青路面的温度要比气温高25℃左右，达到63～68℃，由此引发严重的沥青路面车辙危害，同时加剧城市“热岛效应”。新型降温沥青路面的应用可以有效减少车辙危害的发生，并在一定程度上缓解城市的“热岛效应”。
1.新型降温沥青路面的分类
新型降温沥青路面根据沥青路面热交换方式（如图1）和降温方式的不同可以分为：反射降温沥青路面、热阻降温沥青路面和辐射降温沥青路面。
（1）反射降温沥青路面是通过选择合适的树脂、金属或金属氧化物颜填料及生产工艺来制得高反射率的太阳热反射涂层涂装在沥青路面表面，以提高对太阳光辐射的反射，降低对太阳光辐射的吸收，从而起到降温的目的。
（2）热阻降温沥青路面是通过在沥青混合料中应用导热系数较低的骨料，阻缓能量的传递，以达到降温的目的。
（3）辐射降温沥青路面是通过辐射的形式把沥青路面吸收到的太阳能以一定的波长发散到空气中，从而达到良好降温效果。
图1沥青路面热交换示意图
2.新型降温沥青路面的降温机理
2.1反射降温沥青路面的降温机理
反射降温沥青路面是将太阳热反射涂层涂装在沥青路面表面，以达到降温的效果。太阳热反射涂层是一种能够提高对太阳光的反射，以降低对太阳光辐射的吸收，从而起到降温效果的功能性涂层。
（1）在太阳热反射涂层中，起反射太阳光作用的主要是颜填料和成膜物与颜填料的组成关系。颜填料对太阳光的反射（散射）能力取决于颜填料和树脂折光系数的差异，散射率为颜填料与树脂折光系数的比值：
式中：为颜填料的折光系数；
为树脂的折光系数（常用树脂的折光系数为1.45～1.5）。
由上式和常用树脂的折光系数可知，要达到高的反射率，必须选用折光系数较高的颜填料。
表1 几种常见颜填料的折光系数
（2）颜填料选定后，颜填料的粒径对涂层的热反射性也起着重要作用。颜填料的最佳粒径和反射波长的关系如下：
式中：是由和决定的常量。
根据上式，如果要有效反射波长为0.4和2.5附近的太阳光，就分别需要粒径约为0.17和1.06的颜填料。故所选用颜填料的粒径应在0.17～1.06之间，才能有效反射占太阳光能量90%以上的可见光波（波长为0.4～0.72）和近红外波（波长为0.72～2.5）。
（3）最后，颜填料体积分数（颜填料体积占涂层组成中不挥发成分的总体积的体积分数）也是重要的因素之一。颜填料体积分数（PVC）表达式：
当涂层体系中的PVC超过某一特定数值时，涂层和涂膜的许多性能（如涂层的贮存稳定性、施工性等）发生突变，这一特定的PVC值称为临界颜填料体积分数（CPVC）。PVC和CPVC是涂层配方设计的重要参数。当PVC＜CPVC时，涂层中的基料等成膜物除润湿和包围颜填料粒子外，还有剩余，涂膜中颜填料粒子间距离较大，不会使整体涂膜形成毛细管，故整体性能较好；为保证涂层内粒子间距离大于临界粒子距离，一定要使PVC＜CPVC。实践证明,当PVC值在47%左右时会大大提高了涂膜对太阳光的反射比。
2.2热阻降温沥青路面的降温机理
热阻降温沥青路面主要从改变沥青路面热物性特性原理入手，采用导热系数较低的骨料，改变沥青混合料自身的热物特性，实现对沥青路面温度场的自主控制，减弱热能在沥青混合料中的累积，从而降低沥青路面的温度。
常用导热系数较低的骨料有陶粒、煅烧铝矾石（如图3）等。由于陶粒孔隙多，其导热系数为0.1～0.3W/m·K，仅是普通石灰岩（导热系数2.3 W/m·K左右）的十分之一，用陶粒配制的沥青混凝土导热系数将大大降低。
图3煅烧铝矾土碎石与普通石料升温曲线图
2.3辐射型降温沥青路面的降温机理
一般物体的辐射度表达式为：
式中：为斯蒂芬—波尔兹曼常数；
为辐射率。
一般物体的表面辐射能力除与温度有关外，还与表面辐射率有关。当辐射体的辐射率较大时，其散热大于吸收，就会出现降温现象。若沥青路面的辐射率较高，使其散热大于吸收，沥青路面就可以不断地向外界辐射能量，从而获得优异的降温效果。
3. 新型降温沥青路面的研究现状
3.1国外研究现状
德国在上世纪90年代开始了降温沥青路面的研究，采用的主要措施包括：（1）在路表面使用太阳热反射涂层；（2）采用低吸热保水型铺装路面；（3）改变沥青混合料的骨料种类，采用导热系数小的材料铺设热阻式路面。
2002年,日本长岛特殊涂层公司和日本铺道公司联合开发出一种能控制沥青路面温度升高的新型铺路材料,称为“凉顶”。夏季沥青路面铺上“凉顶”后,可降低路面温度10～20℃。随后,日本油漆公司(株)等多家企业联合开发可用于行车道以及人行道的太阳热反射涂层。
3.2国内研究现状
国内近年来在新型降温沥青路面方面也开展了大量的研究，其中反射降温沥青路面较多，如重庆交通大学的王伟、曹雪娟等人开发了一种太阳热反射涂层，并应用于校园内的沥青路面，起到了一定的降温效果；哈尔滨工业大学的冯德成等人分析了沥青路面光热效应机理，在此机理上开发出另一种太阳热反射涂层，并首先把开发出的热反射涂層成功应用于国内某高速公路。
同时冯德成等人也研究了热阻降温沥青路面，在室内试验中往沥青混合料中掺20%的陶瓷，可以使车辙试件上下表面的温度差从3.5℃增加到8.5℃，说明陶瓷有很好的热阻性能；长安大学的沙爱民等人研究了煅烧铝矾石型热阻降温沥青路面（煅烧铝矾石是经过煅烧的铝矾土矿，熟料为灰白浅黄及深灰色），其具有一定的降温效果。
4.小结和展望
（1）新型降温沥青路面据沥青路面热交换方式和降温方式的不同可以分为：反射降温沥青路面、热阻降温沥青路面和辐射降温沥青路面。
（2）降温效果良好的沥青路面往往是两种或多种降温机理同时起作用的结果，因此应充分发挥反射、热阻和辐射之间的协同效应，进行优势互补。
（3）国内大部分新型降温沥青路面尚处于室内试验阶段，还没有经过实际工程的验证；而少量应用于实际工程的新型降温沥青路面还有待观测其耐久性。
（4）为适应可持续发展的需要，反射降温沥青路面中使用的太阳热反射涂层应限制使用有机溶剂，以保护环境；同时研究具有优良耐久性、耐水性和降温效果的水性太阳热反射涂层，将成为以后研究发展的趋势。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：新型；降温沥青路面；降温机理；研究现状及展望
Abstract: The new-type cool asphalt pavement classification and cooling mechanism were summarized in this paper, a novel cooling on asphalt pavement and research status of research prospects of a simple analysis, hope that the research has a certain reference value.
Key words: new asphalt pavement cooling; cooling; mechanism; research status and Prospect
中图分类号：U416.217文献标识码：A文章编号：
0.引言
沥青是一种吸热材料，它对太阳光辐射的吸收率很高，达到0.85～0.95，在夏季会造成沥青路面温度远远高于气温，有资料表明，陕西部分地区夏季的最高气温能达到38～43℃，而沥青路面的温度要比气温高25℃左右，达到63～68℃，由此引发严重的沥青路面车辙危害，同时加剧城市“热岛效应”。新型降温沥青路面的应用可以有效减少车辙危害的发生，并在一定程度上缓解城市的“热岛效应”。
1.新型降温沥青路面的分类
新型降温沥青路面根据沥青路面热交换方式（如图1）和降温方式的不同可以分为：反射降温沥青路面、热阻降温沥青路面和辐射降温沥青路面。
（1）反射降温沥青路面是通过选择合适的树脂、金属或金属氧化物颜填料及生产工艺来制得高反射率的太阳热反射涂层涂装在沥青路面表面，以提高对太阳光辐射的反射，降低对太阳光辐射的吸收，从而起到降温的目的。
（2）热阻降温沥青路面是通过在沥青混合料中应用导热系数较低的骨料，阻缓能量的传递，以达到降温的目的。
（3）辐射降温沥青路面是通过辐射的形式把沥青路面吸收到的太阳能以一定的波长发散到空气中，从而达到良好降温效果。
图1沥青路面热交换示意图
2.新型降温沥青路面的降温机理
2.1反射降温沥青路面的降温机理
反射降温沥青路面是将太阳热反射涂层涂装在沥青路面表面，以达到降温的效果。太阳热反射涂层是一种能够提高对太阳光的反射，以降低对太阳光辐射的吸收，从而起到降温效果的功能性涂层。
（1）在太阳热反射涂层中，起反射太阳光作用的主要是颜填料和成膜物与颜填料的组成关系。颜填料对太阳光的反射（散射）能力取决于颜填料和树脂折光系数的差异，散射率为颜填料与树脂折光系数的比值：
式中：为颜填料的折光系数；
为树脂的折光系数（常用树脂的折光系数为1.45～1.5）。
由上式和常用树脂的折光系数可知，要达到高的反射率，必须选用折光系数较高的颜填料。
表1 几种常见颜填料的折光系数
（2）颜填料选定后，颜填料的粒径对涂层的热反射性也起着重要作用。颜填料的最佳粒径和反射波长的关系如下：
式中：是由和决定的常量。
根据上式，如果要有效反射波长为0.4和2.5附近的太阳光，就分别需要粒径约为0.17和1.06的颜填料。故所选用颜填料的粒径应在0.17～1.06之间，才能有效反射占太阳光能量90%以上的可见光波（波长为0.4～0.72）和近红外波（波长为0.72～2.5）。
（3）最后，颜填料体积分数（颜填料体积占涂层组成中不挥发成分的总体积的体积分数）也是重要的因素之一。颜填料体积分数（PVC）表达式：
当涂层体系中的PVC超过某一特定数值时，涂层和涂膜的许多性能（如涂层的贮存稳定性、施工性等）发生突变，这一特定的PVC值称为临界颜填料体积分数（CPVC）。PVC和CPVC是涂层配方设计的重要参数。当PVC＜CPVC时，涂层中的基料等成膜物除润湿和包围颜填料粒子外，还有剩余，涂膜中颜填料粒子间距离较大，不会使整体涂膜形成毛细管，故整体性能较好；为保证涂层内粒子间距离大于临界粒子距离，一定要使PVC＜CPVC。实践证明,当PVC值在47%左右时会大大提高了涂膜对太阳光的反射比。
2.2热阻降温沥青路面的降温机理
热阻降温沥青路面主要从改变沥青路面热物性特性原理入手，采用导热系数较低的骨料，改变沥青混合料自身的热物特性，实现对沥青路面温度场的自主控制，减弱热能在沥青混合料中的累积，从而降低沥青路面的温度。
常用导热系数较低的骨料有陶粒、煅烧铝矾石（如图3）等。由于陶粒孔隙多，其导热系数为0.1～0.3W/m·K，仅是普通石灰岩（导热系数2.3 W/m·K左右）的十分之一，用陶粒配制的沥青混凝土导热系数将大大降低。
图3煅烧铝矾土碎石与普通石料升温曲线图
2.3辐射型降温沥青路面的降温机理
一般物体的辐射度表达式为：
式中：为斯蒂芬—波尔兹曼常数；
为辐射率。
一般物体的表面辐射能力除与温度有关外，还与表面辐射率有关。当辐射体的辐射率较大时，其散热大于吸收，就会出现降温现象。若沥青路面的辐射率较高，使其散热大于吸收，沥青路面就可以不断地向外界辐射能量，从而获得优异的降温效果。
3. 新型降温沥青路面的研究现状
3.1国外研究现状
德国在上世纪90年代开始了降温沥青路面的研究，采用的主要措施包括：（1）在路表面使用太阳热反射涂层；（2）采用低吸热保水型铺装路面；（3）改变沥青混合料的骨料种类，采用导热系数小的材料铺设热阻式路面。
2002年,日本长岛特殊涂层公司和日本铺道公司联合开发出一种能控制沥青路面温度升高的新型铺路材料,称为“凉顶”。夏季沥青路面铺上“凉顶”后,可降低路面温度10～20℃。随后,日本油漆公司(株)等多家企业联合开发可用于行车道以及人行道的太阳热反射涂层。
3.2国内研究现状
国内近年来在新型降温沥青路面方面也开展了大量的研究，其中反射降温沥青路面较多，如重庆交通大学的王伟、曹雪娟等人开发了一种太阳热反射涂层，并应用于校园内的沥青路面，起到了一定的降温效果；哈尔滨工业大学的冯德成等人分析了沥青路面光热效应机理，在此机理上开发出另一种太阳热反射涂层，并首先把开发出的热反射涂層成功应用于国内某高速公路。
同时冯德成等人也研究了热阻降温沥青路面，在室内试验中往沥青混合料中掺20%的陶瓷，可以使车辙试件上下表面的温度差从3.5℃增加到8.5℃，说明陶瓷有很好的热阻性能；长安大学的沙爱民等人研究了煅烧铝矾石型热阻降温沥青路面（煅烧铝矾石是经过煅烧的铝矾土矿，熟料为灰白浅黄及深灰色），其具有一定的降温效果。
4.小结和展望
（1）新型降温沥青路面据沥青路面热交换方式和降温方式的不同可以分为：反射降温沥青路面、热阻降温沥青路面和辐射降温沥青路面。
（2）降温效果良好的沥青路面往往是两种或多种降温机理同时起作用的结果，因此应充分发挥反射、热阻和辐射之间的协同效应，进行优势互补。
（3）国内大部分新型降温沥青路面尚处于室内试验阶段，还没有经过实际工程的验证；而少量应用于实际工程的新型降温沥青路面还有待观测其耐久性。
（4）为适应可持续发展的需要，反射降温沥青路面中使用的太阳热反射涂层应限制使用有机溶剂，以保护环境；同时研究具有优良耐久性、耐水性和降温效果的水性太阳热反射涂层，将成为以后研究发展的趋势。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。