基于沥青路面材料吸放热测试方法研究

基于沥青路面材料吸放热测试方法研究

犹晖

（重庆交通大学 土木工程学院，重庆 400074）

摘要：因为沥青铺面能持续地储存太阳的热,因此，沥青路面长期处于高温状态，而在外界环境下，如果车辆超载，会使沥青路面产生车辙变形，从而加速路面的损坏，影响行车安全，并使城市中心区的热效应进一步恶化。因此，为了降低温度对沥青路面的影响，降低沥青路面的热效应，开展了相应的降温措施。介绍了沥青路面的降温技术，如：改变路面的表层特性、道路结构等，并对其冷却效果进行了评估。

关键词：沥青路面；表面特性；冷却效果

1 引言

近几年，随着我国城市建设的不断发展，许多城市的公路都已开始使用沥青。在60~70℃时，路面的辐射率为0.875，以传热知识为基础，可以得到610~686.7 W/m²，中国夏季时，太阳的直接辐射量为700~1000 W/m²，可见其辐射量有多大。

由于沥青路面具有较好的蓄热能力，因此其“环岛效应”日益突出，同时也使“热岛效应”对城市的气候产生了更大的影响。为了减轻沥青路在“热岛效应”下的作用，必须采取相应的措施来降低路面温度。上述现象表明，尽管采用被动措施来改善沥青混合料的使用性能和使用寿命，但仍属于被动技术手段，主动减少沥青路面的热量吸收与释放是其最优的方法。

2 研究内容

从光、热两个方面进行了研究，对其沥青路面进行研究，并对其进行了实验研究。根据以往的经验，建议采用室内实验来评估其冷却效果，并与户外实验相结合。主要研究项目：

(1)对制冷剂的制热机理进行了研究。

①从传热的基本原理出发，结合周围的环境因素，建立了沥青路面的热平衡理论；

②对沥青路面在实际工况下的热平衡状况进行了分析；

采用条件假定法，对影响室内温度的因素进行了显著程度的计算，并对各因子的影响进行了分析；

③介绍了其冷却方式，并分析了其冷却机制。

(2)对测试设备的设计和测试方法的确定。

①设备的设计原则 

②对测试的方法、仪器的使用进行了介绍；

③对实验数据进行分析的方法

(3)反射隔热材料的冷却作用

①采用标准测试，建立比较基准；

②对反光材料、表面处理浅色石料、复合保温材料进行降温试验；

③室内实验与户外试验相结合，对实验结果进行了确认。

（4)）根据自制的试验装置，在室内模拟了各种路面的组合，并对其加热、降温性能进行了试验，并给出了有益于道路冷却的结构组合。同时，也可作为一种可供选择的绿色、环保路面评价方法。

3 试验方案

结构组合试验计划：

1、室内模拟三层沥青路面，其结合形式如下：

组合一： AC-13, AC-16,AC-20

组合二： SMA—16、AC-16、AC-20

组合三：OGFC-13、AC-16、AC-20

2、模拟室内两层沥青路面，采用五种不同的混合方法进行实验。模拟了沥青路面的构造形式。

(1) AC-13+ AC-16型，大小30cmx30cmx5cm；

(2)两种规格的SMA-16+AC-16，大小分别为30cmx30cmx5cm；

(3)两种规格的OGFC-13+AC-16，大小分别为30cmx30cmx5cm；

(4)每一种尺寸为30厘米×30厘米的无沙混凝土；

(5)每一种尺寸为30厘米×30厘米的水泥混凝土。

3、室内降温试验的探讨

4、室外对比实验

4 热平衡基本原理

在进行沥青路面热平衡分析前，必须先掌握热传递理论。由于在一个物体达到热平衡时，它的热传递是必然的。热量交换是由物体间的温度差所产生的热量转移。一种或两种不同的介质，只要有温度的变化，就会有一个换热的过程。热传导、热对流和热辐射是其主要的传热方式。

电磁波的频谱范围很广，从10~16 pm的宇宙射线，到数公里的电磁波，但它的热辐射范围只有0.1~100微米，只占了电磁波谱的一小部分。

5 结果与分析

5.1降温技术机理分析

辐射强度分别为700、800、900 W/m²,温度为35°C,吸收和发射的频率均为90%, 在不同辐射强度的条件下，当放热系数增加，沥青路面平衡温度变化如图3.1所示。放热率为5.85,10.73，以14.72℃、18.77 W/m². C (0~3 m/s）为4个级别依次增加，制冷范围分别为19.72° C (700 W/m²）、22.39° C (800 W/m²）、24.88° C (900 W/m²）。因此，在同一外界条件下，当放热系数增加时，沥青路面的平衡温度会逐渐降低，当辐射强度增加时，其平衡温度会随之下降。

在现实道路上，由于自然条件的变化，如强度、温度、风速等，人类是不能改变的，因此，其平衡温度也会受到很大的影响。在相同工况下，沥青路面的平衡温度与其本身的性质有关，也就是吸收和辐射。从上述分析可知，若能降低吸收系数、降低发光率，则可降低地面温度的受热范围，降低路面的平均温度，因此，改变路面的性质，能有效地增大道路与路基间的辐射，降低道路的蓄热，减缓气温对道路的作用。目前，我国沥青路面冷却技术的研究主要有以下几个方面：①改变路面的表面性能；2）对路面结构进行改造；

5.2结构组合降温机理

经过大量的国内外研究和对道路病害的分析，得出了以中面层为最严重的病害类型，其原因是：在正午高温期，表层表层受到太阳直射，导致气温升高，并经热传导传递到中层。同时地表也会被地表的风所影响，因此会有一部分热量流失。而中层的热量虽然也会传给底层，但是它散发的热量与本身所吸收的热量有很大的差别，无法将热量扩散到周围，因此中层的温度是最高的。鉴于一般道路的这种缺陷，从复合式路面的角度出发，提出了一种新型的渗透性路面，它可以很好地解决这种不能直接与大气接触的问题。

最后，提出两种冷却技术方法，能够有效地增大路面辐射率、蒸发潜在的热量、路面与路基的交换热，减少路面的储热量，延迟缓解温度对路面的影响。

6 结论

本文从热传导理论出发，对热传导、热对流、热辐射三种不同的传热方法进行了研究，并从沥青路的光热环境出发，对其产生的环境效应进行了分析。

通过计算，得出了影响沥青路面热平衡温度的主要因素有：热释热系数、吸收率、辐射率、气候温度和太阳总辐射。在实际道路上，由于自然条件，如太阳辐射强度、气候温度、风速等，都是不可更改的。因此，在同样的自然环境下，沥青混合料的平衡温度与其本身特性有关，也就是吸收能力和辐射能力。通过减小吸收率和增加发光效率，可以有效地降低热平衡的温度。

参考文献(References)：

[1]景天然，严作人.水泥路面温度状况的研究,同济大学学报.1980(3).

[2]严作人.层状路面体系的温度场分析.同济大学学报,1984(3).

[3]黄飞云，李凌林.沥青路面高温温度场模拟分析,石油沥青.2009.10.

[4]孙立军等著•沥青路面结构行为理论.人民交通出版社,2005.11:65-66