高速公路沥青混凝土路面热反射涂层施工技术.pdf

总656期2023年第26期（9月 中）收稿日期：2023-03-13作者简介：李永亮（1985），男，工程师，从事高速公路施工监理工作。高速公路沥青混凝土路面热反射涂层施工技术李永亮（江西省嘉和工程咨询监理有限公司，江西 南昌 330000）摘要：为探索沥青混凝土热反射路面施工控制要点及应用效果，以某新建高速公路沥青路面为例，通过室内试验确定热反射涂层材料及抗磨石料用量，按照试验参数展开涂覆施工，并对施工后沥青混凝土路面降温效果、渗水性能、抗滑性等进行检测与评价。结果表明，热反射路面比普通沥青路面具有更好的降温效果和抗滑性能；热反射涂层涂敷后的沥青路面排水性能有所下降，但仍满足规范要求。关键词：高速公路；沥青混凝土路面；热反射涂层；涂覆施工中图分类号：U416.2文献标识码：B0 引言沥青路面属于柔性结构，模量比水泥路面小，行车舒适性好，在碾压结束冷却 120 min 后即可开放交通，而水泥路面必须持续养护28 d才能通车；沥青路面出现病害后修补也较容易，故在我国高速公路工程中应用广泛。但沥青属于感温性材料，温度升高后黏度会持续下降，在行车荷载反复作用后会出现更为严重的病害，影响路用性能。将热反射涂层涂覆于沥青混凝土路面后会形成热反射路面，当前有关热反射路面的研究主要集中在热反射材料研制、路用性能评价、降温效果检测等方面，实践经验总结较为欠缺，涂层也多采用人工方式涂覆，铺筑不均匀，工效低。基于此，以某新建高速公路段为例，对热反射涂层性能展开室内试验，在确定出主要施工参数取值的基础上进行了试验段热反射涂层涂覆施工及降温性能、防渗性能的检测，以期为沥青混凝土路面养护施工提供参考。1 工程概况某高速公路为新建路段，路面状况良好且未开放交通，以该公路K51+000K51+500段单向双车道为试验路段，路幅宽7.5 m，路面结构为4 cm厚PAC-13沥青混凝土表面层、8 cm 厚 AC-20C 密级配改性沥青下面层、8 cm厚ATB-25密级配沥青碎石上基层、18 cm厚水稳碎石中基层、16 cm厚水稳碎石下基层、20 cm厚级配碎石底基层。该公路段位于南方高温地区，夏季最高温度达到39.2，为防止运营期间沥青混凝土路面因气温过高而黏度下降，在反复行车荷载作用后出现车辙病害，决定对试验段试铺热反射涂层。2 热反射涂层性能试验2.1 集料及填料性能测试沥青混凝土路面热反射涂层主要包括基体、填料、热反射颜料等部分，可提升对太阳总辐射量的反射程度，并能抑制铺装层内蓄热量，降低对该部分辐射能量的吸收，还能将所吸收的部分辐射反射至外部空间，达到降低物体表面和内部温度的效果1。普通沥青混凝土路面对太阳辐射的反射率仅为 10%，意味着有 90%的辐射能量会被沥青路面吸收。而在沥青混凝土路面涂刷热反射涂层后，能将反射率提升至40%左右，有效降低路面温度。通过室内降温试验展开热反射涂层性能分析。采用70#基质沥青展开沥青混合料制备，该沥青25 针入度为70.8（0.1mm），软化点为58.3，黏度为3.1 Pas，全部满足 公路沥青路面施工技术规范（JTG F402017）。以石灰岩为粗细集料，并以石灰石矿粉为填料，两者的性能测试结果见表1。根据表中结果，所采用的集料和填料性能完全符合规范要求。使用沥青混合料制备长300 mm、宽300 mm、厚50 mm的车辙板试件，在试件上涂覆不同颜色的热反射材料涂层；全部放置于辐射模拟环境内3 h，此后通过手持红外测温仪展开温度测试。76交通世界TRANSPOWORLD表1 集料及填料性能测试结果材料粗集料细集料填料性能指标表观密度/（g/cm3）针片状含量（%）压碎值（%）洛杉矶磨耗值（%）软石含量（%）表观密度/（g/cm3）砂当量（%）坚固性（%）表观密度/（g/cm3）含水量（%）亲水系数塑性指数（%）粒度范围/mm0.60.150.075实测值2.7597.921.021.30.12.68779.61.52.8510.560.612.521009187规范值2.61525261.02.565122.51.01.04.01009010075100本次试验采用 AC-13级配类型，所确定的合成级配详见表2。表2 AC-13混合料级配下列筛孔（mm）通过质量百分率（%）0.0755.30.1511.40.312.30.616.01.1820.42.3624.54.7531.29.574.513.298.3161002.2 热反射涂层制备此次试验采用一种道路专用热反射涂料，该材料为双组分结构，A、B组分分别为固体引发剂和黏稠状液体。两组分的混合料具备较好的柔韧性、抗压性和黏结性，能使抗磨石材料与原沥青路面牢固黏结。该热反射涂料成分主要为丙烯酸树脂，自然状态下呈液态，黏度在（450150）MPas，比重为0.90.1，pH值为79。此外，使用氧化铁红和德国产润湿分散剂作为无机着色填料，以提升沥青路面热反射涂层对反射能的润湿分散效果2。以天然矿石或经过高温煅烧的陶瓷颗粒作为抗磨防滑石料，并保证颗粒物干燥洁净，粒径范围控制在0.51.0 mm，表面比重控制在 2.252.70，吸水率低于2.0%，磨耗损失率低于20%。按照室内试验所确定出的级配与组分，进行各组分材料的准确称量，搅拌均匀后，完成沥青热反射涂层材料制备，并将其均匀涂刷于车辙板试件表面，依次编号。此后通过碘钨灯持续照射3 h后检测温度。根据表3中检测结果，所制备的沥青热反射涂层材料在降低沥青路面温度方面效果显著，可在工程中展开应用。表3 车辙板温度测试结果照射时长/min试件内部温度/热反射涂层表面温度/温度降低值/3035.631.24.46045.335.49.99049.239.110.112051.140.310.815054.342.511.818057.444.812.63 施工要求及工艺3.1 施工要求3.1.1 原沥青路面的要求热反射涂层能对沥青混凝土路面起到降温、封闭微裂缝、防水、改善外观等作用，但无法作为承重性结构层使用。故在热反射涂层施工前必须确保路面质量。首先，原沥青路面必须具备足够的刚度和强度，在反复行车荷载作用下，不产生残余变形、剪切变形及弯拉破坏。其次，原沥青路面还应具备整体稳定性，且平整清洁，以保证热反射涂层能较好渗透、黏结。3.1.2 环境温度的要求热反射涂层材料为双组分形式，其中B组分具备强挥发性，若施工期间环境温度过高，必然加速挥发和凝固，而温度过低，则不利于材料成分的充分反应，影响热反射涂层性能。结合类似工程施工经验，沥青路面热反射涂层施工时环境温度应位于1025，路面温度位于1035，并应避开降雨、大风天气。3.1.3 施工设备及人员的要求沥青路面热反射涂层施工可采用专用设备喷洒和人工涂刷两种方式。前者适用于排水性路面及大面积铺装，后者则适用于密级配及小面积铺装。所涉及的专用设备包括螺旋搅拌机、鼓风机、涂料涂布设备、石料撒布设备、胶带及扫帚等，分别用于搅拌涂料、吹除路面松散集料及灰尘、喷涂热反射涂料、撒布防滑石料、粘贴标线及清扫路面等方面。热反射涂层施工必须配备一支由负责人、清扫人员、喷涂人员、路面标线粘贴人员、检测人员等组成的专业施工队伍。施工期间，由喷涂操作人员撒布路面热反射涂层及防滑石料，并控制撒布量。3.1.4 交通管制的要求沥青混凝土路面热反射涂层施工工期短，施工期间必须封闭交通，且涂覆完成的热反射涂层必须养护3060 min，养护期间禁止车辆及行人通行，以保证涂层彻底硬化。对于交通量较大的路段，应采取单向放行管制措施，严格控制单向行车数量，避免在施工区段发生会车。77总656期2023年第26期（9月 中）3.2 施工工艺在施工开始前，由负责人与交通管理部门联系，对拟涂覆热反射涂层的施工段落实行交通管制，并张贴醒目的交通标志。新建沥青路面表层沥青膜对热反射涂层黏结性能存在不利影响，必须彻底清扫原路面；对于旧沥青路面只需彻底清理油脂等污渍，并对影响路面结构强度的病害加以处治。待旧路面病害处治结束并达到一定强度后，通过高压气流鼓风机从里向外吹除路面松动颗粒及尘土、杂物，使用定制胶带黏封路面标线，避免在热反射涂层施工中遭到污染。在处治和清扫路面的同时，准备热反射涂层施工机械，搅拌并制备好热反射涂层材料后展开涂覆。涂层硬化时间主要与环境温度有关，必须根据施工当时的环境温度准确把握硬化剂添加量，以便将硬化时间控制在1020 min。按照室内试验所确定出的0.4 kg/m2的用量展开首层热反射涂层的涂覆，并根据工程规模选择机械喷涂或人工滚涂方式。待首层反射涂层涂覆结束后按照0.5 kg/m2的用量撒布首层防滑石料。撒布完成后按照夏季30 min、冬季60 min的时长养生。待首层热反射涂层硬化且防滑石料固定后，采用相同方式涂覆第二层热反射涂层并撒布第二层防滑石料。热反射涂层涂覆量和防滑石料撒布量分别为0.4 kg/m2和0.2 kg/m2。此后按照与首层热反射涂层相同的时间展开养护，待达到设计强度后撤除养生塑料膜，并开放交通。4 应用效果评价4.1 降温效果为全面了解热反射涂层降温效果，分别在普通沥青路面和热反射沥青路面布设自动温度传感器，展开全天候温度变动趋势的监测。以天气晴朗、环境温度较高的 2021年 9月 8日 18时至2021年9月9日18时为测试时间，白天和夜间最高气温分别达到36 和23，风速均值为1.4 m/s。根据所取得的测试结果，普通沥青混凝土路面温度明显高出加铺热反射涂层的沥青路面，且最大温度差出现在环境温度最高、太阳辐射最强烈的12:0015:00，两者温度差最大达到10；夜间两者温度差仅为12。以阴天为主的2021年9月11日18时至2021年9月12日18时为测试时间，在此期间白天和夜间最高气温为30 和22，风速为1.5 m/s。根据测试结果，阴天因太阳辐射小，普通沥青混凝土路面和涂覆热反射涂层的沥青路面温度均不高；在太阳辐射最强烈的12:0015:00，两段路面温度差最大仅为3；夜间两者几乎无温差。4.2 渗水效果热反射涂层对于AC路面的封水效果较好，根据室内试验所得到的涂层材料用量和渗水量的关系（见表4），随着涂层厚度的增大，沥青混凝土路面渗水量呈下降趋势3。根据公路沥青路面设计规范（JTG D502017），开级配沥青混合料渗水量应达到900 mL/15 s以上，为保证路面渗水性能，热反射涂层涂覆量应控制在0.9 kg/m2以内。但用量过少会影响降温效果，出于两方面的综合考虑，最终将该高速公路沥青混凝土路面热反射涂层涂覆量确定为0.9 kg/m2。表4 涂层材料用量和渗水量涂层材料用量/（kg/m2）渗水量/（mL/15 s）01 4920.51 4230.71 1840.99201.25211.4410施工后对沥青混凝土路面渗水性能展开检测，为降低测试误差，在试验段按照70 m的间隔共选取7处实测点，展开热反射涂层涂覆施工前后渗水量测试。结果见表5。根据测试结果，涂覆热反射涂层后的沥青混凝土路面排水性能有所降低，但均在900 mL/15 s的规范值以上，符合要求。表5 施工前后渗水量比较单位：mL/15 s测点施工前施工后1#1 3801 0222#1 3491 0173#1 3641 0184#1 3589975#1 3591 0136#1 3621 0027#1 3611 0404.3 抗滑性沥青混凝土路面涂覆热反射涂层后，路面特性会发生改变。为展开抗滑性能评价，采用摆式摩擦仪对涂覆施工前后的路面抗滑摆值展开测试。根据结果，因在热反射涂层涂覆施工期间撒布了防滑石料，涂覆后的路面抗滑摆值明显增大，路面抗滑性能显著提升；但是抗滑摆值随时间的推移呈下降趋势，这一点虽未在路面抗滑摆值测试结果中得到体现，但受到工后长期运行监测结果的佐证。所以，沥青混凝土路面涂覆热反射涂层后的长期抗滑性能仍有待深入研究。5 结束语综上，对于高温地区的沥青混凝土路面而言，因沥青材料软化、性能衰减，在反复行车荷载作用下必将出现严重车辙病害，而在沥青混凝土路面表层涂覆热反射涂层后，能将大部分太阳辐射反射出路面结构，显著降低沥青路面温度，晴天和阴天沥青混凝土路表温度可分别降低810 和3。通过合理确定热反射涂层材料用量及涂覆厚度，施工后对沥青混凝土路面渗水性能的影响较小；而涂覆期间因撒布了防滑石料，沥青路面抗滑性能比施工前大幅提升。（下转第81页）78交通世界TRANSPOWORLD体，再由压路机按4.0 km/h以内的速度振压，横向接头处应重叠0.4 m以上宽度；最后静压1遍收光。试验结果见表2。表2 碾压机械组合工况的试验数据机械组合工况工况1工况2工况3工况4工况5工况6碾压工艺32 t压路机静压1遍+弱振1遍+强振1遍+静压1遍32 t压路机静压1遍+弱振1遍+强振2遍+静压1遍32 t压路机静压1遍+弱振1遍+强振3遍+静压1遍32 t压路机静压1遍+弱振1遍+强振4遍+静压1遍32 t压路机静压1遍+弱振1遍+强振5遍+静压1遍32 t压路机静压1遍+弱振1遍+强振6遍+静压1遍检测位置地表以下20 m地表以下40 m地表以下60 m地表以下20 m地表以下40 m地表以下60 m地表以下20 m地表以下40 m地表以下60 m地表以下20 m地表以下40 m地表以下60 m地表以下20 m地表以下40 m地表以下60 m地表以下20 m地表以下40 m地表以下60 m土体重量/kg4.7324.4424.8615.0864.8484.4104.9274.6454.8515.2874.6874.6455.1424.9704.5644.9414.6695.056砂重/kg3.3273.1743.5233.4893.4093.1253.4023.2283.4103.5643.1783.2193.4973.3863.1493.3493.1873.495干密度/（g/cm3）1.6681.6371.6221.6901.6671.6581.7181.6981.9891.7431.7301.7161.7381.7271.7201.7281.7261.721压实度实测值（%）97.595.894.998.997.696.8100.599.498.8101.8101.2100.4101.5101.1100.5101.1100.8100.7压实度均值（%）96.197.899.6101.2101.1100.7根据上表中试验结果得出：碾压遍数相同的不同层位，随着碾压遍数的增多，压实度呈增大趋势，但增幅递减；黏性土路基松铺厚度取60 cm时，工况1下压实度均值即可达到94区以上，工况2下压实度达到 96 区以上。地表以下 20 m 和地表以下 40 m 的层位压实度随碾压遍数的增多而先升后降，且地表以下 20 m层位压实度降低趋势更为明显；地表以下60 m层位压实度先升后降并逐渐趋于稳定。分析原因可知，当YZ30型大激振力压路机强振遍数过多时，会引起表层土料松动，引发过振现象，压实度反而下降，而对地表以下距离振源越远的层位，影响程度会减弱。综合试验结果，该黏性土填筑路基改良工程最终采用工况3碾压方案，即32 t大激振力压路机静压1遍+弱振1遍+强振3遍+静压1遍的碾压组合。4 结束语综上所述，对于黏性土填筑路基改良施工而言，大激振力压路机因功率大、激振力大、有效压实深度也更大，故压实效果明显好于普通压路机；在60 cm以下的松铺厚度下大激振力压路机压实效果比其他松铺厚度压实效果好，但应避免过振施工，防止实际压实度超百。该试验段黏性土路基填筑层按照“32 t大激振力压路机静压1遍+弱振1遍+强振3遍+静压1遍”的碾压组合施工，并将施工机械行驶速度控制在2.04.0 km/h，平均压实度可达99.6%，压实效果良好，试验段施工方案也可在其余路段得到推广应用。参考文献：1 王健.粘性土路基填方压实机理及施工技术研究J.辽宁省交通高等专科学校学报，2022，24（5）：10-14.2 吉跃峰.公路粘性土路基填方压实技术研究J.公路交通科技（应用技术版），2020，16（4）：120-122.3 杨阳.强夯法加固无粘性土路基有效加固深度的研究J.低温建筑技术，2019，41（1）：105-108.（上接第78页）参考文献：1 王珠.公路沥青路面热反射涂层技术分析J.运输经理世界，2022（21）：10-12.2 何岩，苏洪建，易勇，等.基于主动降温的路用热反射涂层发展综述J.江西建材，2022（6）：23-25.3 张韶华，蒋应军，王华涛.路用热反射涂层工艺性能与施工工艺研究J.黑龙江交通科技，2022，45（4）：1-4，7.81