热固性熟石灰粉末涂料对沥青路面降温的影响堇青石

热固性熟石灰粉末涂料对沥青路面降温的影响

刘继法、赖峰、闫伟

山东省泰安市公路规划设计院

长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室

摘要：为降低沥青路表面的温度，本文研制出热固性熟石灰粉末涂料。首先，以聚酯树脂和熟石灰为主要原料，制备出三种浅色系热固性熟石灰粉末涂料，并测试反射率；然后，通过降温、抗滑、耐磨和粘附等试验分析涂料颜色、撒布量对降温效果和路用性能的影响。结果表明：在400至2000nm波段内，聚酯浅灰色和聚酯浅橘色的反射率较高，可达到76％中国机械网okmao.com。随着撒布量增多，降温效果和粘附性增加，而抗滑和耐磨耗性能降低。再者，聚酯浅灰色比聚酯海灰色的降温幅度高44.45％，说明粉末涂料的降温效果与颜色有关。综合考虑降温效果和路用性能，最佳撒布量为100－150ｇ/㎡。

引言

热固性粉末涂层是指喷洒在热拌沥青路面上的一种热固性粉末，利用高温时沥青的粘附性和粉末涂料的固化反应，使粉末牢牢粘附在沥青混合料表面形成一种涂层。热固性粉末涂层具有以下优点：

（１）粉末涂料为固体粉末，不含任何溶剂，在制备、运输和施工过程中无挥发。

（２）浅色的热固性粉末反射率较高，可降低路面的温度，延缓车辙病害的产生。

（３）粉末涂料可机械化生产，储存稳定性好，易于运输，工序模块化程度高，提高生产效率。

（４）粉末涂料进入沥青路面的空隙，不影响路面的抗滑性能。

国外对粉末涂料的研究开始较早，1958年，流化床涂装热固性粉末工艺实验成功，从此粉末涂料具有了实用价值。1971年，荷兰ＳＣＡＤＯＢＶ公司研发了聚酯环氧混合型粉末涂料和TGIC粉末涂料。而我国粉末涂料的研究和生产使用起步较晚，1990年以来，我国的粉末涂料行业发展迅速。粉末涂料以其环保、色彩、坚固耐用等特点在家电外壳市场得到广泛应用。国内将热固性粉末应用于沥青路面热反射涂层的研究目前还处于探索阶段。Ｅｍｅｒｙ采用特定的工艺把熟石灰热压在热拌沥青混凝土表面，形成了一个灰色的沥青路面，这种路面显著提高了路表面的反照率，可有效降低路表温度，提高路面的抗车辙性能。Ｔｉｍｍ等试验证明了热压熟石灰的路表面在夏季高温季节可有效降低５℃。汤琨以树脂、二氧化钛、炭黑为主要原料制备热固性涂层，该涂层可使路面温度降低12.5℃。郑木莲等以环氧树脂、二氧化钛为原料制备热反射涂层，结果表明白色的热涂层室内降温极限可达18～25℃。

综上，撒在沥青路表面的熟石灰虽能降低路表面的温度，但抗磨耗性较差。且热固性熟石灰涂料的降温效果尚且未知。本文借助粘性较大的树脂材料将熟石灰涂敷于沥青路面表面，以提高涂层材料的抗磨耗性能；然后，以聚酯树脂、固化剂和颜料为主要原料制备不同颜色的热固性熟石灰粉末涂料，利用自制的热量辐射装置探讨不同颜色的热固性熟石灰粉末涂料的降温效果，并测试其路用性能。

涂料成份

1.1 聚酯树脂

热固性粉末涂料一般由树脂、固化剂、颜料和助剂等组成。树脂是热固性粉末涂料的主要成膜物质，是决定涂料性质和涂膜性能的主要成份。本文考虑树脂的性能、价格和适用性，选择聚酯树脂为主要原料，其技术指标如表１所示。聚酯树脂是由二元醇或二元酸或多元醇和多元酸缩聚而成的高分子化合物的总称。聚酯树脂在上粉率、耐候性、耐紫外眩光等性能上优越，且在施工性、贮藏稳定性和价格等方面都具有优势。低、中酸值（25～45mgKOH/ｇ）的聚酯树脂用异氰尿酸三缩水甘油酯（TGIC）做固化剂，制备出耐候性卓越的聚酯粉末涂料。

1.2 固化剂

热固性粉末涂料中的树脂，必须与固化剂发生交联反应才能形成不溶、不熔的三维网状高聚物。聚酯粉末涂料采用异氰尿酸三缩水甘油酯（TGIC）作为固化剂。TGIC可与低酸值的聚酯树脂配合制得耐候性优良的聚酯粉末涂料，此涂料具有优良的耐候性、力学性能、耐热性、耐化学药品性。

1.3 颜料

颜料的作用是为涂膜着色和提高涂层的反射率，填料的作用是为了改进涂膜的物理、机械性能和降低涂料成本。在本文中调配出三种颜色，其配方如表２所示。

反射率

本文采用紫外线可见近红外分光光度仪对三种颜色的反光率进行了测试，结果如图１所示。

由图１可知，聚酯浅灰色和聚酯浅橘色在可见光和近红外段反射率都很高，在400至2000nm波段内，聚酯浅灰色和聚酯浅橘色的反射率达到76％，聚酯海灰色的反射率达到70％。故聚酯浅灰色涂料和聚酯浅橘色涂料的反光率较高。

制备工艺

3.1 粉末涂料制备工艺

本实验采用熔融挤出法来制备粉末涂料，熔融挤出法实验室制备过程如下：

（１）预混合。使用圆筒混合机使树脂、颜料、助剂均匀混合。

（２）熔融挤出。混合物经受热熔融，利用高剪切力将固化剂、流平剂、颜填料等均匀地分散在树脂中，工具为双螺旋挤出机。

（３）粉碎。将挤压后的物料利用常温机械粉碎机破碎至涂料所需的粒径。

（４）筛选。筛选出试验所需的粒径。

3.2 热固性粉末涂层试件制备

沥青混合料车辙板在碾压后，利用0.075ｍｍ的标准筛将热固性粉末均匀地撒布在混合料表面，撒布温度应不低于105℃。待试件脱模后，用高压水枪冲刷混合料表面，检验粉末与沥青粘结的牢固程度。制备工艺流程可归纳为：（ａ）热压车辙板的制备；（ｂ）喷洒粉末涂料；（ｃ）冷却固化成膜；（ｄ）成型。具体过程如图２所示。将颜色为浅灰色、浅橘色和海灰色的涂料按照上述工艺涂敷在车辙板表面，得到的车辙板如图３所示。

降温效果

本实验采用自主开发的室内模拟辐射实验系统来测试涂料的降温效果。其中一组以未涂涂料的黑色车辙板作为标准试件，其余的涂三种不同颜色的热固性粉末，涂料的喷涂量为50ｇ/㎡、100ｇ/㎡、150ｇ/㎡、200ｇ/㎡，将试件放在装置中进行测试，对比涂敷不同颜色和涂量的试件与标准试件间的降温情况。实验结果如图４所示。

由图４知，随着撒布量的增加，粉末涂层降温幅度增大。当从50ｇ/㎡到100ｇ/㎡，降温幅度较大；从100ｇ/㎡到200ｇ/㎡降温幅度逐渐变小。因为撒布量较小时，涂层较薄，热辐射容易透过涂层；随着撒布量增大，涂层逐渐变厚，热辐射透过率减小；涂层厚度继续增大时，较厚的涂层会形成蓄积层，削弱了降温效果。而且当撒布量过大时，不仅降低其抗滑性能，还增大经济费用。故推荐撒布量为100ｇ/㎡－150ｇ/㎡。

从图４知，在相同撒布量下，降温幅度顺序为：聚酯浅灰色＞聚酯浅橘色＞聚酯海灰色。撒布量为200ｇ/㎡时，聚酯浅灰色和聚酯海灰色最大降温幅度分别为13℃和９℃，聚酯浅灰色比聚酯海灰色的降温幅度提高了44.45％，因为聚酯浅灰色的反射率略高于聚酯海灰色的。说明色系对降温有关系。

路用性能研究

5.1 抗滑性能

热固性粉末涂层会改变车辆轮胎与路面的接触状态，在本节中将探讨撒布量对路面抗滑性能的影响。利用摆式摩擦仪测试试件的BPN，实验结果如表３所示。

由表３可知，BPN随着撒布量的增大而降低，撒布量为200ｇ/㎡时，ＢＰＮ低于规范要求。这是因为涂层较厚时不仅降低了沥青路面表面的构造深度，而且形成一层光滑的树脂膜，故BPN降低。为减少涂层对路面防滑性能的影响，应采用适当的撒布量，不仅使抗滑性能满足规范要求（BPN＞45），而且降温性能也能满足路面降温要求。综合考虑抗滑性能和降温性能，推荐其最佳撒布量为100－150g/ｍ。

在配方方面，纯聚酯浅橘色的BPN最大，说明了加入桔皮剂后，可使得表面出现微观细纹理，改善抗滑性能。

5.2 磨耗试验

热固性粉末涂层会受到行车荷载的反复碾压，本文采用加速磨耗仪对热固性粉末涂层进行耐磨实验。实验结果如图５所示，磨耗前后的质量损失如表４所示。

由表４中数据可知，随着撒布量增大，其质量损失逐渐增大。这是因为当撒布量较小的时候，喷洒的粉末能够全部粘附在沥青混合料表面，很难被磨耗。当粉末撒布量逐渐增大，涂层不仅能够全部覆盖住沥青混合料表面，并且形成较厚的层膜。这种层膜抗磨耗能力有限，容易被磨耗。所以随着撒布量的增大，试件质量损失逐渐增大。除此之外，不同的配方对磨耗影响很小。

5.3 拉拔试验

沥青混合料的表面热固性粉末需要有较高的粘结强度，从而具有抵抗脱落的能力，本文采用拉拔实验测试材料粘附性能。实验结果如表３所示。

由表５可知，随着撒布量的增大，其拉拔强度也随着增大。撒布量从50ｇ/㎡到100ｇ/㎡，拉拔强度增幅增大；从150ｇ/㎡到200ｇ/㎡的时候，拉拔强度增幅减小，趋于不变。原因可能是当撒布量较小的时候，粉末没有完全覆盖沥青混合料表面，与沥青接触的表面积较小，所以拉拔强度随着撒布量的增大而逐渐增大。当达到150ｇ/㎡的时候，粉末涂料已经完全覆盖住沥青混合料表面，与沥青混合料的接触表面积达到最大，所以再增大撒布量，拉拔强度增幅趋于不变。综合表３～表５中数据可知，撒布量为100ｇ/㎡－150ｇ/㎡时，BPN和拉拔强度值都较大，且磨耗损失量适中，故热固性粉末涂料的推荐撒布量为100ｇ/㎡－150ｇ/㎡。在配方方面，不同的配方对BPN有一定的影响，对磨耗损失量和拉拔强度没有影响。

结论

为减少高温天气时车辙病害的产生，本文研制了不同颜色的涂敷式热固性熟石灰涂层材料。此类涂敷材料可提高沥青路面的反射率，降低路面吸收热量的效率。通过对涂敷式热固性熟石灰涂层的施工工艺、降温效果和路用性能等进行研究，得到的结论如下：

（１）根据聚酯树脂的固化特性，研发出实验室内热固性熟石灰涂层材料的制备工艺，即（ａ）热压车辙板的制备，（ｂ）喷洒粉末涂料，（ｃ）冷却固化成膜，（ｄ）成型。

（２）在热固性粉末涂层反射率和降温性能试验中，聚酯浅灰色粉末涂料的降温幅度为13℃，聚酯浅橘色粉末涂料的为12.5℃，聚酯海灰色粉末涂料的为９℃。聚酯浅灰色比聚酯海灰色的降温幅度提高了44.45％，说明色系对降温有一定的影响。

（３）在路用性能试验中，随着撒布量的增大，耐磨性能略微降低，粘附性能、拉拔强度随之提高。综合考虑降温性能和路用性能，在配方方面，不同的配方对BPN有一定的影响。综合降温效果和路用性能，推荐其最佳撒布量为100－150g/㎡。

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