試論路用降溫涂層最佳涂抹量的確定方法
0 引 言
路用降溫涂層由于涂抹量不當容易導致降溫涂層粘結(jié)性能差、抗沖擊性能不良和硬度不佳等問題，不但會影響路用降溫涂層的使用性能、縮短降溫涂層的使用壽命，對降溫涂層的降溫效果也會產(chǎn)生直接影響[12]。目前，相關研究主要通過路用降溫涂層的降溫性能來確定其涂抹量，或借助美國ASTM相關規(guī)范對比分析國內(nèi)外施工條件和氣候環(huán)境，確定路用降溫涂層施工涂抹量[36]。但以上研究均忽略了路用降溫涂層涂抹量與其基本性能之間的關系，因此，亟需提出完備的路用降溫涂層最佳涂抹量確定方法，為路用降溫涂層的工程應用提供參考數(shù)據(jù)。
本文采用優(yōu)選的路用降溫涂層原材料，制備兩種路用降溫涂層材料，借助路用降溫涂層粘結(jié)性能試驗、抗沖擊性能試驗、干燥時間和硬度試驗等，系統(tǒng)地研究路用降溫涂層各項基本性能隨涂抹量的變化規(guī)律，確定路用降溫涂層的最佳涂抹量，全面評價路用降溫涂層在最佳涂抹量下的降溫效果，為后續(xù)路用降溫涂層的研究奠定基礎。
1 路用降溫涂層材料優(yōu)選及制備
1.1 路用降溫涂層原材料及配方設計
采用優(yōu)選的路用降溫涂層原材料，設計不同路用降溫涂層配方。具體試驗方案如表1所示。其中，選取環(huán)氧樹脂為涂層粘結(jié)原材料，采用聚酰胺樹脂進行環(huán)氧樹脂固化，環(huán)氧樹脂與聚酰胺樹脂的比例為3∶2;HTM和JTM為主要的降溫功能性材料;選擇氧化鐵作為主要的降溫輔助性材料;選定陶土為路用降溫涂層著色材料;選用工業(yè)乙醇作為助劑，助劑的最佳摻量定為20%。
1.2 路用降溫涂層的制備
首先，稱取適當數(shù)量的樹脂粘結(jié)材料及助劑加注到攪拌機內(nèi)，低速攪拌均勻;其次，在混合物中分次添加預先稱量并混合均勻的降溫功能性材料及著色材料，低速攪拌5～10 min，然后逐漸調(diào)高攪拌速度，保持至攪拌均勻;再次，調(diào)低轉(zhuǎn)速，分次添加輔助降溫材料，防止攪拌速度過快使輔助降溫材料的內(nèi)部結(jié)構破壞;攪拌均勻后即可得到路用降溫涂層材料。該路用降溫涂層的粘結(jié)性能、干燥時間、抗沖擊性以及涂膜硬度等基本性能均能滿足規(guī)范要求。
2 基于基本性能的路用降溫涂層最佳涂抹量研究
2.1 涂抹量對路用降溫涂層粘結(jié)性能的影響
采用粘結(jié)性能試驗研究涂抹量對路用降溫涂層粘結(jié)性能的影響，以確定路用降溫涂層的最優(yōu)涂抹量。試件破壞狀況見圖1，試驗結(jié)果見表2。（表2略）
由表2分析可知，兩種路用降溫涂層的粘結(jié)強度隨涂抹量的增加逐漸增大，涂抹量從0.6 kg·m-2升至0.8 kg·m-2時，粘結(jié)強度增長幅度較大;但當涂抹量大于0.8 kg·m-2后，增長幅度變緩。兩種路用降溫涂層在相同涂抹量下，粘結(jié)強度相差不大，這表明路用降溫涂層粘結(jié)性能受到降溫功能材料類型的影響較小。根據(jù)路用降溫涂層粘結(jié)強度隨涂抹量的變化規(guī)律，將路用降溫涂層涂抹量初選為08～10 kg·m-2。
2.2 涂抹量對路用降溫涂層抗沖擊性能的影響
參照規(guī)范《環(huán)氧樹脂地面涂層材料》(JC/T 1015—2006)，采用抗沖擊性試驗評價當路用降溫涂層受到輪胎沖擊力以及重物撞擊等瞬時荷載時表面的強度及抗變形能力[7]。采用500 g鋼球，在位于涂層上方1 m處自由下落，對受到?jīng)_擊后的涂層表面狀況進行觀測，評價其抗沖擊性能?？箾_擊試驗結(jié)果見表3，試驗情況見圖2。
由表3可以得出，當涂抹量達到08 kg·m-2時，經(jīng)過500 g鋼球從高1 m的位置自由落體的沖擊后，兩種路用降溫涂層表面狀況良好，3個不同沖擊位置基本可以保持無裂紋、無剝落;當涂抹量達到10 kg·m-2時，降溫涂層出現(xiàn)較小范圍的輕微裂紋，但無明顯剝落。這表明當涂抹量為08 kg·m-2時，兩種降溫涂層抗沖擊性能良好;當涂抹量從08 kg·m-2增加到10 kg·m-2時，兩種路用降溫涂層抗沖擊性能有所降低，但仍然能滿足規(guī)范要求。綜合考慮降溫涂層抗沖擊性和經(jīng)濟性，將路用降溫涂層涂抹量初選為06～08 kg·m-2。
2.3 涂抹量對路用降溫涂層干燥時間的影響
參照規(guī)范《環(huán)氧樹脂地面涂層材料》(JC/T 1015—2006)，對路用降溫涂層進行干燥時間測試，確定滿足施工中道路開放交通時間的最佳涂抹量。表干時間、實干時間隨涂抹量的變化規(guī)律如圖3所示。（圖3略）
路用降溫涂層涂抹量對表干時間及實干時間的影響規(guī)律
由圖3分析可知，路用降溫涂層的表干時間隨涂層單位涂抹量的增加變化不大，單位涂抹量從06 kg·m-2增加到08 kg·m-2，兩種路用降溫涂層的表干時間最多增加了05 h;單位涂抹量從08 kg·m-2增加到10 kg·m-2，兩種路用降溫涂層的表干時間也同樣最多增加了05 h，這表明路用降溫涂層表干時間受單位涂抹量的影響較小。實干時間受單位涂抹量的影響較大，當單位涂抹量從06 kg·m-2增加到10 kg·m-2，兩種路用降溫涂層的實干時間最多增加了2 h，這說明隨著單位涂抹量的增大，實干時間逐漸變長。綜合考慮路用降溫涂層合理干燥時間及經(jīng)濟性，路用降溫涂層涂抹量初選為06～08 kg·m-2。
2.4 涂抹量對路用降溫涂層硬度的影響
參照規(guī)范《環(huán)氧樹脂地面涂層材料》(JC/T 1015—2006)，采用鉛筆硬度法對路用降溫涂層的硬度進行測試，評價路用降溫涂層表面的抗變形能力[8]。硬度試驗情況見圖4，試驗結(jié)果見圖5。
由圖5分析可知，兩種路用降溫涂層材料的硬度均滿足標準要求(≥3 H);兩種路用降溫涂層的硬度隨著涂層涂抹量的增加有所增加，當涂抹量大于08 kg·m-2時，涂層硬度趨于穩(wěn)定;其中，JTM降溫涂層可以達到6 H的硬度，HTM降溫涂層可達到5 H，均高于標準的要求，這表明兩種降溫涂層的硬度良好。綜合考慮涂層硬度及經(jīng)濟性，路用降溫涂層涂抹量初選為06～08 kg·m-2。
3 路用降溫涂層最佳涂抹量優(yōu)選
通過對路用降溫涂層粘結(jié)性能、抗沖擊性能、干燥時間和硬度的研究，全面分析路用降溫涂層基本性能隨涂抹量的變化規(guī)律，確定出路用降溫涂層的最佳涂抹量，如表4、圖6所示。（表4、圖6略）
4 基于最佳涂抹量的路用降溫涂層降溫性能研究
根據(jù)《瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》(JTG E20—2011)，采用AC13級配制備普通車轍板試件，分別在上、中、下部埋設溫度傳感器(平面位置位于車轍板中心處)，在車轍板表面涂刷路用降溫涂層[7]。在室外環(huán)境條件下，于車轍板底部鋪一層粉土，四周用粘土包圍，起到良好的隔熱作用，保證車轍板底部及四周傳熱不影響車轍板溫度變化，模擬真實路面布置，選擇10：00～ 15：00為測試時間，每隔半小時讀取表面、中部、下部溫度，整理匯總數(shù)據(jù)，用以評價路用降溫涂層降溫性能[8]。兩種路用降溫涂層在最佳涂抹量下的最大降溫效果如圖7所示。（圖7略）
路用降溫涂層最大降溫幅度
通過對圖7的分析得知，HTM降溫涂層和JTM降溫涂層在最佳涂抹量下的最大降溫幅度均在47 ℃以上，其中HTM降溫涂層的降溫幅度在5 ℃以上，在涂刷降溫涂層試件的表面位置、中部位置和下部位置，最大降溫幅度相差不大，表明不同測溫位置對路用降溫涂層降溫效果影響不大，路用降溫涂層在最佳涂抹量下具有很好的降溫效果。
5 結(jié) 語
(1) 兩種路用降溫涂層粘結(jié)強度隨涂抹量的增加逐漸增大，涂抹量從06 kg·m-2升至08 kg·m-2時，增長幅度較大;涂抹量大于08 kg·m-2后，增長幅度變緩。
(2) 涂抹量在06～08 kg·m-2時，兩種路用降溫涂層抗沖擊性能良好;涂抹量從08 kg·m-2增加到10 kg·m-2時，兩種路用降溫涂層抗沖擊性能有所降低，但仍然滿足規(guī)范的要求。
(3) 兩種路用降溫涂層的表干時間隨涂層單位涂抹量的增加變化不大，實干時間受單位涂抹量的影響較大。
(4) 兩種路用降溫涂層硬度隨著涂層涂抹量的增加而增大，當涂抹量大于08 kg·m-2時，涂層硬度趨于穩(wěn)定。
(5) 基于粘結(jié)性能、抗沖擊性、干燥時間和硬度試驗，并結(jié)合降溫涂層的經(jīng)濟性，將路用降溫涂層的最佳涂抹量確定為08 kg·m-2。
(6) HTM降溫涂層和JTM降溫涂層在最佳涂抹量下的最大降溫幅度均在47 ℃以上。
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