缓解城市热岛效应的沥青路面太阳热反射涂层的机理研究及材料开发

沥青路面的蓄热特性加剧了城市夏季的"热岛效应"。本课题提出了在沥青层表面涂布热反射材料以降低沥青路面的吸热率，从而缓解城市热岛效应的新思路。通过对沥青路面太阳热反射涂层降温原理及涂层对大气环境影响分析，选择透明度高、太阳吸收率低的基质树脂、高反射率的颜料及功能性填料；采用FTIR、扫描电镜等微观分析手段对材料的各组成成分进行微观结构分析；采用非等温多个扫描速率的热分析动力学方法，利用差示扫描量热仪(DSC) 线性升温数据，根据Friedman 微分法和非线性回归得到太阳热反射涂层的反应机理，从而对材料的配方设计进行指导；通过宏观性能试验对材料配方进行设计与优化，开发出沥青路面的太阳热反射涂层；同时通过室内试验评价该材料在沥青路面使用中的降温效果及相关路用性能。拟开发出的太阳热反射涂层在夏季高温时可降低路面温度10～20℃，有效缓解城市热岛效应。

针对沥青路面夏季高温时引发热稳性病害并加剧城市热岛效应的问题，项目研制出一种反射率高、路用性能较好的不饱和聚酯热反射涂料，将其涂布于沥青路面，可降低路面温度10℃左右，从而有效改善沥青路面高温引发的负面问题。. 项目首先根据热传导方式，结合沥青路面所处光热环境，建立了沥青路面表面的热平衡方程。采用有限元软件CFX建立沥青路面和热反射路面温度场模型，分析了太阳热反射涂层的降温原理。以不饱和聚酯树脂作为基材，以TiO2、SiO2和中空微珠为主要功能填料，通过正交设计优化得到粘度适宜、光泽度低以及降温效果好的材料配方。添加不同彩色颜料配制成不饱和聚酯热反射材料（UPR），制备的材料反射率可达74.4%。同时，从微观结构层面阐释l了涂层降温是由于其在可见光及近红外区的高反射率以及在大气窗口的高辐射能力。对材料性能参数进行测试并提出了沥青路面热反射材料的技术要求。. 通过室内试验评价不同用量的涂层在密级配沥青混凝土（AC）、沥青玛蹄脂碎石（SMA）以及排水性沥青混凝土（OGFC）三种典型路面级配类型中的降温效果，确定最佳用量。将热反射涂层应用到沥青路面可称之为热反射涂层路面（以下简称UPRC 路面)。评价了URPC路面的耐磨性、耐温变性、渗水性以及涂层与沥青路面的粘附性，表明UPRC路面具有良好的路用性能。研究涂层在不同路面级配类型中的抗滑性，提出了针对不同级配类型应采取相应的防滑措施。. 研究热反射涂层的施工工艺并提出施工流程，进行试验路铺装并测试路面温度，表明在夏季晴天时，2cm处热反射涂层路面最大降温值近10℃。. 最后分析热反射涂层路面对城市热岛效应的影响。由于热反射涂层在可见光和近红外区有较强的反射能力，而大气在该波段的能量吸收较弱，因此反射的光谱能很大程度地透过大气，减少路面对大气的热辐射，缓解城市热岛效应。采用有限元分析软件CFX初步建立了沥青路面和UPRC路面与大气环境的温度场模型，从理论上论证了热反射涂层可缓解路面引发的“热岛效应”。