灌注磷酸鎂水泥砂漿的保水半柔性路面降溫性能研究

邱虹雨

（重慶交通大學(xué)，重慶 400064）

0 引言

隨著城市的建設(shè)速度加快，人口數(shù)量急劇增加，加劇了城市熱島效應(yīng)等問題。緩解城市熱島效應(yīng)，其中一種有效方式就是鋪設(shè)保水半柔性路面。保水半柔性路面可以在降雨或者人工灑水時吸收和存儲水分，在陽光照射地表溫度升高時，能夠蒸發(fā)水分從而降低路面的溫度，形成了儲水降溫的良性循環(huán)。這種路面能夠減少高溫帶來的車轍等病害，延長路面的使用壽命，還能在下雨時吸收儲存雨水，減少行車帶來阻擋視線的水霧，若能在城市大量鋪設(shè)這種路面，能夠有效地緩解熱島效應(yīng)。

在20世紀(jì)50年代，法國率先開展了半柔性路面的研究，在機場跑道上鋪裝這種路面作為耐熱路面，申請了“Salviacim 施工法”的專利。英國在攤鋪后的開級配瀝青碎石路面空隙中灌入樹脂水泥砂漿[1]。日本科學(xué)家的研究證明，鋪裝了保水性路面的降溫效果可達到10℃。日本側(cè)重于研究配制保水砂漿的各種材料和灌漿的保水性路面。中國主要開展灌入式路面的研究，重慶交通大學(xué)側(cè)重于研究半柔性保水路面，主要研究保水砂漿的材料配合比，并對保水路面的性能進行測試[2]。鄭曉衛(wèi)對路面保水性能研究結(jié)果顯示，保水路面降溫效果較好，比普通瀝青路面溫度低8～10℃[3]。沈盼的研究結(jié)果顯示，保水路面的48h 保水率達到44.27%，對比了灌漿前后不同孔隙率母體瀝青混合料的降溫性能特征，溫差持續(xù)為10～15℃，可持續(xù)24h 以上[4]。

1 磷酸鎂水泥砂漿配合比設(shè)計

1.1 原材料

磷酸鎂水泥（MPC）是由重?zé)趸V、磷酸鹽、緩凝劑按一定比例配制而成；氧化鎂：高溫煅燒氧化鎂（MgO），顏色呈淡黃色，其表觀密度為3.25g/cm3，比表面積為230m2/kg；磷酸二氫氨：磷酸二氫銨（NH4H2PO4），白色細(xì)粒狀晶體，其純度≥99%，pH 值為4.0～4.5（50g/L，25℃）；緩凝劑：硼砂（Na2B4O7·10H2O），白色晶體，含量大于95%；保水劑：硅藻土，呈白色，吸水率可達347%，孔隙率為66%；試驗用水均為自來水。其材料性質(zhì)均符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTGF40-2004）的技術(shù)要求。

2 磷酸鎂水泥砂漿配合比設(shè)計及優(yōu)化

本文采用用水量、P/M 比和硼砂摻量三因素三水平摻量的正交試驗進行配合比設(shè)計，不考慮各因素的交互作用。保水砂漿的性能評價指標(biāo)為：48h 保水率、7d抗折強度和7d 抗壓強度。保水砂漿的試驗方案和性能評價數(shù)據(jù)見表1。

表1 磷酸鎂水泥砂漿試驗方案與性能評價數(shù)據(jù)

經(jīng)過正交試驗及分析，磷酸鎂水泥砂漿的最佳配合比：用水量為40%，P/M比為4，硼砂摻量為5%（不添加其他外加劑）。試驗所得的磷酸鎂水泥凈漿并不能完全滿足保水砂漿的設(shè)計要求，需要增大保水率。在下一步試驗中，加入保水劑以優(yōu)化配合比。

表2 保水砂漿性能的目標(biāo)值

加入10%和20%的硅藻土進行配合比優(yōu)化試驗，其余配合比不變，試驗表明保水砂漿的最佳配合比為：用水量為40%，P/M 比為4，硼砂摻量為5%，硅藻土摻量為20%，24h 保水率為35%，7 天抗折強度為0.55MPa 和抗壓強度為3.44MPa，滿足表2的性能要求。

3 保水降溫半柔性路面降溫性能

將試驗所得的保水砂漿灌入試驗所得的大孔隙基體瀝青混合料中，待砂漿凝結(jié)硬化后，養(yǎng)護一定時間，即得到保水降溫半柔性路面。降溫試驗是通過室內(nèi)加熱燈照射模擬太陽光輻射到瀝青路面產(chǎn)生高溫。試驗結(jié)果見圖1。由圖1可以看出，3 種路面在持續(xù)加熱4h 后，其中保水路面較AC 路面低12℃，OGFC 路面較AC路面低8℃。其中保水路面的降溫效果較為明顯，主要是因為大孔隙瀝青混凝土結(jié)構(gòu)和保水砂漿均能儲存水分，在高溫狀況下，能夠蒸發(fā)水分來降低路面的溫度。

圖1 保水砂漿性能的目標(biāo)值

4 結(jié)語

1、保水砂漿的配制材料為高溫煅燒氧化鎂、磷酸二氫銨、硼砂、硅藻土。根據(jù)配合比試驗，確定保水砂漿的配合比為用水量40%，P/M 比為4，硼砂摻量為5%，硅藻土摻量為20%。24h 保水率為35%，7 天抗折強度為0.55MPa 和抗壓強度為3.44MPa，能夠滿足保水砂漿的設(shè)計要求。

2、保水降溫路面在照射4h 的降溫效果在12℃左右，大孔隙瀝青混凝土路面的降溫效果在8℃左右。

3、保水半柔性路面為一種被動降溫方式，只有在表面（蒸發(fā)面）溫度較高才能體現(xiàn)出降溫效果。保水半柔性路面在夏季才會有顯著的降溫效果，同時也初步表明了保水半柔性路面不會導(dǎo)致冬天的溫度過低。保水半柔性路面宜用于路面的表面層。