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，重慶 400064）

0 引言

隨著城市的建設速度加快，人口數量急劇增加，加劇了城市熱島效應等問題。緩解城市熱島效應，其中一種有效方式就是鋪設保水半柔性路面。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，能夠蒸發水分從而降低路面的溫度，形成了儲水降溫的良性循環。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這種路面，能夠有效地緩解熱島效應。

在20世紀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，重慶交通大學側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]。鄭曉衛對路面保水性能研究結果顯示，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，溫差持續為10～15℃，可持續24h 以上[4]。

1 磷酸鎂水泥砂漿配合比設計

1.1 原材料

磷酸鎂水泥（MPC）是由重燒氧化鎂、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。其材料性質均符合《公路瀝青路面施工技術規范》（JTGF40-2004）的技術要求。

2 磷酸鎂水泥砂漿配合比設計及優化

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計，不考慮各因素的交互作用。保水砂漿的性能評價指標為：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據見表1。

表1 磷酸鎂水泥砂漿試驗方案與性能評價數據

經過正交試驗及分析，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計要求，需要增大保水率。在下一步試驗中，加入保水劑以優化配合比。

表2 保水砂漿性能的目標值

加入10%和20%的硅藻土進行配合比優化試驗，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，待砂漿凝結硬化后，養護一定時間，即得到保水降溫半柔性路面。降溫試驗是通過室內加熱燈照射模擬太陽光輻射到瀝青路面產生高溫。試驗結果見圖1。由圖1可以看出，3 種路面在持續加熱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構和保水砂漿均能儲存水分，在高溫狀況下，能夠蒸發水分來降低路面的溫度。

圖1 保水砂漿性能的目標值

4 結語

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（蒸發面）溫度較高才能體現出降溫效果。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致冬天的溫度過低。保水半柔性路面宜用于路面的表面層。