一种涂层降温效果评价方法技术

本发明专利技术涉及一种涂层降温效果评价方法，所述的方法包括如下步骤，对工作环境参数进行设计，包括空气温度、湿度和风速的设计、等效辐射时间的设计、辐射强度的设计以及平行光的设计；道路模拟结构的制备，包括沥青路面模拟结构，在沥青路面模拟结构的不同深度位置的布设温度数据采集装置，采用未铺设遮热涂层的沥青路面模拟结构以及铺设遮热涂层的沥青路面模拟结构作为参照组和试验组进行平行试验；本发明专利技术填补了路用遮热涂层装置在青藏地区应用的技术难题，考虑了环境条件对遮热涂层评价效果的影响，包括温度、湿度、风速、辐射强度、辐射时间，同时能够分析不同影响因素作用对涂层降温效果的影响，理论充足，严谨可靠。

A Method for Evaluating the Cooling Effect of Coatings

The present invention relates to a method for evaluating the cooling effect of coatings. The method includes the following steps: designing the working environment parameters, including the design of air temperature, humidity and wind speed, the design of equivalent radiation time, the design of radiation intensity and the design of parallel light; preparing the road simulation structure, including the asphalt pavement simulation structure, and not in the asphalt pavement simulation structure. A temperature data acquisition device is arranged at the same depth, the asphalt pavement simulation structure without thermal shielding coating and the asphalt pavement simulation structure with thermal shielding coating are used as the reference group and the test group to carry out parallel tests; the present invention fills in the technical difficulties of the application of thermal shielding coating device for road in Qinghai-Tibet region, and considers the influence of environmental conditions on the evaluation effect of thermal shielding coating. It includes temperature, humidity, wind speed, radiation intensity and radiation time. It can also analyze the effect of different factors on the cooling effect of the coating. The theory is sufficient and rigorous.

【技术实现步骤摘要】
一种涂层降温效果评价方法
本专利技术属于道路工程
，尤其是涉及一种涂层降温效果评价方法。
技术介绍
沥青路面具有行车舒适度高、开放交通较早、容易维修养护等优点，广泛用于中等以及高等级公路中，但其颜色较黑，对太阳光辐射吸收率超过90％，从而导致沥青路面温度升高。特别是在青藏地区，其太阳辐射年总量高达7000-9000MJ.m-2，比同纬度的东部地区高出2000-3000MJ.m-2，如此大的辐射量使沥青路面吸收大量热量并向路基传递。但是青藏地区的沥青路面修筑在大面积的多年冻土之上，积聚在沥青路面内部的热量向下传递进而导致下伏冻土发生热稳定性破坏并加重了冻土融化问题。目前，为了缓解青藏地区冻融问题，国内外学者主要通过埋设通风传热管道、铺设保温层等措施维持路基的低温状态，但这些措施造价非常高且适用性差。另外，部分学者通过改变沥青路面的孔隙率来抑制热量传递，但采用大孔隙沥青混合料在夏季高温季节会带来严重的车辙问题。以上措施都没有考虑到黑色沥青路面本身对于太阳辐射的强吸收作用，在夏季不能从根本上抑制热量进入道路内部。为了应对由夏季太阳高强度辐射作用以及城市热岛效应引起的沥青路面车辙问题，遮热涂层在城市环境中应运而生，起到了较好的降温性能，而遮热涂层在青藏地区的应用研究鲜有报道。因此，研发一种适合于青藏地区沥青路面的遮热涂层方法，对于缓解冻土融化问题意义重大。当今国内路面遮热涂层的降温效果评价方法大多忽略了空气温度、湿度、风速、辐射强度、辐射时间等环境条件对试验结果的影响，只考虑升温阶段涂层的降温效果，并没有考虑到温度稳定阶段以及降温阶段涂层的降温效果，且只考虑涂层在沥青路面模拟结构表面的降温效果，并没有涉及到涂层对沥青路面模拟结构内部温度场的影响。当今的试验方法数据不准确不全面，费时费力，效率不高。而青藏地区环境条件和平原地区差异很大，针对青藏地区的环境特点，考虑环境因素对遮热涂层降温效果的影响非常有必要，且深入研究涂层对沥青路面内部温度场的影响对研究青藏地区冻融问题意义重大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种涂层降温效果评价方法，能够用于青藏地区遮热涂层降温效果的评价。本专利技术的技术方案是：一种涂层降温效果评价方法，所述的方法包括如下步骤：(1)对工作环境参数进行设计，包括空气温度、湿度和风速的设计、等效辐射时间的设计、辐射强度的设计以及平行光的设计；(2)道路模拟结构的制备，包括沥青路面模拟结构，在沥青路面模拟结构的不同深度位置的布设温度数据采集装置，采用未铺设遮热涂层的沥青路面模拟结构以及铺设遮热涂层的沥青路面模拟结构作为参照组和试验组进行平行试验；(3)并通过三阶段试验法获得沥青路面模拟结构的表面以及内部温度变化曲线，以及沥青路面模拟结构表面或者侧面的红外热像图；(4)结束试验，获得沥青路面模拟结构各点的温度变化曲线、沥青路面模拟结构温度达到稳定状态时的红外热像图；(5)通过相关软件(InfrecAnalyzer以及Origin软件)进行统计分析遮热涂层的降温效果，包括沥青路面模拟结构表面热平衡分析、沥青路面模拟结构变温过程分析和沥青路面模拟结构表面及内部温度场分析。进一步，所述的空气温度、湿度和风速的设计依据青藏地区沥青路面的工作环境参数进行设计，等效辐射时间的设计和辐射强度的设计利用等效辐射热原理进行设计，平行光的设计利用平行光模拟装置进行设计。进一步，所述的沥青路面模拟结构为沥青路面常用结构层次，包括面层、基层和路基。进一步，所述的面层包括SBS改性沥青及以玄武岩为集料成型的车辙板试件，基层为骨架密实型水稳碎石，路基为加固土。进一步，所述的布设温度数据采集装置的深度分别为沥青路面模拟结构的表面、深度5cm以及10cm处，每一深度位置测量五组数据并取其平均值作为该深度的温度代表值。进一步，所述的三阶段试验法为升温阶段，通过温度数据采集装置以及数据采集仪记录每一深度处的温度；稳定阶段，通过红外热像仪获得沥青路面模拟结构表面以及侧面的红外热像图，获得整个断面所有点的温度数据；降温阶段，结束平行光的照射，道路模拟结构进入降温阶段。进一步，所述的温度数据采集装置为端面温度探头。进一步，遮热涂层具体制备步骤如下：(a)涂层材料准备：选择具有一定紫外抵抗力的聚丙乙烯基树脂作为主要成膜物质，金红石型二氧化钛(TiO2)作为反射功能型材料，碳黑作为调色颜料，陶瓷颗粒作为抗滑颗粒，分散润滑剂以及固化剂等作为助剂；(b)搅拌均匀：按照规定的分量的金红石型TiO2、碳黑和少量分散润湿剂添加到聚丙乙烯基树脂之中，采用磁力搅拌器以2000r/min的速度搅拌上述混合物20min；(c)有效混合：采用超声波分散仪超声分散15min；(d)过滤：按照400目将混合物通过过滤网；(e)添加助剂：把固化剂、消泡剂加入(d)中所述的混合物，并采用磁力搅拌器以2000r/min的速度搅拌5min，使之混合均匀；(f)铺设涂层：采用每层涂刷量0.4kg/m2以及双层涂刷的方式将遮热涂层喷涂于沥青路面模拟结构表面。本专利技术所述技术方案，具有如下有益技术效果：(1)本专利技术填补了路用遮热涂层装置在青藏地区应用的技术难题，考虑了环境条件对遮热涂层评价效果的影响，包括温度、湿度、风速、辐射强度、辐射时间，同时能够分析不同影响因素作用对涂层降温效果的影响，理论充足，严谨可靠。(2)本专利技术所述路用遮热涂层降温效果评价方法不仅仅考虑了升温阶段涂层的降温效果，且考虑了温度稳定阶段以及降温阶段涂层的降温效果。相对于传统试验方法，通过三阶段试验法更加全面地分析了涂层的降温效果，试验结果更加有说服力。(3)本专利技术不仅仅研究了涂层在沥青路表的降温效果，而且研究了涂层对于沥青路面内部温度场的影响，这对于研究青藏地区冻土融化问题意义重大。附图说明图1主要城市年总辐射量；图2青藏地区历年每月气温；图3青藏地区历年八月份气温；图4不同掺量的功能型材料(金红石型TiO2)对沥青路面模拟结构温度影响的过程图；该图能够分析不同材料组成对涂层降温性能影响的过程图。图5不同掺量的功能型材料(金红石型TiO2)对沥青路面模拟结构温度影响的结果图；该图能够分析不同材料组成对涂层降温性能影响的结果图，图4和图5从影响过程和影响结果两个方面来全面分析某种材料组成对涂层降温性能的影响。图6不同辐射强度对沥青路面模拟结构温度影响的分布图；该图能够帮助分析辐射强度的不同对涂层降温性能的影响。图7涂层在光循环作用下的实施例；该图能够帮助分析涂层在昼夜交替作用下降温性能的影响。图8未铺设涂层的沥青路面模拟结构表面温度场；图9铺设涂层的沥青路面模拟结构表面温度场；该图和图8的对比，能够帮助分析铺设涂层对试件表面任何一点的降温效果。图10未铺设涂层的沥青路面模拟结构表面数据均匀性分析；该图能够从统计学的角度帮助分析图8中整个试件表面的温度代表值，从而提高试验数据的精度。图11铺设涂层的沥青路面模拟结构表面数据均匀性分析；该图能够从统计学的角度帮助分析图9中整个试件表面的温度代表值，同时图10和图11的对比能够帮助分析涂层在整个试件表面的降温效果。图12未铺设涂层的沥青路面模拟结构内部温度场；图13铺设涂层的沥青路面模拟结构内部温度场；图14涂层对沥青路面模拟结构内部温度场的影响规律；该图和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种涂层降温效果评价方法，其特征在于：所述的方法包括如下步骤：（1）对工作环境参数进行设计，包括空气温度、湿度和风速的设计、等效辐射时间的设计、辐射强度的设计以及平行光的设计；（2）道路模拟结构的制备，包括沥青路面模拟结构，在沥青路面模拟结构的不同深度位置的布设温度数据采集装置，采用未铺设遮热涂层的沥青路面模拟结构以及铺设遮热涂层的沥青路面模拟结构作为参照组和试验组进行平行试验；（3）并通过三阶段试验法获得沥青路面模拟结构的表面以及内部温度变化曲线，以及沥青路面模拟结构表面或者侧面的红外热像图；（4）结束试验，获得沥青路面模拟结构各点的温度变化曲线、沥青路面模拟结构温度达到稳定状态时的红外热像图；（5）通过相关软件（（Infrec Analyzer以及Origin软件））进行统计分析遮热涂层的降温效果，包括沥青路面模拟结构表面热平衡分析、沥青路面模拟结构变温过程分析和沥青路面模拟结构表面及内部温度场分析。

【技术特征摘要】
1.一种涂层降温效果评价方法，其特征在于：所述的方法包括如下步骤：（1）对工作环境参数进行设计，包括空气温度、湿度和风速的设计、等效辐射时间的设计、辐射强度的设计以及平行光的设计；（2）道路模拟结构的制备，包括沥青路面模拟结构，在沥青路面模拟结构的不同深度位置的布设温度数据采集装置，采用未铺设遮热涂层的沥青路面模拟结构以及铺设遮热涂层的沥青路面模拟结构作为参照组和试验组进行平行试验；（3）并通过三阶段试验法获得沥青路面模拟结构的表面以及内部温度变化曲线，以及沥青路面模拟结构表面或者侧面的红外热像图；（4）结束试验，获得沥青路面模拟结构各点的温度变化曲线、沥青路面模拟结构温度达到稳定状态时的红外热像图；（5）通过相关软件（（InfrecAnalyzer以及Origin软件））进行统计分析遮热涂层的降温效果，包括沥青路面模拟结构表面热平衡分析、沥青路面模拟结构变温过程分析和沥青路面模拟结构表面及内部温度场分析。2.根据权利要求1所述的一种涂层降温效果评价方法，其特征在于：所述的空气温度、湿度和风速的设计依据青藏地区沥青路面的工作环境参数进行设计，等效辐射时间的设计和辐射强度的设计利用等效辐射热原理进行设计，平行光的设计利用平行光模拟装置进行设计。3.根据权利要求1所述的一种涂层降温效果评价方法，其特征在于：所述的沥青路面模拟结构为沥青路面常用结构层次，包括面层、基层和路基。4.根据权利要求3所述的一种涂层降温效果评价方法，其特征在于：面层包括SBS改性沥青及以玄武岩为集料成型的车辙板试件，基层为骨架密实型水稳碎石，路基为加固土。5.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈玉静，胡魁，张树明，辛寄语，卢震，韩振强，高杰，张正伟，刘翔，勾俊芳，吴鹏阁，
申请(专利权)人：河南工业大学，
类型：发明
国别省市：河南,41