论文部分内容阅读
针对夏季高温引起的沥青路面高温病害和“城市热岛效应”问题,能够降低路面温度的热反射材料受到广泛关注。热反射材料通常采用高折射率的纳米填料来反射部分波段光热能量,纳米颗粒的加入还可以提高涂层耐磨性,但过量添加纳米颗粒会影响涂层粘接、耐磨等性能。受温度、光照、荷载等因素影响,目前应用于沥青路面的热反射涂层普遍存在降温性能不足及耐磨性能较差的问题。针对上述问题,本文通过设计合成一种具有相变功能的水性聚氨酯（WPU）树脂,与高折射率填料协同降温,以提高涂层制冷性能,节省纳米填料的使用。同时,利用聚氨酯良好的粘弹性和抗变形能力提高涂层耐磨性能。将该材料应用于沥青混凝土表面,可以降低路面温度10℃以上,同时具有较好的耐磨性能。首先,选用赋予树脂相变功能的聚己二酸-1,4-丁二醇酯二醇（PBA）、赋予树脂柔性的聚丙二醇（PPG）作为主要反应单体,通过控制NCO/OH（R值）比例、交联剂季戊四醇（PE）的掺量,采用相反转法制备WPU乳液,在聚四氟乙烯成膜板中成型并测试性能。结果显示R值为1.1时,WPU乳液稳定性能较差,材料交联密度对材料性能影响较大,交联密度与相变焓成反比,与硬度成正比关系,交联密度越高,对材料热稳定性能越有利。然后,采用自制WPU和具有高折射率的二氧化钛（Ti O2）制备水性聚氨酯热反射涂料（WPURC）,测试WPURC材料的耐水、耐碱和附着力性能,并优选一种WPURC,研究防沉剂、增稠剂、润湿剂和成膜助剂对WPURC性能的影响。试验证明,WPURC-10在耐水、耐碱和附着力方面性能更佳。研究发现,当防沉剂用量为2%时涂料可稳定储存1年以上,掺入0.75%的增稠剂可明显改善材料粘度,使材料固化过程中可以更好的覆盖沥青路面,采用2.5%的润湿剂、5%的成膜助剂时,成膜性能最佳,可以明显减少孔、裂缝缺陷的产生。继而,成型AC-13沥青混凝土试件,采用自制降温性能测试箱、紫外加速老化箱等设备研究WPURC涂层在沥青混凝土中的降温性能、粘接性能、耐磨性能、抗滑性能以及耐候性能。当空白沥青混凝土试件内部温度为60℃时,WPURC试件内部温度为50℃,最高降温值可达12℃,在室外沥青路面铺筑WPURC,并采用红外热成像仪测试其表面温度,当气温为35℃,沥青路面温度可达到52℃,WPURC涂层温度仅为45℃,表明WPURC在沥青路面中具有良好的降温效果。WPURC材料与沥青路面粘接强度为0.6MPa,采用1.5%的有机硅树脂对WPU进行改性,WPURC粘接强度可以提高至0.74MPa。磨耗试验证明,与市面常用反射降温涂层进行对比,自制WPURC涂层具有优异的耐磨性能。通过测试不同阶段的磨耗试件的摆值（BPN）,结果表明采用1-2mm和2-3mm铺筑的涂层抗滑性能均有所下降,但都高于沥青路面抗滑系数规范中要求的45。通过紫外光照老化试验测试材料的力学性能、降温性能和结构变化,分析材料的耐紫外老化性能,结果显示WPU和WPURC初期力学性能明显下降,后期下降不明显,WPURC降温性能下降4℃,红外光谱揭示WPU老化过程中结构明显发生了变化,C=O基团明显增加,C-N键没有出现下降趋势,说明断键主要发生在氨基甲酸酯的C-O位置,结构中存在大量胺基甲酰基。最后,采用DMA测试了WPU、WMMA和WEP的热性能、动态热机械性能,通过对WPURC、WMMARC和WEPRC降温值进行对比,提出了降温贡献率来评价相变和反射功能对降温的贡献。结果表明WPU具有明显的吸热熔融峰,WEP、WMMA无相变功能,WPU和WEP储能模量明显高于损耗模量,而WPU储能模量高于WEP,说明WPU抗疲劳性能更佳。通过对WPURC和WEPRC降温值进行拟合分析,计算相变和反射作用的降温值占比（相变贡献率和反射贡献率）研究相变功能和反射作用的协同降温机制,发现在低温时,相变降温起主导作用,当温度达到55.42℃时,两种功能贡献率相同,当温度升高至80℃,相变吸热逐渐饱和,相变贡献率降低至40%。