灌注磷酸镁水泥砂浆的保水半柔性路面降温性能研究

邱虹雨

（重庆交通大学，重庆 400064）

0 引言

随着城市的建设速度加快，人口数量急剧增加，加剧了城市热岛效应等问题。缓解城市热岛效应，其中一种有效方式就是铺设保水半柔性路面。保水半柔性路面可以在降雨或者人工洒水时吸收和存储水分，在阳光照射地表温度升高时，能够蒸发水分从而降低路面的温度，形成了储水降温的良性循环。这种路面能够减少高温带来的车辙等病害，延长路面的使用寿命，还能在下雨时吸收储存雨水，减少行车带来阻挡视线的水雾，若能在城市大量铺设这种路面，能够有效地缓解热岛效应。

在20世纪50年代，法国率先开展了半柔性路面的研究，在机场跑道上铺装这种路面作为耐热路面，申请了“Salviacim 施工法”的专利。英国在摊铺后的开级配沥青碎石路面空隙中灌入树脂水泥砂浆[1]。日本科学家的研究证明，铺装了保水性路面的降温效果可达到10℃。日本侧重于研究配制保水砂浆的各种材料和灌浆的保水性路面。中国主要开展灌入式路面的研究，重庆交通大学侧重于研究半柔性保水路面，主要研究保水砂浆的材料配合比，并对保水路面的性能进行测试[2]。郑晓卫对路面保水性能研究结果显示，保水路面降温效果较好，比普通沥青路面温度低8～10℃[3]。沈盼的研究结果显示，保水路面的48h 保水率达到44.27%，对比了灌浆前后不同孔隙率母体沥青混合料的降温性能特征，温差持续为10～15℃，可持续24h 以上[4]。

1 磷酸镁水泥砂浆配合比设计

1.1 原材料

磷酸镁水泥（MPC）是由重烧氧化镁、磷酸盐、缓凝剂按一定比例配制而成；氧化镁：高温煅烧氧化镁（MgO），颜色呈淡黄色，其表观密度为3.25g/cm3，比表面积为230m2/kg；磷酸二氢氨：磷酸二氢铵（NH4H2PO4），白色细粒状晶体，其纯度≥99%，pH 值为4.0～4.5（50g/L，25℃）；缓凝剂：硼砂（Na2B4O7·10H2O），白色晶体，含量大于95%；保水剂：硅藻土，呈白色，吸水率可达347%，孔隙率为66%；试验用水均为自来水。其材料性质均符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）的技术要求。

2 磷酸镁水泥砂浆配合比设计及优化

本文采用用水量、P/M 比和硼砂掺量三因素三水平掺量的正交试验进行配合比设计，不考虑各因素的交互作用。保水砂浆的性能评价指标为：48h 保水率、7d抗折强度和7d 抗压强度。保水砂浆的试验方案和性能评价数据见表1。

表1 磷酸镁水泥砂浆试验方案与性能评价数据

经过正交试验及分析，磷酸镁水泥砂浆的最佳配合比：用水量为40%，P/M比为4，硼砂掺量为5%（不添加其他外加剂）。试验所得的磷酸镁水泥净浆并不能完全满足保水砂浆的设计要求，需要增大保水率。在下一步试验中，加入保水剂以优化配合比。

表2 保水砂浆性能的目标值

加入10%和20%的硅藻土进行配合比优化试验，其余配合比不变，试验表明保水砂浆的最佳配合比为：用水量为40%，P/M 比为4，硼砂掺量为5%，硅藻土掺量为20%，24h 保水率为35%，7 天抗折强度为0.55MPa 和抗压强度为3.44MPa，满足表2的性能要求。

3 保水降温半柔性路面降温性能

将试验所得的保水砂浆灌入试验所得的大孔隙基体沥青混合料中，待砂浆凝结硬化后，养护一定时间，即得到保水降温半柔性路面。降温试验是通过室内加热灯照射模拟太阳光辐射到沥青路面产生高温。试验结果见图1。由图1可以看出，3 种路面在持续加热4h 后，其中保水路面较AC 路面低12℃，OGFC 路面较AC路面低8℃。其中保水路面的降温效果较为明显，主要是因为大孔隙沥青混凝土结构和保水砂浆均能储存水分，在高温状况下，能够蒸发水分来降低路面的温度。

图1 保水砂浆性能的目标值

4 结语

1、保水砂浆的配制材料为高温煅烧氧化镁、磷酸二氢铵、硼砂、硅藻土。根据配合比试验，确定保水砂浆的配合比为用水量40%，P/M 比为4，硼砂掺量为5%，硅藻土掺量为20%。24h 保水率为35%，7 天抗折强度为0.55MPa 和抗压强度为3.44MPa，能够满足保水砂浆的设计要求。

2、保水降温路面在照射4h 的降温效果在12℃左右，大孔隙沥青混凝土路面的降温效果在8℃左右。

3、保水半柔性路面为一种被动降温方式，只有在表面（蒸发面）温度较高才能体现出降温效果。保水半柔性路面在夏季才会有显著的降温效果，同时也初步表明了保水半柔性路面不会导致冬天的温度过低。保水半柔性路面宜用于路面的表面层。