长安大学:用于沥青路面冷却的高红外反射涂层
2025-11-07 15:20:28 作者:本网发布 来源:涂料驿站 分享至:

 全球气候变化已成为21世纪最为严峻的环境挑战之一,交通运输领域在这一危机中扮演着至关重要的角色。根据国际能源署(IEA)和世界资源研究所(WRI)的数据,全球大约五分之一的二氧化碳排放来自交通运输,如果只考虑与能源相关的排放,这一比例会上升至24%。作为道路基础设施的基本组成部分,沥青路面不仅在生产与施工过程中直接排放二氧化碳,还通过吸收和释放热量,加剧城市环境和能源消耗,间接加重了环境负担。在高温环境下,沥青路面面临诸多挑战:材料老化加速、维护需求增加、城市热岛效应(UHI)加剧导致更高的制冷需求以及挥发性有机化合物(VOCs)排放量的增加。这些相互关联的因素造成了能源消耗增加和碳排放加剧的恶性循环,严重阻碍了低碳发展的倡议。因此,开发和应用创新的冷却型沥青路面技术对于减少碳排放和缓解全球气候变化具有重要意义,是建设低碳、环保交通基础设施的关键策略。

为了应对城市热岛效应和全球气温上升带来的挑战,研究人员和工程师在过去几十年里研发并应用了多种路面降温技术。这些技术包含几个关键策略,包括但不限于:反照率干预、传导减少、蒸发冷却以及相变材料集成。反照率干预技术旨在提高路面的太阳反射率,从而减少热量吸收,这可以通过多种方法实现,包括高反射率涂层热变色涂层、热反射集料、碎石封层以及水泥改性,如粉煤灰和矿渣。传导减少方法涉及使用热阻沥青混合物,以阻碍路面结构中的热传递。蒸发冷却策略采用保水和渗透材料,以通过蒸发实现散热。将相变材料(PCMs)融入路面结构中,能够在高温时段吸收多余热量,并在低温时段释放热量,从而有效地调节路面温度的波动。在这些方法中,反射涂层因其易于应用、成本效益,并且能够显著降低路面温度,而被视为一种特别有前景的解决方案。

目前关于冷却型路面涂层的研究主要集中在两个方面:冷却性能耐久性,而对于这些性能背后的基本机制研究较少。为了降低路面温度,研究者们尝试了多种不同的涂层配方。尽管这些研究提高了我们对冷却效果的理解,但它们主要关注温度降低情况,而不是潜在的机制。同时,耐久性研究也取得了积极进展。然而,目前的研究仍未能充分解释涂层在降低路面温度方面的基本原理,尤其是在可见光和短波近红外反射范围(400-1100nm)内,这是热量吸收的主要波长。此外,目前的解决方案面临着重大的技术难题:在提高可见光反射率有效降低路面温度的同时,也会产生危险的路面眩光,导致视觉不适、暂时失明,增加驾驶员和行人的事故风险。这一技术矛盾在以往的研究中并未得到充分解决。因此,迫切需要开发一种新型的高红外反射涂层(HIRC),通过精确调节光反射率,同时实现高冷却性能和眩光缓解。

近期,长安大学沙爱民团队成功开发一种新型高红外反射涂层,含有铁铬黑(ICB)颜料,用于冷却沥青路面,同时解决安全问题。

所制备的涂层表现出优异的性能,近红外反射率高达28.60%(比传统炭黑涂层高3.7倍),同时保持低可见光反射率(13.88%)和亮度(L*=44.54),有助于控制眩光。铁铬黑的最佳含量为6%。当应用于沥青混凝土时,该涂层具有显著的冷却效果,高温时段降温幅度达9.49℃。该涂层在温度耐受性测试中也表现出优异的稳定性

本研究有效地平衡了冷却性能和道路安全要求,为可持续的交通基础设施提供了一种实用的解决方案。



研究框架













本研究的研究框架。



冷却机理













沥青路面反射涂层的冷却机理。



制备工艺













沥青混凝土高红外反射涂层的制备工艺。


数据来源与出处


 

相关研究成果以“Iron-chromium based high infrared reflectance coating for cooling asphalt pavements towards low-carbon cities”为标题发表在《Construction and Building Materials》上。


 

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