用于城市热调节的反射-蒸发型半柔性路面

《TRANSPORTATION RESEARCH PART D-TRANSPORT AND ENVIRONMENT》：Reflective–evaporative semi-flexible pavements for urban thermal regulation

　　**摘要**
城市路面影响交通基础设施与周围大气之间的热量交换，但表面演变如何改变其冷却性能仍不清楚。本研究探讨了具有逐步暴露集料的耐水半柔性路面的反射-蒸发冷却效果。通过控制抛光、光学-热特性分析、户外监测、机械评估以及ENVI-met模拟，将表面演变与路面和街道峡谷的热响应联系起来。集料暴露使石灰岩的表观反照率达到57.8%，花岗岩为47.4%，而辉长岩和玄武岩则保持光学限制。与SMA相比，所提出的路面可将表面峰值温度降低多达11.01°C；每增加10个百分点的反照率，表面温度可降低0.67°C。街道峡谷模拟预测地面空气温度可降低高达1.07°C。花岗岩提供了良好的热-机械平衡，表明集料选择是缓解城市热岛效应的实用途径。

**1. 引言**
城市热压力是由于植被和透水地面被热质不透水表面取代而产生的（Chen等人，2026年）。深色不透水面吸收大量入射太阳辐射，并在白天储存热量，从而延长夜间热量释放时间，增加冷却需求和室外热不适感（Kelly Turner等人，2022年；Piracha和Chaudhary，2022年）。更强烈的降雨进一步暴露了传统沥青路面的水力限制，这些路面在暴雨期间几乎无法渗透、临时储存或保持水分（Sias等人，2025年）。在海绵城市改造项目中，路面被重新视为能够调节径流和热量交换的气候适应型基础设施。这些需求推动路面材料超越其传统的承载角色，向多功能调节城市微气候、雨水响应和交通基础设施韧性方向发展。耐水半柔性路面为实现这种耦合调节提供了平台。在这种复合材料中，开放式级配的沥青骨架中填充了耐水水泥浆；沥青骨架保持集料之间的连接和荷载传递，而水泥浆阶段则储存水分并在蒸发过程中释放潜热（Jiang等人，2016年）。现有的改造主要集中在水泥浆阶段，使用粉煤灰、 silica fume、高炉矿渣等矿物添加剂或聚合物吸水剂来提高吸水性（Barbhuiya和Das，2023年；Geng等人，2019年；Guo等人，2024年）。最近关于泡沫耐水水泥浆的研究表明，引入的孔隙网络可以增加水分储存并延长蒸发冷却效果，据报道表面温度可降低7.0°C（Lu等人，2025a；Lu等人，2025b）。然而，蒸发驱动的冷却效果本质上受水分可用性的限制；一旦保留的水分耗尽，冷却效果会迅速减弱。路面温度受表面能量分配控制，其中吸收的短波辐射提供热量，而长波辐射、对流和蒸发则散发热量（Elmagri等人，2024年）。对于耐水路面，有效的冷却应同时涉及潜热去除和减少进入路面的太阳能。虽然大多数关于耐水路面的研究集中在蒸发冷却上，但相对较少关注增强水分保持和增加表面反射率之间的潜在协同效应。在基于反照率的方法中，集料选择尤其重要，因为粗集料会逐渐暴露在磨损表面（Riaz等人，2024年）。与反射涂层不同，随着涂层磨损，其光学和摩擦性能可能会恶化（Amani等人，2025年），浅色集料提供了一种更稳定和可持续的长期反射冷却方法。现场和实验室研究将较浅的集料矿物学与更高的路面反射率和更低的热吸收联系起来，进而影响表面温度和冷却能耗（Chen等人，2025b；Diao等人，2024年；Zhu等人，2024年）。在长期交通磨损和环境侵蚀下，覆盖路面的沥青膜逐渐磨损，逐步暴露出底层集料的原始颜色（Darshan和Kataware，2026年；Stüwe和Hofko，2025年）。这种动态暴露过程可能提高路面的太阳反射率。以中国苏州的城市道路为例，使用的浅色集料混合物显示出比传统沥青路面明显更浅的表面色调（图1）。然而，在半柔性路面中，磨损不仅暴露集料，还形成了由沥青砂浆、集料和水泥浆组成的复合表面。表面演变如何影响路面反射率和冷却持久性仍不明确。这种表面层次的冷却是否能够转化为可测量的微气候效益也尚未充分了解。

**为了填补这些知识空白，本研究通过结合集料的光学性质、水分驱动的热量散发和街道尺度微气候响应，阐明了耐水半柔性路面的反射-蒸发冷却行为。研究了四种具有不同岩性和颜色的集料（石灰岩、花岗岩、辉长岩和玄武岩）在受控暴露水平下的性能。通过光学和热测试确定集料暴露如何影响路面反射率和冷却效果，同时通过机械测试评估集料类型对路面性能的影响。然后使用测量的路面参数和夏季气象数据建立了一个ENVI-met街道峡谷模型。这项工作评估了在单一路面系统中整合反射和蒸发冷却的可行性，并阐明了其对城市热缓解和气候适应性道路基础设施的潜在贡献。**

**2. 材料与方法**
**2.1 材料**
为了研究岩性和颜色的影响，选择了石灰岩、花岗岩、辉长岩和玄武岩作为粗集料，而高粘度沥青、石灰岩细集料和矿物填料保持不变。图2展示了四种粗集料及其试样的横截面。高粘度沥青和粗集料的主要性能见表1和表2。泡沫水泥浆是通过将预发泡Material加入水泥基浆中制备的。浆体由水泥、粉煤灰、Ca(OH)2、陶瓷粉、增塑剂和超强吸水聚合物（SAP）及水组成。陶瓷粉和SAP分别作为无机和有机的水分保持添加剂，其用量遵循我们之前研究中的配方（Lu等人，2025c）。泡沫是由十二烷基硫酸钠（SDS）与纳米二氧化硅混合生成的。水泥和粉煤灰的化学成分见表3。使用能量分散X射线光谱（EDS）线扫描分析了骨料-粘合剂界面的元素变化。(3)????=??????????????(4)????=∫??d??(5)??????????=(?????)×??，其中????是断裂能（J/m2），????是断裂功（J），??????????是韧带面积（m2），??是施加的载荷（N），??是位移（m），??是试样半径（m），??是缺口长度（m），??是试样厚度（m）。2.3.4. ENVI-met建模使用ENVI-met 5.5.1评估了路面材料的城市规模热效应。如图5所示，模拟域是根据实验地点的卫星图像重建的，气象强迫数据来自相邻的气象站。120 m×80 m×40 m的计算域以1.0 m×1.0 m×2.0 m的均匀分辨率进行离散化。使用全强迫法并设定强制侧边界来规定测量的空气温度、相对湿度、风速、风向和辐射。考虑了五种路面情景，包括四种使用不同粗骨料制备的保水半柔性路面和一种传统的SMA路面作为参考。对于每种情景，根据实验室测量和室外热测试为路面分配了反照率、热导率和体积热容量参数。模拟从08:00运行到20:00，输出间隔为60分钟。在每个输出时间点，空气温度在图5中标记为道路A和B的两个道路段内的所有网格单元上空间平均。近地面空气温度是指在路面表面以上0.2 m处提取的值。下载：下载高分辨率图像（653KB）下载：下载全尺寸图像图5. ENVI-met模拟域、分析的道路段和现场气象站。3. 结果和讨论3.1. 光学性质3.1.1. 颜色特性骨料在亮度上主要有所不同（表5）。石灰岩和花岗岩明显更亮，其L*值分别为81.55和77.38，而辉长岩和玄武岩的值分别为52.49和31.83。石灰岩和玄武岩之间的49.72单位差异表明，在去除沥青膜后，暴露的粗骨料可以对表面亮度做出显著贡献。相比之下，所有骨料的a*和b*坐标都接近中性轴，表明颜色差异主要由亮度而不是色调决定。这一趋势也反映在相对于白色参考标准的ΔE*值上，石灰岩和花岗岩的值远低于辉长岩和玄武岩。尽管两者通常被认为是深色骨料，但辉长岩的L*值比玄武岩高20.66单位，ΔE*也显著较低。表5. CIELAB颜色参数。类型样品L*a*b*ΔE*石灰岩81.55?0.240.5118.46花岗岩77.38?0.82?1.2622.70辉长岩52.49?2.37?0.8047.58玄武岩31.830.25?1.5668.193.1.2. 表面反照率图6和图7显示了抛光级别变化时反射辐射（????）和反照率（???????）的演变。在I级时，沥青砂浆仍然覆盖大部分粗骨料，光学响应主要由混合的沥青-灌浆表面控制。因此，这四种混合物的????（10.8–12.9 W/m2）和??????（19.8%–23.7%）的初始范围较窄。进一步抛光会去除沥青膜并暴露骨料相，不同混合物之间的差异变得更加明显。下载：下载高分辨率图像（171KB）下载：下载全尺寸图像图6. 广带光学响应：(a) 反射辐照，(b) 反照率。下载：下载高分辨率图像（113KB）下载：下载全尺寸图像图7. 连续抛光级别之间的反照率增量变化。石灰岩混合物的增量最大，????从12.7上升到31.5 W/m2，??????从23.3%上升到57.8%。大约74%的总??????增益发生在I–III级期间。富含方解石的石灰岩结合了高亮度和相对较低的抛光阻力，使得沥青膜可以更早地被去除，从而更快地暴露出明亮的矿物表面（Lobarinhas等人，2026年）。然而，在III级之后，??????的增量显著减小。相邻抛光级别之间的增量从I–II级的13.9个百分点降至IV–V级的3.7个百分点。一旦沥青膜大部分被去除，进一步抛光产生的额外骨料暴露量有限。持续抛光还可以平滑局部表面粗糙度并减少表面纹理。花岗岩混合物的??????增长较慢但更稳定，最终达到47.4%，其中III–IV级的最大增量为8.6个百分点。这种延迟响应可能与组成矿物（如石英、长石和云母）之间的硬度不匹配有关（Zhou等人，2025年）。在抛光过程中，较软的矿物基质优先磨损，而较硬的石英颗粒逐渐从表面突出。辉长岩和玄武岩混合物的变化比浅色骨料小得多。虽然抛光减少了沥青覆盖，但新暴露的深色骨料对表面增亮贡献不大。对于玄武岩，????仅从10.8 W/m2增加到14.1 W/m2，而最终的??????仅为25.9%，远低于石灰岩和花岗岩的值。这主要是由于深色铁镁矿物具有较低的反射率和较强的短波吸收能力。抛光还改变了反射辐射的角度分布，这可能会影响测量的??????。Puttonen等人报告说，沥青的反射率随表面条件和测量几何形状而变化，较光滑的表面显示出更强的前向散射（Puttonen等人，2009年）。因此，本研究中的比较仅限于在相同几何条件下测量的试样。3.2. 热学性质3.2.1. 骨料热物理性质图8(a)显示在测试温度范围内比热容量（????）有轻微变化。四种骨料之间的变化超过了每种骨料内部由温度引起的变化。石灰岩的????最高，范围为0.98至1.01 J/(g·°C)，而辉长岩保持在0.80–0.81 J/(g·°C)左右。在测试温度下，????主要受矿物晶格振动控制，其频率分布取决于原子质量和键强度（Biele等人，2022年）。热导率（??）则表现出不同的排名，如图8(b)所示。花岗岩的??最高，大约是玄武岩的1.59倍。其值为2.84 W/(m·K)，位于Weinert等人（2020年）报告的结晶花岗岩的2.34–3.19 W/(m·K)范围内，而Liu等人（2025年）报告了??与花岗岩中的石英含量之间存在强正相关。下载：下载高分辨率图像（190KB）下载：下载全尺寸图像图8. 热学性质：(a) 比热容量；(b) 热导率。图9使用公式（6）计算了骨料的热扩散率（??）。(6)??=????·????，其中??是表2中列出的表观密度。由于其较高的??，花岗岩表现出最高的??值，为1.17 mm2/s。玄武岩的??最低，为0.74 mm2/s，而辉长岩和石灰岩的值分别为1.01和0.93 mm2/s。辉长岩相对于石灰岩的较高??是由于其较低的????，这超过了他较低的??和较高的密度。混合级研究表明，高导热性的骨料可以提高路面的热扩散率并加速热量从加热表面向深层传递（Chen等人，2020年；Pan等人，2022年）。在半柔性路面中，这种内部热传递可以为水分蒸发提供热能并促进潜热散发，前提是孔结构内仍有足够的水分。下载：下载高分辨率图像（166KB）下载：下载全尺寸图像图9. 热扩散率。3.2.2. 户外冷却性能(1)热调节图10和图11比较了14:00到15:00高峰加热期间的表面温度场。所有半柔性混合物的温度都比SMA低，平均表面温度分别为55.34–58.24°C，而SMA为66.35°C，降低了8.11–11.01°C。浅颜色的水泥灌浆减少了太阳吸收，而保留的水分通过蒸发散发热量。表面抛光通过暴露粗骨料进一步修改了热响应。在I级时，石灰岩和玄武岩混合物的温度差异可以忽略不计，因为富含沥青的表面限制了骨料颜色的影响。随着进一步抛光，骨料颜色对表面温度的影响变大。LV和BV之间的温度差因此扩大到2.08°C，随着??????的增加。LV的??????达到57.8%，大约是BV的2.23倍。浅色骨料在抛光后的温度降低更多。石灰岩和花岗岩混合物的温度分别降低了2.73°C和1.58°C，同时??????分别增加了34.5和26.6个百分点。相比之下，辉长岩和玄武岩的温度降低幅度分别限制在1.12°C和0.69°C，这与它们较低的??????变化一致。除了降低平均表面温度外，半柔性路面还表现出明显更低且更均匀的表面温度场。如图11所示，高温区域遍布大部分SMA表面，这与深色沥青层的强太阳吸收一致。半柔性混合物保持了较低的表面温度，而抛光后局部冷却区域变得更加明显，因为骨料和灌浆的表面分布发生了变化。(2)热量分布和水分损失下载：下载高分辨率图像（1022KB）下载：下载全尺寸图像图10. 半柔性混合物的表面温度场。下载：下载高分辨率图像（171KB）下载：下载全尺寸图像图11. SMA的表面温度场。底部温度历史显示了路面内的内部热量再分配（图12）。在白天加热过程中，空气温度在大约12:30达到峰值，而底部温度在14:30–15:00达到峰值。这种2.0–2.5小时的滞后反映了通过路面结构的热量储存和延迟传导（Lu等人，2025c）。在高峰加热阶段，LI、GI、DI和BI的底部温度分别达到54.2、53.8、54.5和55.4°C，最大跨度为1.6°C。这个跨度远大于相应的表面温度差0.22°C，表明在路面下部，依赖骨料的热量传递更加明显。深色骨料由于具有较低的反射率，通常表现出更高的底部温度。底部温度还取决于试件内的热量传递和储存。例如，石灰岩和花岗岩之间的??????差异在V级时增加到约10.3个百分点，而它们的底部温度差异保持在0.1°C以下。因此，内部热量传递和储存抵消了大部分光学差异。下载：下载高分辨率图像（768KB）下载：下载全尺寸图像图12. 底部温度。如图13所示，尽管花岗岩混合物在??和??方面最高，但它表现出最大的表面-底部温度差（ΔT），接近4°C。这与干燥路面中常见的趋势不同，通常高热导率会促进热量再分配并减少内部温度梯度（Xing等人，2024年）。在饱和条件下，花岗岩的高??和??有利于通过骨料骨架快速传递热量。传递到含水灌浆中的热量可以通过蒸发部分散发。冷却阶段的曲线支持这一解释。在19:00–22:00期间，花岗岩混合物冷却最快，并比其他混合物更早接近环境温度。其热响应反映了快速的导热再分配以及来自保留水分的潜热散发。下载：下载高分辨率图像（93KB）下载：下载全尺寸图像图13. ΔT（表面-底部）。水分损失从10:00到13:00加速，然后逐渐减缓（图14）。最大每小时水分损失范围为9.5至12.1个百分点。在20:00时，试样仍保留了初始水量的27.4%–40.9%，表明泡沫灌浆具有强大的保水能力。侧部和底部的绝缘限制了这些表面的水分损失，并将大部分蒸发限制在上层表面。随着表面干燥，来自内部的供水变得越来越重要（Qin和Hiller，2016年）。水分损失在13:00之前达到最大，而路面温度在14:00–15:00达到峰值。这种时间滞后反映了表面能量分配的变化。在早晨晚期，蒸发消耗了部分吸收的能量，延迟了温度升高。随着蒸发减缓，更多的能量以显热形式存在或传递到试件中，使其温度继续升高。在14:00时，剩余的水分为47.4%–57.8%，持续下降的曲线证实了在路面温度峰值期间蒸发仍然活跃。提高抛光级别可以减少最大每小时水分损失。对于石灰岩和花岗岩，峰值从11:00–12:00略微移动到12:00–13:00，因为它们较低的太阳吸收延迟了最大蒸发需求。在20:00时，V级的剩余水比例分别比I级高10.6%、7.1%、3.9%和3.2%。石灰岩和花岗岩的较大差异伴随着它们在??????上的更大增益。王等人也发现，较高的反照率可以降低透水材料的蒸发速率，同时提高其整体冷却性能（Wang et al., 2019）。下载：下载高分辨率图片（478KB）下载：下载全尺寸图片

图14. 户外干燥过程中的剩余水分比例。

3.2.3. 道路冷却中的光热湿耦合

图15和图16描述了道路冷却的光学和热物理控制因素。路面峰值温度与反照率（???????）之间存在强负相关，相关系数R2为0.936。根据拟合的斜率，反照率每增加10个百分点，路面峰值温度约降低0.67°C。这一关系表明，路面冷却主要受路面-大气边界处吸收的太阳辐射的调节影响。

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图15. 表面温度与反照率之间的线性关系。

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图16. 底部温度响应表面。

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图17. 断裂表面形态。

底部温度显示出更强的耦合响应。使用反照率（???????）和其他参数的响应模型显示R2为0.945，表明光热输入和内部热量重新分布共同解释了测量到的变化。较高的反照率减少了进入路面的热量，而较高的其他参数加速了半柔性结构内部热量的重新分配。交互项表明，其他参数的作用随光学边界条件的变化而变化。在高反照率下，减少的热量输入削弱了内部温梯度，其他参数的边际影响变得不那么明显。在较低反照率下，更大的太阳吸收增加了内部热传递对底部温度响应的贡献。

反射、热传递和蒸发的作用可以通过路面表面能量平衡来表示（Chen et al., 2025a, Parison et al., 2020）：

???? = ?? + ?? + ????

其中 ???? 是净辐射输入，?? 是向大气的显热通量，?? 是向下传导的热通量，???? 是潜热通量。对于每个称重间隔，可以根据测量的水分损失来估算平均潜热通量（Takebayashi和Moriyama, 2012）：

?????? = ?????[?????(????) ? ?????(????+1)]???Δ???

其中 ???? 是水的蒸发潜热，?????(??) 是时间??时试样中保留的水的质量，?? 是暴露的上表面面积，Δ??? 是称重间隔。在这个平衡中，测量的反照率（???????）反映了反射短波辐射的相对变化，集料的热物理性质影响内部热传递，而水分损失曲线描述了蒸发热散的时间变化。13:00之后每小时水分损失的减少表明，随着水分向干燥表面的输送受到限制，潜热散失减少。增加集料的暴露，特别是石灰石和花岗岩，减少了辐射热输入和早期水分消耗，使得当天晚些时候有更多的水分可用于蒸发。因此，反射通过调节水分消耗的速度延长了蒸发冷却的时间。

水分损失和温度测试是在不同晴朗的日子进行的。因此，现有的测量数据不允许定量闭合能量平衡或数值分离反射和蒸发贡献。

3.3. 力学性能

3.3.1. 抗裂性

在低测试温度下，半柔性混合物表现出主要是脆性断裂响应，因为水泥浆料本身具有脆性，而沥青相提供的应力松弛有限（Song et al., 2025）。在这种条件下，断裂能量受晶界集料断裂、界面脱粘和裂纹路径曲折度的竞争控制（Dong et al., 2026）。石灰石混合物表现出最低的断裂能量（974.8 J/m2，图18）；其相对较低的强度和硬度使得集料相在局部应力集中时更容易发生断裂。扫描电子显微镜（SEM）观察（图20）显示集料断裂表面光滑，集料断裂清晰。这种相对直接的裂纹路径限制了裂纹偏移、集料拔出和摩擦耗散，从而导致较低的断裂能量。相比之下，辉长岩和玄武岩混合物的断裂能量比石灰石混合物高24.9%–36.7%。它们较高的强度和硬度可能抑制了裂纹直接穿透集料，使得更多的断裂发生在集料-基质界面。断裂表面（图17）显示出更明显的集料拔出和界面脱粘，与更曲折的裂纹路径和更大的界面能量耗散一致。花岗岩混合物表现出中等的断裂能量，在断裂表面观察到部分集料暴露。花岗岩中富含硅的矿物成分可能减弱了其与沥青的亲和力，使得界面裂纹传播更容易。花岗岩的相对较高强度在一定程度上抑制了直接集料断裂，导致更复杂的裂纹路径。因此，尽管花岗岩混合物的断裂能量比玄武岩和辉长岩低5.3%–13.4%，但仍比石灰石高18.4%。

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图18. 断裂能量。

3.3.2. 湿度敏感性

如图19所示，所有混合物的TSR（抗裂性指标）值均高于80%的规范阈值。在四种混合物中，石灰石的TSR最高，为90.5%，这与富含碳酸盐的石灰石与沥青粘合剂之间的良好亲和力一致。然而，其冻融条件前的抗裂拉伸强度和冻融条件后的抗裂拉伸强度分别只有大约1.16 MPa和1.05 MPa，是最低的。因此，石灰石混合物的高TSR反映了更好的强度保持能力，而不是更高的承载能力。花岗岩混合物的TSR最低，为84.6%。由于富含硅的矿物（如石英）通常具有相对较低的表面极性，集料-粘合剂界面通常更容易受到水分损害（Zhou et al., 2026）。花岗岩混合物有限的平均强度损失可能与高粘度粘合剂提供的稳定沥青涂层以及水泥水化产物相关的界面致密化有关。扫描电子显微镜-能谱（SEM-EDS）观察到的密集界面形态和局部Ca富集与水化相关的界面致密化一致。辉长岩和玄武岩混合物结合了相对较高的拉伸强度和良好的强度保持能力，TSR值保持在大约87%–89%之间。它们较高的机械强度和刚性有助于在冻融条件后保持承载能力，而它们的碱性矿物组成也可能有助于比富含硅的花岗岩更好的界面稳定性。结果表明，高粘度沥青和1%的水泥可能有助于保持冻融强度。

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图19. 抗裂拉伸强度和抗裂拉伸强度比（TSR）。

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图20. 扫描电子显微镜（SEM）图像和能谱（EDS）线扫描结果。

3.3.3. 界面微观结构

图20展示了集料-沥青界面的SEM图像和EDS线扫描剖面。石灰石的断裂表面相对光滑，具有紧密的 cleavage（解理）状集料平面和清晰的集料-基质边界。EDS显示在大约25 μm处C信号急剧下降，同时Ca信号增加。这种紧密的过渡可能减少了沿界面的优先水分路径，这与石灰石的高TSR一致。相对光滑的断裂形态也表明裂纹偏移和裂纹路径曲折度有限，有助于其较低的断裂能量。在花岗岩断裂表面观察到分层的解理结构，界面几何形状清晰。在18–22 μm区域内，EDS显示出局部Ca富集以及Si信号的显著增加，可能与时含Ca的水化产物或浆料衍生物的沉积有关。这些沉积物可能填充了界面空隙或缺陷，有助于限制水分引起的脱粘，尽管富含硅的花岗岩与沥青的亲和力相对较弱。辉长岩的断裂表面明显粗糙，由细颗粒和不规则突起组成，集料-沥青边界不那么明显。EDS显示从大约18 μm开始Al、Fe、Mg和Ca信号的逐渐变化，并延伸了几微米。这种变化部分反映了辉长岩在粗糙边界上的矿物异质性。不规则的形态提供了额外的机械互锁和裂纹偏移，这与辉长岩混合物较高的断裂能量相符。玄武岩显示出密集、细纹理的断裂形态。在边界处，C信号下降，而Si、Al、Fe和Ca信号增加，没有明显的宽界面间隙。这种紧密的边界形态与玄武岩混合物相对较高的断裂能量和有利的TSR一致。

3.4. 城市尺度的热响应

3.4.1. 近地面空气温度

图21和图22显示了近地面空气的温度的空间和日变化。在14:00时，SMA（热塑性混合物）在z = 0.20 m处产生最高的道路区域空气温度，达到38.34°C。与SMA相比，石灰石、花岗岩、辉长岩和玄武岩混合物分别将这一温度降低了1.07°C、0.86°C、0.59°C和0.51°C。较低的太阳吸收限制了路面释放的显热，减少了周围空气的升温。

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图21. 14:00时的近地面空气温度。

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图22. 日变近地面空气温度。

早晨的情景差异较小，随着太阳辐射和路面热储存的积累而增加，并在下午加热期间达到最大分离。因此，冷却效益集中在白天最大热暴露期间。随着一天中辐射强迫的减弱，曲线逐渐趋同。近地面空气温度的降低幅度小于相应的表面温度降低幅度，因为空气温度还受到湍流混合、遮挡、通风和周围地形的进一步调节（Ralls et al., 2024）。现场观察也表明，冷路面对空气温度的影响较小且空间变化较大（Taha, 2024）。最大1.07°C的降低表明，在下午加热期间，降低路面热释放可以调节道路附近的空气温度，此时交通走廊的热暴露最大。

3.4.2. 路面引起的冷却的垂直传递

图23显示了14:00时街道峡谷截面内的垂直空气温度分布。所有情景都表现出较低的冠层热分层，较暖的空气集中在道路表面附近。与SMA相比，石灰石、花岗岩、辉长岩和玄武岩混合物分别将截面最大温度降低了1.05°C、0.76°C、0.59°C和0.45°C。截面温度范围从SMA的1.66°C降至半柔性路面的1.30–1.50°C。冷却差异集中在道路上方和建筑物之间的较低空间内。随着高度的增加，不同情景之间的差异减小，因为峡谷通风和背景大气条件越来越控制空气温度（Qin et al., 2022, Zhao et al., 2025）。因此，路面材料的影响在较低的道路峡谷内最强，那里路面释放的热量直接影响道路附近的微气候。通过减弱下午的暖层，半柔性路面减少了道路表面对暴露的交通走廊的热负荷。

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图23. 垂直空气温度分布。

4. 结论

本研究将保水半柔性路面的冷却设计从浆料阶段扩展到集料骨架。浅色集料在暴露时增加表面反射率，随着水分损失导致蒸发冷却减弱，从而减少太阳热输入。主要结论如下：

(1) 浅色集料的暴露显著增加了路面的反照率。石灰石混合物的反照率从23.3%上升到57.8%，而花岗岩达到47.4%，而辉长岩和玄武岩的光学增益有限。相对于SMA，半柔性路面将峰值表面温度降低了8.11–11.01°C；反照率每增加10个百分点，表面温度降低0.67°C。

(2) 较高的反射率也减缓了白天的水分消耗。在14:00时，初始水量的47.4%–57.8%仍然存在，支持在路面加热高峰期继续蒸发。剩余水分比例随抛光程度的提高而增加，石灰石和花岗岩的增益最大。

(3) 花岗岩提供了良好的热力学-机械平衡。石灰石提供了最强的冷却效果，但断裂能量最低，而辉长岩和玄武岩通过提高24.9%–36.7%的断裂能量来改善冷却效果。花岗岩结合了47.4%的反照率和比石灰石高18.4%的断裂能量，以及84.6%的TSR（抗裂性指标）。

(4) 路面冷却效果延伸到道路附近的空气环境。ENVI-met预测，在z = 0.20 m处，石灰石的最大近地面空气温度降低1.07°C，花岗岩为0.86°C。这种效果在下午加热期间最明显，集中在道路上方和较低的街道峡谷内。

总体而言，浅色集料有助于在储存的水分减少时维持保水半柔性路面的冷却效果。需要长期现场监测来评估反射率、水分可用性、抗滑性和在交通和湿-干循环条件下的冷却变化。

CRedI作者贡献声明

Lu Qun：撰写——审稿与编辑，撰写——原始草稿，方法学，正式分析，数据管理，概念化。

Sha Aimin：监督，资源获取。

Chen Yujing：正式分析。

Liu Xinghua：调查。

Cao Yangsen：概念化。

Jiang Wei：项目管理。文秀娇：项目管理工作。群璐、艾敏莎、余静晨、兴华刘、杨森曹、魏江、文秀娇