过去几十年里，由于气候变化，全球气温上升，人们受到了严重的影响。城市受到的影响尤为明显：城市通常比周边农村地区更热，这种现象被称为城市热岛（UHI）[1]。这种效应主要是由人为排放以及快速城市化引起的，城市化导致建筑物、道路和基础设施的大量增加，而绿地却减少了。因此，城市区域会捕获和储存热量，因为人造材料——尤其是像沥青铺装这样的深色表面——比自然表面吸收和保留更多的能量[2]。
不断上升的城市热量带来了显著的健康风险和环境挑战。高温增加了与热相关的疾病风险[3]，提高了能源需求[4,5]，并导致了过多的热量和空气污染物排放[6]，包括温室气体。随着城市化和气候变化的持续，预计UHI效应会加剧，这使得缓解策略成为可持续城市发展的核心要素。这些策略包括冷却铺装[7]和冷却屋顶[8]，扩大城市绿地[9]和蓝色空间[10]，以及具有气候敏感性的城市设计[[11], [12], [13]]，包括增强雨水滞留能力[14]。由于超过30%的城市表面是铺装的[15]，其中大部分是沥青，道路表面被广泛认为是UHI的主要贡献者[[16], [17], [18]]。因此，冷却铺装被认为是一种实用且有效的缓解策略，特别是在其他冷却选项（例如绿色和蓝色基础设施）不可行的情况下[[19], [20], [21], [22]]。
“冷却铺装”是指旨在最小化热量吸收或相对于传统铺装增强冷却效果的铺装材料或技术[[23], [24], [25]]。虽然铺装级别的表面冷却效果已有充分记录，但对近地表空气温度的影响尚不确定[26,27]，这取决于处理区域的空间范围和配置。社区级别的应用报告显示近地表温度有适度但统计上显著的降低[20,21,26,27]，建模表明可能需要公里级别的覆盖范围才能在地面以上2米处产生可测量的温度变化[[28], [29], [30], [31]]。冷却铺装通常分为透水铺装和反射铺装两类。透水铺装允许水分渗透并促进蒸发冷却，而反射铺装则增加太阳反射率，即反照率（α），从而限制辐射热量的吸收[[23], [24], [25],32]。在有利条件下，这两种方法都可以显著降低表面温度，并具有额外的好处，如透水系统可以改善雨水管理并减少噪音，而冷却表面则降低了车辙和松散的风险[[29], [30], [31], [32], [33]]。然而，透水设计依赖于水分的可用性，在干旱或维护受限的环境中可能会因杂物堵塞而失去效果，从而降低水分渗透和蒸发冷却能力[29,31]。
反射铺装的设计目的是提高反照率——定义为反射（R）与入射（I）太阳能量的比率：——从而减少热量吸收，使表面温度保持较低。高反照率可以通过涂抹反射涂层或在表面层中嵌入浅色骨料来实现。值得注意的是，利用对近红外辐射具有选择性的颜料也可以提高反照率，从而在不改变表面外观的情况下增加太阳反射率[30,[34], [35], [36]]。
实验室测试表明，涂层的沥青相比未经处理的样品可以降低表面温度多达15°C[37]。反射涂层在白色混凝土瓷砖上同样有效[38]，在较高的峰值太阳辐射下降温效果更为明显[39]。在极端沙漠条件下，这种强烈的降温潜力得到了证实，涂层将铺装反照率从0.24提高到0.70，表面温度从60°C降至47°C[40]。然而，现场规模的试点项目通常显示的降温效果比实验室基准更为温和，且受现场条件影响。在亚利桑那州菲尼克斯，处理过的沥青表面在高峰时段比未经处理的沥青混凝土低约5.0°C至8.4°C[20]，而在德克萨斯州圣安东尼奥的一个试点项目中，与未经处理的对照地点相比，平均降温幅度为2°C，与新铺装的路面相比最高降温幅度为10°C[21]。
然而，反射涂层可能存在局限性：眩光和较高的平均辐射温度可能会给行人带来不适，并增加相邻建筑物的热负荷[41]，而且随着风化、磨损和污染，其性能可能会下降[23,34]。它们的使用寿命通常较短，增加了维护成本和相关环境负担。生命周期评估显示，与相同厚度的碎石或浆料密封剂相比，它们的环境影响和能耗更高[42]，这通常是由于TiO?含量较高，导致比传统骨料更高的嵌入能量和成本。
一种克服高反照率涂层局限性的方法是使用本身具有高太阳反射率的浅色骨料来制作冷却铺装。碎石密封剂——即将沥青粘合剂应用于现有铺装，然后撒上高反照率的骨料并碾压——最初可以达到接近骨料本身的反照率，但这种效果通常会随使用时间的增加而下降，并在几年后趋于稳定。据报道，每增加0.1的反照率，表面温度可以降低4–6°C[43,44]，强化型碎石密封剂相比传统铺装可以降低12°C的温度[45]。其缺点包括铺设复杂性和成本较高，尤其是在高剪切（急转弯）和高速度区域[43]。其他方法包括在新铺设的沥青上添加消石灰，制成浅灰色的铺装，这种铺装比传统的黑色沥青低约3°C[46]。瑞士最近的现场试验研究了使用明亮的燧石骨料部分替代标准矿物材料在密集和多孔沥青中的应用。特别是当与表面处理结合使用时，这种方法可以将铺装表面温度降低超过6°C[47,48]。在另一种类似的方法中，用石灰石替代传统骨料，并结合喷砂处理去除表面沥青层，使新的沥青混凝土反照率从0.08提高到0.20，但没有报告相应的表面温度降低[49]。
除了这些单独的示范项目外，基于骨料的解决方案还具有根本的耐久性优势。与涂层不同，使用高反照率骨料制成的沥青铺装的反射率是结构上集成的，因此不易退化，减少了定期重新涂抹的需求[37,42]。根据当地条件，这些铺装的使用寿命为5到20年，可以降低维护成本和环境足迹，使高反照率骨料成为可持续城市应用中具有成本效益的选择[42]。值得注意的是，反照率的时间演变取决于所采用的冷却技术。未经处理或添加了骨料的沥青表面随着粘合剂的氧化和骨料的逐渐暴露而提高反照率[39,43,50,51]，而表面涂抹的反射涂层通常会因污染和风化而随时间降低反照率[23,34]。
尽管取得了这些进展，但对于不同类型沥青中完全用明亮天然骨料替代标准骨料的基于矿物的系统的现场证据仍然有限。关于旨在暴露嵌入的明亮骨料的实际铺设后表面处理的有效性的比较证据也很少。此外，目前还缺乏指导设计和部署的基于矿物的冷却铺装的实际表面温度-反照率关系。要解决这些空白，需要设置代表相关混合料和表面处理组合的并行现场测试段，并通过一个一致的参考期进行监测。
为了解决这些空白，我们进行了一项现场规模的评估，其中磨耗层的矿物成分完全被高反照率的地面碳酸钙（GCC）骨料替代。测试了两种8毫米的沥青混合料：一种是含有常规沥青的普通热拌沥青（AC），另一种是具有更高宏观纹理和聚合物改性沥青（PmB）的变形抗性变体（AC MR）。为了暴露明亮的骨料并提高反照率，我们应用了三种实用的铺设后表面处理方法：水力喷砂、水平研磨和撒砂。测试段安装在瑞士Egerkingen的一个停车场，并在一个没有交通的夏季进行监测，以隔离反照率的内在演变。我们测量了反照率和表面温度，以未经处理的新鲜沥青铺装作为参考，将观察到的降温效果与特定的设计变量联系起来。跟踪了第一个自然风化季节的反照率变化，并将其与相应的表面温度降低联系起来。建立了表面温度与反照率变化之间的线性关系。这些发现扩展了现有的基于骨料的文献，并特别适用于停车场和低交通量的街道，因为在这些地方GCC的机械性能和城市热缓解效果非常明显。总体而言，这项研究提出了一种可扩展的实现途径：通过将明亮的GCC完全嵌入标准磨耗层，我们展示了一种在现场规模上得到验证的结构集成反射率的实际方法。通过多年监测和专门的生命周期评估，强调了耐久性和生命周期性能的关键优势。
