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专业硕士学位论文

基于耐污亮化材料的公路隧道节能与

安全技术应用研究

2023613

年月日

摘要

公路隧道作为现代公路网络中不可或缺的一部分，对我国经济发展起着重要

的作用。随着公路隧道的规模及数量的增加，隧道照明所带来的能源消耗巨大。同

时公路隧道作为特殊的结构，容易因亮度不足造成严重的安全问题。因此在公路隧

道运营中保证安全又降低能耗变得尤为重要。耐污亮化材料作为疏水材料的一种，

用在隧道侧壁上可以充分发挥其耐污性及自清洁的性能；此外透明的属性可以与

高反射率材料结合提高整体亮度，降低灯具使用功率。本论文以耐污亮化材料作为

研究对象，研究自身性能是否符合隧道环境要求，而后以接触角和反射率为指标深

入研究耐污性能及自清洁性；在耐污效果优异的基础上，模拟隧道环境，研究不同

色温与亮度下对安全的提升效果。最后结合实际工程，验证节能安全效果。论文的

主要研究内容和结论如下：

（1）根据隧道侧壁材料的要求和相关标准，进行了一系列实验，以评价耐污

亮化材料的耐水性、耐酸碱性、高温稳定性和抗紫外线老化性。实验结果表明，该

材料的性能达到了必要的要求。无论是刷涂还是喷涂方法，它们之间并没有明显的

差异。喷涂方法适用于较大的平面，而刷涂则更适合较小的平面。此外，该材料还

表现出出色的自清洁性能，这可以减少清洁侧壁所需用水量，并节约能源。

2

（）添加改性纳米二氧化硅到水性涂料中可以提升涂料的耐污性能，最优比

例为3wt%的改性剂含量和5wt%的添加含量，可以提升耐污性能约28%。对比分

析了水性丙烯酸涂料、负离子纳米硅涂料、最优改性涂料以及耐污亮化材料的耐污

性能。其中，耐污亮化材料在防尘土方面表现最佳，其反射率下降系数不超过10%，

远优于其他三种涂料。在耐油污方面，四种涂料的反射率下降系数均不超过10%，

表明它们的耐油污效果都很好。综合分析表明，耐污亮化材料的耐污性能最佳，相

70%

比其他三种材料，最高可提升耐污效果。因此，将该材料应用于隧道侧壁不仅

可以保持亮度的持久性，提高路面亮度，而且还能减少清洁次数，节约能源。

（3）通过隧道光环境模拟，探究不同色温与亮度下的视看距离，进而为选择

合理的隧道照明环境提供依据。结果表明视看距离受到色温跟亮度的共同影响，不

同的色温亮度下，视看距离的变化规律不同。色温为3000K时，其视看距离是最

低的，说明色温为3000K不适合应用到隧道里。低亮度时选择4000K左右，视看

距离较好，高亮度时选择5400K效果最好；在明视觉条件下，亮度增加幅度过小，

效果不明显；增量大于6cd/㎡时，视看距离才会大幅度提升；局部亮度过大会产

生眩光，降低安全性。

（4）以灰色小目标为对照组，探究了不同颜色小目标的在亮度和色温下的视

I

看距离规律。结果表明：蓝色、红色、绿色、黄色小目标的规律跟灰色小目标相似。

相比其他颜色，红色和绿色具有更远的视觉距离，这意味着它们更容易被发现。因

此，将他们用在隧道侧壁可以起到在紧急情况下增强诱导、警示并提高安全疏散引

导的作用。各颜色在最佳的亮度和色温下增加驾驶员的反应时间不同，红色为1.5s，

绿色为1.1s，黄色为1.1s，蓝色为0.83s。

（5）将耐污亮化材料应用于丰盛隧道侧壁，并对其亮化效果、耐污效果、节

能安全及经济效益进行了研究。研究结果表明，使用这种材料可以提升路面亮度以

及隧道整体亮度。其中，中间段路面亮度提升幅度达到了26.8%，这大大提升了行

驶安全性。同时，该材料还具有良好的耐污性能和自清洁性能，使得隧道侧壁的清

60%1/4

洗养护效率提升了约，用水量也节约了约。在经济效益方面，将这种材料

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应用在长隧道中一年能够节约约万元左右。

关键词：公