新型路面材料應用研究

馮 振 葉巧玲

重慶交通大學土木工程學院

新型路面材料應用研究

馮 振 葉巧玲

重慶交通大學土木工程學院

目前我國進入了發展新階段，城市化的進程也進入了緊張發展階段。道路是城市的血管，其功能在于為城市發展提供交通基礎，道路的功能性非常重要且涉及的其他領域很多。在我國改革開放之后，中國特色社會主義經濟落實中，公路的建設也受到關注并經受了大力發展。

新型路面材料；納米改性瀝青；道路建設

1 引言

我國當前公路的總里程數共計已達133萬km，在全國所有道路中，高速公路總長已經超出了11000km。國內的公路規模位居世界前列，廣闊的需求空間為公路建設提供了大量的資金及技術，推動了公路建設產業的發展。公路建設中的材料對道路施工方式方法、工程造價、后期維護等多方面具有主導影響。新型的路面材料發展的非常快，衍生出了多種多樣的新型路面材料。這些路面材料能夠克服傳統材料的落后性能，為交通提供更好的環境，保障交通通行安全與路面維修投入的降低。

道路的路面使用的材料大多是鋪設筑路材料在路基之上，這樣的層疊構造是承載車輛提供行駛條件的基礎，道路為車輪提供推動車輛前進的摩擦力，但路面系統在實際投用之后遇到了多種多樣的問題。1.路面材料會經受車輛行駛中所產生的重復作用，因此導致路面發生形變，并且在形變中破壞路面。2.道路所在地的日常溫度、地質、水文狀況都會對路面的施工以及承載能力構成影響。3.車輛行駛中的減速、加速都會產生激烈變化引起的摩擦力。以剎車為例，剎車時車輛輪胎產生的摩擦力甚至會導致輪胎在道路上留下車轍印記，這種變化比較劇烈的摩擦力一但在路面不夠平整的區域發生，極易引起車輛運行的穩定性，甚至發生交通事故。4.公路的抗滑性能非常重要，車輛的行駛都是依靠摩擦力，車輛的穩定行駛也與道路的抗滑性能密切相關，保證公路的抗滑性能才能減少車輛的滑移危險。5.車輛在道路上的行駛過程中，掀起的揚塵具有污染作用[1]。

就以上路面產生的問題來看，需要進行改變和創新，完善路面系統提供更安全、舒適的行駛環境給駕駛人。目前針對以上問題要求路面應當具備更高的強度，并且在穩定性上的要求也更嚴格，路面材料所能夠提供的穩定性及平整度、摩擦阻力系數也都有新的指標。新型的路面材料應當具備減損、低污染的能力[2]。當前我國的道路主要仍是土石路面、水泥混凝土路面以及瀝青路面為主，在材料與技術不斷升級的推動下，將會出現更多種類的路面，新型路面材料也會變得更加豐富，能夠滿足各類路面的需求[3]。

2 路面材料的現狀

2.1 土石路面

土石路面是最為傳統的筑路材料，目前在我國的大部分山區、落后農村中，很多鄉村道路仍是土石路面為主。在一些工程項目工地上，一些臨時道路也選擇這種路面材料，因為這種路面的可塑性極強，成本非常低廉，其負面特性則主要是體現在穩定性及平整度兩方面上。

常規的土石路面大多使用的石材和沙土作為主材，其中的石材大多都是地表風化作用產生的碎石、拋石，這種石料可以不經加工直接作為路面材料使用，直至20世紀60年代，我國仍以這種材料作為主要的道路路面施工用材。

2.2 水泥混凝土路面

水泥混凝土是目前所有工程中廣泛使用的建筑材料，在道路施工中，將水泥混凝土作為路面主要材料的道路比比皆是。水泥在拌合了骨料、外加劑等多種材料之后能夠制作出混凝土混合料，再經過澆筑、壓制等施工后，混凝土硬化成型最終成為路面。這種水泥混凝土材料施工的路面具備極高的強度，路面的性能很穩定，但是路面的摩擦力相對較小，多用在工廠內部的路面上，在城市中的人行道、停車場以及廣場等產所的應用也很多。隨著混凝土技術的發展，各類添加劑也變得豐富起來，這就使得利用混合料建造的路面具備多種多樣的形態和性能，路面的美觀度也較好[4]。

2.3 瀝青混凝土路面

瀝青混凝土路面采用的主要材料為膠結材料瀝青，并且混合粗細骨料以及礦物粉末在規定的配比下拌合加工成路面材料，然后利用鋪壓設備施工[5]。這種瀝青路面具有極強的柔韌性，形變的性能也很好，施工中可以不設置伸縮縫，采用這種材料的路面不僅平整度良好，連續性也比較優越。在吸聲減震方面，瀝青路面也表現出其優越性，能夠提供更安全平穩的行駛環境供車輛高速的行駛，高速公路以及一級公路、高級路面的材料都是選擇這種材料施工。

3 功能型路面

3.1 高模量抗車轍瀝青混凝土路面

車轍是破壞導致路面變形的主要元兇，在瀝青路面的修補維護統計數據中表明，80%的維修養護是因為車轍導致的變形。瀝青混凝土路面所常見的開裂、水損問題都不及車轍引起路面變形的危害大，車轍引起的路面變形能夠對交通安全構成直接威脅，在瀝青混凝土路面的材料選擇中挑選最適級配類型，配合石骨料性質徐州呢具備更強粘度的硬質瀝青，這樣可以從瀝青混凝土模量入手來改善路面的抗車轍能力，這種高模量的混凝土路面勁度模量更卓越，并且在高溫環境中的抗變形能力也很優秀[6]。

3.2 多孔排水降噪瀝青混凝土路面

具備多孔隙構造的瀝青混凝土路面其孔隙結構，令其路面內部存在連通孔隙。這種空隙可以提供更好的排水能力，這種空隙對高溫穩定性、抗磨損、摩擦力性能方面也有一定幫助。這種多孔結構的新型路面已經廣泛的在美國、日本等發達國家公路施工中應用，對比傳統常規的混凝土路面，具有更強排水性的路面在經受大降水量惡劣天氣時，能從容面對。這樣不僅將大量的降水補充到土壤中，提高了土壤的施毒，對城市大環境的溫度濕度也起到了宏觀調控的作用，路面的孔隙率對能量的吸收能力也較強，大面積的路面對城市溫度、濕度影響也有所緩解，還能吸收車輛行駛產生的噪音，提供更好的行車環境[7]。

3.3 抗凍路面

這種抗凍路面采用的瀝青材料添加了鹽作為添加劑來降低冰雪冰點，這樣就使得路面具備了抗凍性能，路表面的嵌入材料通過較大的變形特點能夠讓覆蓋的冰雪易剝離，這樣的材料能夠減少路面結凍成冰的惡劣情況[8]。很多寒冷地區的高速公路以及特殊要求的高級公路為了保障行車交通安全，都采用了這種材料及施工工藝來建造道路。

3.4 彈性路面

路面材料對于路面的力學性能影響很大，瀝青混凝土材料的路面是柔性路面，在這種柔性是將比較混凝土路面而言的，經過這種彈性路面時，能夠直接的感受到路面提供的彈性力，這就減少了作用到接觸面上的沖擊力，這種路面能夠提供更舒適的行走感受，對運動員的彈跳力也有幫助。這種路面多用于運動場等供人們運動、競技的場所，彈性路面的材料多采用的是聚氨酸脂、橡膠微粒以及硬泡沫等物質，并且還可以混入其他軟木等粒材來調解景觀效果。

3.5 磁性導向路面

在路面材料的攪拌中，直接混入磁粉并且鋪設出一定的形狀，這樣手持磁感應杖的盲人能夠在道路中感受到導向，在很多殘疾人群常活動的場所中，能夠提供安全保障，在一些積雪高發的路面，這種路面也能夠提供導向功能，減少事故的產生。

4 環保型路面材料

當前正式可持續發展的重要階段，環保在各行各業都有了新的要求。環保型的路面材料應當具備低損耗、低污染等特性，目前經濟的發展導致車輛激增，車輛超載情況也很多。路面的病害情況因此變得復雜且頻發。以路面瀝青材料為例，目前新研發的多孔瀝青路面材料是一個熱門，這種路面的透水性能卓越（圖1），能夠利用材料的空隙將大量的水排到路基下的土壤中。及時的排水能減少路面結凍以及存水導致的車輛滑移。大量的道路在太陽光的照射之下，會吸收大量的日光熱輻射，熱輻射產生的高溫環境甚至會融化瀝青或破壞路邊自然環境，國內已經有多處高速公路導致的周邊環境惡化，甚至影響了鳥類的生存，這種新型路面對溫度能量的吸收也減少了道路對自然界的熱輻射危害，從根本起到環保功能[9]。

圖1 透水瀝青路面與普通路面透水對比

5 瀝青材料的應用

當前我國的高速公路是交通發展的重要基礎設施，并且在改革開放以及經濟穩步發展局勢下，公路建設也是發展任務的重要組成部分。公路施工中，對路面需要多加考量，路面材料對今后的道路使用具有極大的影響。當前高速公路在施工中多使用瀝青材料，這種材料建造的瀝青道路在材料使用中，選擇的結合料能夠影響路面的性質與壽命。以潮濕環境為例，這種環境下的瀝青路面需要瀝青和集料具備更好的粘性[10]。在設計路面的時候，可以選擇使用消石灰解決材料老化問題以及水損害問題，這種以消石灰為主的抗剝離劑提高了瀝青與集料的粘附性能。而消石灰這種礦粉填料的添加可以填充孔隙，提高瀝青材料的剛性。

瀝青路面因為其良好的柔韌性，路面不會產生縱橫縫隙，并且成品路面的平整度更高，能夠減少車輛行駛的顛簸程度。瀝青路面的面層因為存在構造深度，不會產生炫光，駕駛員不會受到炫光刺激。瀝青路面的施工機械化應用度也比較高，這就避免了因為人工導致的誤差與拖延情況。而隨著瀝青路面的使用，也發現了很多問題，改性瀝青應運而生，但改性瀝青的易老化性以及降解性質都使得瀝青道路的維修、維護成本很高。

添加了納米粉粒材料的瀝青對比常規的改性瀝青，具備更好的特性。以TiO2/CaCO3納米材料充當改性劑為例分析，通過車轍實驗與馬歇爾實驗可以看出這種納米瀝青的抗變形能力卓越，并且抗裂性及滲水性都很好。

表2 TiO2/CaCO3納米瀝青混合料車轍試驗

表3 TiO2/CaCO3納米瀝青混合料馬歇爾實驗

這種納米瀝青的制備成本比較低，納米改性劑的成本僅是SBS改性劑的30%左右，這種材料的施工工藝也非常簡單，這種材料建造的路面抗老化性能卓越，后期維護的投入很少，高回報低成本的優勢很強。

6 總結

我國的公路規模位居世界前列，廣闊的需求空間為公路建設提供了大量的資金及技術，推動了公路建設產業的發展。公路建設中的材料對道路施工方式方法、工程造價、后期維護等多方面具有主導影響。路面建材的應用應當考慮到道路的主要承載車輛，并且結合施工地區的當地現狀，應用最適路面材料，這樣才能夠確保道路正式投用之后能夠發揮道路的功能價值。納米材料是當前的研發熱點，將納米添加劑加入改性瀝青中，是路面材料技術的革新與發展。這種納米技術能夠幫主路面提高抗損能力，減少材料成本。納米技術的應用對于其他各類路面材料仍有極大地發展空間，在今后對路面材料的研究中，應當注重技術創新，研發出更多功能性的路面材料，為我國道路建設提供支持。

[1]潘寶峰.動水壓力作用下路面材料損傷的評價方法研究[D].大連理工大學,2010.

[2]胡宗文.路面材料收縮變形試驗研究及路面結構熱—力耦合分析[D].長安大學,2006.

[3]向源,張蘭軍.道路路面材料發展現狀及趨勢[J].公路交通技術,2007(2):75～79.

[4]佘宇晨,林輝,孫華.主要道路路面材料高光譜特征分析[J].中南林業科技大學學報,2014(11):120～123+139.

[5]丁慶軍,沈凡,劉新權,劉祖國,胡曙光.透水型瀝青路面材料的降噪性能[J].長安大學學報(自然科學版),2010(2):24～28.

[6]鄭曉衛.城市道路保水降溫路面材料的開發與研究[D].重慶交通大學,2009.

[7]黃沖.半柔性路面材料的體積穩定性與抗裂性能研究[D].武漢理工大學,2010.

[8]張海濤.高速公路路面材料與路面設計施工[J].東北林業大學學報,2001(1):66～69.

[9]薛曉飛.基于低影響開發的城市路面材料與結構研究[D].北京建筑大學,2013.

[10]楊修志,張勝,唐相偉,張傳禮.舊路面材料冷拌再生基層施工工藝與質量控制[J].公路,2004(2):137～140.

作者：馮振，男，漢族，江蘇泰州人，碩士在讀，主要從事路面材料和路基邊坡穩定方面研究。