道路工程新材料新技術應用綜述

鄂 宇 輝

(遼寧省交通工程質量與安全監督局，遼寧 沈陽 110005)

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道路工程新材料新技術應用綜述

鄂 宇 輝

(遼寧省交通工程質量與安全監督局，遼寧 沈陽 110005)

簡述了目前道路工程中存在的一系列問題，從高模量瀝青混凝土、綠色環保路面、路面檢測技術三方面，介紹了道路工程中新材料新技術的特點及應用現狀，對延長道路的使用年限，提升道路的服務水平有一定的意義。

道路工程，高模量瀝青混凝土，路面，3D激光檢測技術

改革開放以來，我國的道路建設不斷發展，公路運輸狀況有了明顯改善。但由于公路運輸交通量的不斷增加，仍然存在著公路等級低、公路網密度不夠等問題。因此，我國需加大對道路建設的投入與發展，尤其在公路建設的材料、技術方面。因此，大量的新材料、新技術不斷出現在道路建設中[1]。

1 高模量瀝青混凝土

文獻表明[2]，從1980年開始，國外就著手研究高模量瀝青混凝土(HMAC)，特別是法國，在這一方面更是遙遙領先，經過大量的試驗，制定了有關高模量瀝青混合料的設計規范和技術標準。HMAC是一種整體模量較高、抗疲勞性能良好的路面材料。按照法國瀝青混合料設計規范體系(NFP—140)的定義[3]，只有當動態模量(15 ℃，10 Hz)大于14 000 MPa 時，這種瀝青混凝土才可以被稱為“高模量瀝青混凝土”。在道路工程中使用高模量瀝青混凝土，提高了路面抗疲勞特性，大大延長了道路的使用壽命[4]。

經調查[5]，在法國，有超過一半的公司使用較低標號瀝青，主要采用的是20號瀝青來提高瀝青混凝土的模量；隨著高模量專用添加劑產品的日益成熟，往瀝青中添加高模量改性劑逐漸成為流行，越來越成為大眾公司的選擇。目前，應用最為廣泛的就是PR Module外摻劑。

但由于中國與法國使用的瀝青混合料設計規范體系不同，直接使用法國的設計方法是不可行的，必須結合中國的實際情況，設計出相應的方法。文獻[6]中，作者通過試驗得到了高模量瀝青混凝土的組成設計方法，并通過馬歇爾試驗對混合料進行性能驗證，結果表明所得到的高模量瀝青混凝土明顯提高了其耐高溫性能，調整后的設計方法可以用在含有外摻劑的HMAC中。

2 綠色環保路面

綠色環保路面是指路面在滿足行車安全等基本道路路面要求以外，還具備低吸熱、低噪聲和減少汽車尾氣等對環境友好功能的路面。在目前的應用研究中，綠色環保型瀝青路面可以分為低噪聲路面、低吸熱路面以及尾氣分解型路面[7]。

2.1 降噪型路面

降噪型路面的主要形式有多孔隙瀝青路面、瀝青橡膠路面、SMA路面、開級配抗滑磨耗層(OGFC)及多孔彈性瀝青路面等類型[9]，2004年 P.S. Kandhal對世界道路聯盟的多個國家所得到的測試結果，進行了一系列的對比分析。盡管每個國家所提供的測試結果有許多差異,但路面噪聲總的規律沒有發生變化。它的規律是:開級配抗滑磨耗層

2.2 低吸熱路面

低吸熱路面在如今全球變暖的氣候中顯得尤為重要，它是通過改善路面與大氣之間的水熱循環、熱傳導、熱輻射等作用來減少對環境的不利影響。低吸熱路面按照其改善因素主要分為三大類，分別是保水式瀝青路面、遮熱式瀝青路面和熱阻式瀝青路面。

保水式瀝青路面，顧名思義，是一種主要通過保存水分來降低道路表面溫度的新型路面，這也就決定了這種路面更多的應用于城市次級干道以及夏季有較多降水量的區域，對于那些降水較少，甚至干旱缺水的區域則無能為力。這種路面的主要結構通常是大空隙的路面結構，在空隙中填充較多的保水性材料來達到降溫的目的，這種結構也就說明此種路面并不適用于那些具有繁重交通的主干級道路。在降水時，道路中的保水性材料可以很好的在微孔中保存水分，在太陽出來路面溫度開始上升的時候，又能夠通過水分的蒸發來吸收熱量，進而降低道路表面溫度。

熱反射涂層技術作為一種能夠有效降低道路表面溫度的方法被廣泛應用于遮熱式路面，其主要原理是通過減弱熱能在瀝青混合料中的累積來降低溫度，這種功能的實現源于改變瀝青路表面的熱輻射吸收特性，進而將多余的來自太陽輻射的能量反射回去。

太陽熱反射涂層中的顏料粒子能夠大幅度的減少道路表面吸收的太陽輻射，這種特性的存在能夠很好的降低瀝青路表面還有內部溫度。因此，遮熱式路面更多的采用在表面層涂覆太陽熱反射涂層來達到降溫的目的。

熱阻式路面是通過選用熱阻材料代替一般混合料中普通礦料，阻礙或減少熱量向路面內部傳遞，從而降低瀝青路面的整體溫度。按形態可分為板狀、膏(漿)狀、微孔狀、纖維狀、粒狀、復合型等；按材質可分為有機熱阻材料、無機熱阻材料和復合型熱阻材料三大類型[11]。考慮到熱阻路面水穩定性比普通瀝青路面的稍差，一般適用于降水量少的地區。

2.3 尾氣分解型路面

尾氣分解型路面作為一種新型路面，其主要特點是在瀝青基體中加入了TiO2納米光催化材料，或者用納米光催化材料制作環保材料，刷在道路路面上。其作用機理是利用納米光催化材料，將汽車尾氣進行化學轉化，形成二氧化碳釋放在空氣中，以此來減少汽車尾氣對大氣的污染。

相關研究證明：瀝青混合料中加入TiO2會明顯降低混合料的水穩定性，所以尾氣分解型路面很少應用在一些大孔隙瀝青混合料中。文獻[12]提出了一種新的思想：提高瀝青膠漿的粘度，形成一種新的三維網絡結構，這樣就能提高瀝青與礦料之間的粘附性。與此同時，也提高了混合料抵抗水剝離的能力，提高了路用性能。

3 路面檢測新技術

3.1 激光3D圖像檢測技術原理

多年來，由于檢測技術的局限，我們通常只按照路面的二維性能，將路面劃分成橫斷面、縱斷面、紋理等指標進行檢測。實際上，路面是一個三維立體的實體，像車轍、坑槽、壅包等都反映在了三維信息上。所以，今后道路檢測的發展方向將會逐漸向路面三維檢測技術靠攏[13]。

激光3D圖像檢測技術適用于在復雜環境對路面進行快速掃描測量，一般采用非接觸式高速激光測量方式，直接獲得激光點所接觸的路表面的色彩信息、三維坐標和反射強度。

3.2 3D激光檢測技術實現

通過兩個發射激光單元，掃描4 m范圍內的路面表面，并用大量三維點云信息重新構成路表面結構，這樣就實現了3D激光檢測技術。它可以用來檢測路面的平整度、車轍、構造深度和破損狀況。三維激光技術的檢測深度分辨率達0.5 mm，橫向為1 mm，縱向間距為1 mm～5 mm，并且可以調節間距。所以，通過精準的測量，可以輕松獲得車轍、坑槽與橫、縱裂縫等病害特征。

與常規檢測技術相比，3D技術擁有許多優點，比如說測試對象范圍廣、靈敏度高、檢測深度大、準確定位缺陷、成本低廉，也便于現場使用等眾多優點，但是，3D檢測技術難以對路面結構內部的缺陷進行有效檢測。

4 結語

國家的發展水平不僅體現在GDP等經濟領域上，基礎設施的建設也十分重要。在道路施工中，我們應該科學有效的使用新材料、新技術，做到在增加道路使用壽命的同時， 提高路面的服務水平，降低成本。本文僅僅是對目前國內道路工程應用的新技術、新材料做簡要介紹，還有很多沒有涉及到的地方，需要在今后的學習中繼續發現、探索。

[1] 季 煜.市政道路施工中新材料應用分析[J].科技創新與應用，2015(11):208.

[2] 長安大學高模量瀝青混凝土研究課題組.高模量瀝青混凝土路面應用研究[D].西安:長安大學，2008.

[3] HJ Lee,JH Lee,HM Park.Performance evaluation of high modulus asphalt mixtures for long life asphalt pavements[J].Construction and Building Materials,2007,21(5):1079-1087.

[4] 羅承軼.高模量瀝青混凝土材料組成設計及路用性能研究[D].重慶：重慶交通大學，2011.

[5] 馬 峰，傅 珍.硬質瀝青和高模量瀝青混凝土在法國的應用[J].中外公路，2008，28(6)：221-223.

[6] 沙愛民，周慶華，楊 琴.高模量瀝青混凝土材料組成設計方法[J].長安大學學報，2009，29(3)：1-5.

[7] 鄭南翔.瀝青路面養護技術及新材料新技術[A].瀝青路面養護新材料應用技術研討會專家文稿[C].2014.

[8] 隋文峰.高速公路噪聲的綜合治理[J].山東林業科技,2005(6):38-40.

[9] 苗英豪，王秉綱.瀝青路面降噪性能研究綜述[J].中外公路，2006，26(4):65-68.

[10] P.S.Kandhal.How Asphalt pavement mitigate tire pavement noise[J].Hmat Hot Mix Asphalt Technology,2004,3(4):22-31.

[11] 明朝暉.熱阻式水泥混凝土路面研究[D].西安：長安大學，2011.

[12] 周曉東.尾氣分解型瀝青混合料路面材料設計研究[J].中外公路，2014，34(3)：261-264.

[13] 馬榮貴.路面三維檢測系統原理及方法研究[D].西安：長安大學，2008.

Application of new materials and technology in road engineering

E Yuhui

(TrafficEngineeringQualityandSafetySupervisionBureauofLiaoningProvince,Shenyang110005,China)

The paper briefly introduces a series of current road engineering problems. Starting from three aspects of HMAC, green environment protecting pavement and pavement detection technology, it describes new material and new technology features in road engineering and its application status, which has certain meaning for prolonging road service life, improving road serving level as well.

road engineering, High Modulus Asphalt Concrete(HMAC), pavement, 3D laser detection technology

1009-6825(2016)26-0156-03

2016-07-03

鄂宇輝(1980- ),男，高級工程師

U414

A