路面工程的最新进展及未来趋势

王一帅

（浙江浙交检测技术有限公司，浙江杭州 310015）

1 沥青路面层间黏结

在路面结构的性能中，层间界面结合起着重要作用，尤其在沥青路面中，但由于缺乏对实际路用情况的测试，在路面分析过程中尚未充分考虑此因素。目前，层间黏结已成为路面领域热点研究课题之一。Le等提出了一种新方法，通过水平剪切反映模量表征路面层间相互作用，可以使用无损检测结果的反算，评估全面测试中试验路面的沥青层间界面黏结的现场状况，可以更好地了解沥青路面的结构行为，有助于更好地评估其长期性能。

2 沥青路面水稳定性

水稳定性是沥青路面破损产生的主要原因之一，在车辆荷载的作用下，雨水的渗入沥青导致路面的耐久性下降，造成破损。现有的部分试验方法可用于评价沥青与集料的水稳定性，松散、压实的沥青混合料试件均适用。除了试验测试方法外，大量文献中构建了种种机理与模型，并提出基本概念计算沥青胶结料在湿润条件下黏附或脱黏的热力学趋势，Soenen等总结了应用的相关测试方法。

3 新型铺装方案

根据最终的预期用途对路面进行功能性处理，在建筑技术和材料方面创造了不同的路面解决方案。在传统的沥青路面中，新的设计解决方案涵盖了特殊沥青混凝土（多孔或彩色沥青混合物）、铺路砖、鹅卵石路面或超薄磨耗层。铺路砖是鹅卵石或沥青人行道、自行车道以及老旧人行道的替代品方案，尤其在老城区，由于铺路砖生产和铺设成本较低，通常是旧路翻新的主要选择方案[1]。Tataranni建议使用废玄武岩粉，通过碱活化过程生产再生铺路砖，此类铺路砖为路面结构提供了充分的嵌锁作用。

光催化反应是用于水与空气净化的技术之一，通常采用固体半导体催化剂，如TiO2，这类催化剂被某些波长的紫外线所激活，催化降解空气中的CO、HC和NOx。空气中的NOx是高反应性气体的总称，大多数以NO和NO2的形式排放至空中。汽车燃料在燃烧过程中同样会生成NOx，这类物质通过与碳氢化合物发生光化学反应，导致臭氧层的减弱与城市酸雨。

光催化材料通常以直接共混、表面涂层以及喷涂的方式运用于实际施工当中，直接共混由于光催化材料被沥青所包裹，无法与可见光直接接触，导致光催化效率较低。研究人员针对这一特性，采用表面涂层或喷涂法进行改良，将光催化材料与微表处或超薄磨耗层技术结合，在路面上喷涂一定厚度的光催化材料，但存在喷涂材料耐磨耗性不佳、易脱落的问题，使得对光催化路面的耐久性能成为研究热点之一。

多样化的光催化新型材料的研发使可选择性大幅度增加，如氧化锌、二氧化锆、硫化镉以及石墨相氮化碳材料，受限于材料自身的性质特点，需要通过不同的修饰方法才能达到较好的路面光催化效果，如掺杂金属元素、表面化学修饰等。但这类材料在路面复杂的环境作用下容易受酸碱不平衡作用产生剥落，导致光催化性能较早产生下降。光催化类的新型铺装方案是未来研究的热点方向，对城市热岛效应与环境保护具有重要作用。

4 再生沥青路面（RAP）

再生沥青路面（RAP）是一种具有显著经济效益和环境效益的可持续发展路面施工技术。研究高RAP含量对热拌沥青混合料性能的影响一直是研究项目的重点，但研究RAP分数和粒径对单独使用粗粒或细粒RAP生产的高RAP混合料整体性能影响的相关文献较少。Saliani等认为，RAP颗粒尺寸对沥青混合料中总沥青含量影响显著，且通过传统沥青混合料录用性能测试和级配曲线设计，无法表征高RAP含量混合料中RAP颗粒的实际作用。

Holleran等将多孔沥青（PA）的RAP循环加入新的PA混合料中，使用定量纳米机械原子力显微镜（QNMAFM）和性能分级（PG）测试，评估了两种PARAP沥青的再生性能，建立了生物再生剂对RAP微观结构影响的模型，发现在纳米级和宏观尺度上测量的性质之间，具有较强相关性，表明RAP沥青的宏观性质是由沥青微结构中的极性分子和非极性分子间相互作用导致的，表明可以通过AFM中观察到的微观结构表征沥青胶结料宏观性质。

5 动态模量预测模型

热拌沥青混合料（HMA）的动态模量是基于黏弹性原理确定材料的基本应力-应变关系，以HMA性质、加载速率和温度的函数表示。由于存在大量的影响因素及各影响因素之间的非线性相关，开发动态模量预测模型是一项极具挑战性的任务。在Ghasemi等的研究中，从一系列实验室试验中获得的结果，包括混合料动态模量、骨料级配、动态剪切流变仪和混合料体积，用于创建数据库，并开发了一个用以估算动态模量的模型。

Eleyedath等提出了一种全新的主成分分析（PCA）–基因表达编程（GEP）方法预测沥青混凝土性能，将NCHRP 9-19研究期间开发的数据库用于研究此方法。所有参数（即变量）的信息都用作输入端，PCA有助于消除输入的冗余，同时提高精密度。主成分（PC）用于开发第一组预测模型，第二组预测模型基于个人PC的影响参数开发。通过两组的比较结果表明，使用变量作为直接输入获得的预测模型准确性较高。该模型与使用拟合指标优化的基于回归方程式的模型相比，新模型提供了更有效且准确的替代方案，且具有足够的灵活性，可将其与任何经过校准的新数据库一起使用。

6 排水路面的修建及路面结构设计

6.1 排水路面的修建

在城市路面中，对城市环境影响较大的就是路面表面透水性差，路面积水通通排向边侧排水沟造成城市内涝。考虑大孔隙排水路面在解决城市径流和城市热岛等问题的潜力，现阶段，城市自行车道、人行道、停车场以及非主干道上修建了较多排水路面。

有研究建议使用掺加高黏剂的明色沥青和浅石灰岩骨料生产排水性路面沥青混合料，采用合成骨料也是一种创新性生产与环境保护结合的方法。

相关研究使用9.5 mm的NMAS制备OGFC沥青混合料，采用40号和50号沥青，沥青含量为4%～6%，增量0.5%。选择最佳的沥青含量（OAC）的标准包括空隙率、排水量、渗透性和耐磨性（老化和未老化），根据AASHTO T283-14测量的间接拉伸强度和水稳定性，研究了沥青混合料的路用性能。

结果表明，沥青含量的增加导致空隙率、磨耗损失和渗透率值的降低，随着排水量的增加，两种情况下的间接拉伸强度测试（ITS）均得到了提高，说明抗潮湿敏感性较好。OGFC沥青混合物中沥青黏合剂添加比例的增大会导致覆盖骨料周围的沥青黏合剂的厚度增加。

向沥青混合料中添加4%苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS）与加入9.5 mmNMAS效果一致，可以改善混合性能并显示出更高的TSR（18.5%、16.4%和13.7%）。基于以上评估，SBS的使用使沥青混合料具有更好的体积和性能特性，改善了骨料与沥青之间的附着力，减少了HMA的剥离、水平变形，并提高了拉伸刚度模量值[2]。

6.2 路面结构设计

路面设计是一个针对路面的长期结构评估过程，难以设计出一种有效的方法来确定路面的实际原位力学性能，但通过无损检测可以确定沥青路面层底应变。

布拉格光栅（FBG）传感器是一种可在恶劣环境下替代传统应变测试仪器进行长期监测的仪器。Kara De Maeijer等概述了全世界范围内光纤传感器（FOS）在沥青路面监测系统中应用的最新发展，以确定这些系统是否能为长期监测提供稳定的测试结果。

路面设计中，流变性能通常被用以确定热拌沥青混合料（HMA）在柔性路面中抵抗永久变形的能力。Islam等研究了用于柔性路面的十一类HMA的混合系数对流变性能的敏感性。流变性随有效沥青含量、空隙率、矿物骨料间隙率、沥青填充空隙率和沥青含量的增加而增加。

7 路面车辙检测方法与改良手段

车辙是沥青路面常见病害之一，通常发生在十字路口、公共汽车站、铁路交叉口、超载检测站、爬坡车道和其他重载路段，这些路段普遍存在车辆减速、车辆行驶缓慢或大型静态荷载等情况。通常采用确定柔性路面车辙来源的方法是现场取芯，属于破坏性方法。

有学者使用了横向剖面分析法（TPAM），是一种用以测定路面车辙的非破坏性方法，与传统方法相比，TPAM更简单、更快、成本更低。

无损检测（NDT）是优化路面管理系统的重要组成部分。近年来，激光多普勒振动计（LDV）已被引入道路工程中用于非接触式测量。Hasheminejad等研究了两种商用LDV系统，包括基于氦-氖（He-Ne）的振动计和最近开发的红外振动计。结果表明，He-Ne LDV的噪声本底在处理深色表面（如沥青混凝土）时较高，在路面材料上进行的模态分析试验时，可以通过改善表面质量或使用红外LDV降低本底噪声[3]。

在沥青混合料中加入少量RAP可提高抗车辙性，且不会改变沥青混合料的力学强度和低温抗裂性等性能，但人们对RAP级配和沥青性质如何影响混合料性能还没有明确认识。Saliani等指出，从粗颗粒RAP中回收的沥青与细颗粒RAP回收的沥青具有不同的特性，RAP粗颗粒中活性RAP沥青的含量高于RAP细颗粒，RAP沥青与原始沥青的相互作用取决于RAP粒径的尺寸。

8 结语

综上所述，现代道路的建设已取得了极大成效，但随着车辆荷载和数量的增加，对新型路面结构设计、施工、检测与试验提出了更高的要求，本文意在综述近期先进路面材料与工程创新，为后续研究者提供借鉴。