冯 振 叶巧玲

重庆交通大学土木工程学院

新型路面材料应用研究

冯 振 叶巧玲

重庆交通大学土木工程学院

目前我国进入了发展新阶段，城市化的进程也进入了紧张发展阶段。道路是城市的血管，其功能在于为城市发展提供交通基础，道路的功能性非常重要且涉及的其他领域很多。在我国改革开放之后，中国特色社会主义经济落实中，公路的建设也受到关注并经受了大力发展。

新型路面材料；纳米改性沥青；道路建设

1 引言

我国当前公路的总里程数共计已达133万km，在全国所有道路中，高速公路总长已经超出了11000km。国内的公路规模位居世界前列，广阔的需求空间为公路建设提供了大量的资金及技术，推动了公路建设产业的发展。公路建设中的材料对道路施工方式方法、工程造价、后期维护等多方面具有主导影响。新型的路面材料发展的非常快，衍生出了多种多样的新型路面材料。这些路面材料能够克服传统材料的落后性能，为交通提供更好的环境，保障交通通行安全与路面维修投入的降低。

道路的路面使用的材料大多是铺设筑路材料在路基之上，这样的层叠构造是承载车辆提供行驶条件的基础，道路为车轮提供推动车辆前进的摩擦力，但路面系统在实际投用之后遇到了多种多样的问题。1.路面材料会经受车辆行驶中所产生的重复作用，因此导致路面发生形变，并且在形变中破坏路面。2.道路所在地的日常温度、地质、水文状况都会对路面的施工以及承载能力构成影响。3.车辆行驶中的减速、加速都会产生激烈变化引起的摩擦力。以刹车为例，刹车时车辆轮胎产生的摩擦力甚至会导致轮胎在道路上留下车辙印记，这种变化比较剧烈的摩擦力一但在路面不够平整的区域发生，极易引起车辆运行的稳定性，甚至发生交通事故。4.公路的抗滑性能非常重要，车辆的行驶都是依靠摩擦力，车辆的稳定行驶也与道路的抗滑性能密切相关，保证公路的抗滑性能才能减少车辆的滑移危险。5.车辆在道路上的行驶过程中，掀起的扬尘具有污染作用[1]。

就以上路面产生的问题来看，需要进行改变和创新，完善路面系统提供更安全、舒适的行驶环境给驾驶人。目前针对以上问题要求路面应当具备更高的强度，并且在稳定性上的要求也更严格，路面材料所能够提供的稳定性及平整度、摩擦阻力系数也都有新的指标。新型的路面材料应当具备减损、低污染的能力[2]。当前我国的道路主要仍是土石路面、水泥混凝土路面以及沥青路面为主，在材料与技术不断升级的推动下，将会出现更多种类的路面，新型路面材料也会变得更加丰富，能够满足各类路面的需求[3]。

2 路面材料的现状

2.1 土石路面

土石路面是最为传统的筑路材料，目前在我国的大部分山区、落后农村中，很多乡村道路仍是土石路面为主。在一些工程项目工地上，一些临时道路也选择这种路面材料，因为这种路面的可塑性极强，成本非常低廉，其负面特性则主要是体现在稳定性及平整度两方面上。

常规的土石路面大多使用的石材和沙土作为主材，其中的石材大多都是地表风化作用产生的碎石、抛石，这种石料可以不经加工直接作为路面材料使用，直至20世纪60年代，我国仍以这种材料作为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广泛使用的建筑材料，在道路施工中，将水泥混凝土作为路面主要材料的道路比比皆是。水泥在拌合了骨料、外加剂等多种材料之后能够制作出混凝土混合料，再经过浇筑、压制等施工后，混凝土硬化成型最终成为路面。这种水泥混凝土材料施工的路面具备极高的强度，路面的性能很稳定，但是路面的摩擦力相对较小，多用在工厂内部的路面上，在城市中的人行道、停车场以及广场等产所的应用也很多。随着混凝土技术的发展，各类添加剂也变得丰富起来，这就使得利用混合料建造的路面具备多种多样的形态和性能，路面的美观度也较好[4]。

2.3 沥青混凝土路面

沥青混凝土路面采用的主要材料为胶结材料沥青，并且混合粗细骨料以及矿物粉末在规定的配比下拌合加工成路面材料，然后利用铺压设备施工[5]。这种沥青路面具有极强的柔韧性，形变的性能也很好，施工中可以不设置伸缩缝，采用这种材料的路面不仅平整度良好，连续性也比较优越。在吸声减震方面，沥青路面也表现出其优越性，能够提供更安全平稳的行驶环境供车辆高速的行驶，高速公路以及一级公路、高级路面的材料都是选择这种材料施工。

3 功能型路面

3.1 高模量抗车辙沥青混凝土路面

车辙是破坏导致路面变形的主要元凶，在沥青路面的修补维护统计数据中表明，80%的维修养护是因为车辙导致的变形。沥青混凝土路面所常见的开裂、水损问题都不及车辙引起路面变形的危害大，车辙引起的路面变形能够对交通安全构成直接威胁，在沥青混凝土路面的材料选择中挑选最适级配类型，配合石骨料性质徐州呢具备更强粘度的硬质沥青，这样可以从沥青混凝土模量入手来改善路面的抗车辙能力，这种高模量的混凝土路面劲度模量更卓越，并且在高温环境中的抗变形能力也很优秀[6]。

3.2 多孔排水降噪沥青混凝土路面

具备多孔隙构造的沥青混凝土路面其孔隙结构，令其路面内部存在连通孔隙。这种空隙可以提供更好的排水能力，这种空隙对高温稳定性、抗磨损、摩擦力性能方面也有一定帮助。这种多孔结构的新型路面已经广泛的在美国、日本等发达国家公路施工中应用，对比传统常规的混凝土路面，具有更强排水性的路面在经受大降水量恶劣天气时，能从容面对。这样不仅将大量的降水补充到土壤中，提高了土壤的施毒，对城市大环境的温度湿度也起到了宏观调控的作用，路面的孔隙率对能量的吸收能力也较强，大面积的路面对城市温度、湿度影响也有所缓解，还能吸收车辆行驶产生的噪音，提供更好的行车环境[7]。

3.3 抗冻路面

这种抗冻路面采用的沥青材料添加了盐作为添加剂来降低冰雪冰点，这样就使得路面具备了抗冻性能，路表面的嵌入材料通过较大的变形特点能够让覆盖的冰雪易剥离，这样的材料能够减少路面结冻成冰的恶劣情况[8]。很多寒冷地区的高速公路以及特殊要求的高级公路为了保障行车交通安全，都采用了这种材料及施工工艺来建造道路。

3.4 弹性路面

路面材料对于路面的力学性能影响很大，沥青混凝土材料的路面是柔性路面，在这种柔性是将比较混凝土路面而言的，经过这种弹性路面时，能够直接的感受到路面提供的弹性力，这就减少了作用到接触面上的冲击力，这种路面能够提供更舒适的行走感受，对运动员的弹跳力也有帮助。这种路面多用于运动场等供人们运动、竞技的场所，弹性路面的材料多采用的是聚氨酸脂、橡胶微粒以及硬泡沫等物质，并且还可以混入其他软木等粒材来调解景观效果。

3.5 磁性导向路面

在路面材料的搅拌中，直接混入磁粉并且铺设出一定的形状，这样手持磁感应杖的盲人能够在道路中感受到导向，在很多残疾人群常活动的场所中，能够提供安全保障，在一些积雪高发的路面，这种路面也能够提供导向功能，减少事故的产生。

4 环保型路面材料

当前正式可持续发展的重要阶段，环保在各行各业都有了新的要求。环保型的路面材料应当具备低损耗、低污染等特性，目前经济的发展导致车辆激增，车辆超载情况也很多。路面的病害情况因此变得复杂且频发。以路面沥青材料为例，目前新研发的多孔沥青路面材料是一个热门，这种路面的透水性能卓越（图1），能够利用材料的空隙将大量的水排到路基下的土壤中。及时的排水能减少路面结冻以及存水导致的车辆滑移。大量的道路在太阳光的照射之下，会吸收大量的日光热辐射，热辐射产生的高温环境甚至会融化沥青或破坏路边自然环境，国内已经有多处高速公路导致的周边环境恶化，甚至影响了鸟类的生存，这种新型路面对温度能量的吸收也减少了道路对自然界的热辐射危害，从根本起到环保功能[9]。

图1 透水沥青路面与普通路面透水对比

5 沥青材料的应用

当前我国的高速公路是交通发展的重要基础设施，并且在改革开放以及经济稳步发展局势下，公路建设也是发展任务的重要组成部分。公路施工中，对路面需要多加考量，路面材料对今后的道路使用具有极大的影响。当前高速公路在施工中多使用沥青材料，这种材料建造的沥青道路在材料使用中，选择的结合料能够影响路面的性质与寿命。以潮湿环境为例，这种环境下的沥青路面需要沥青和集料具备更好的粘性[10]。在设计路面的时候，可以选择使用消石灰解决材料老化问题以及水损害问题，这种以消石灰为主的抗剥离剂提高了沥青与集料的粘附性能。而消石灰这种矿粉填料的添加可以填充孔隙，提高沥青材料的刚性。

沥青路面因为其良好的柔韧性，路面不会产生纵横缝隙，并且成品路面的平整度更高，能够减少车辆行驶的颠簸程度。沥青路面的面层因为存在构造深度，不会产生炫光，驾驶员不会受到炫光刺激。沥青路面的施工机械化应用度也比较高，这就避免了因为人工导致的误差与拖延情况。而随着沥青路面的使用，也发现了很多问题，改性沥青应运而生，但改性沥青的易老化性以及降解性质都使得沥青道路的维修、维护成本很高。

添加了纳米粉粒材料的沥青对比常规的改性沥青，具备更好的特性。以TiO2/CaCO3纳米材料充当改性剂为例分析，通过车辙实验与马歇尔实验可以看出这种纳米沥青的抗变形能力卓越，并且抗裂性及渗水性都很好。

表2 TiO2/CaCO3纳米沥青混合料车辙试验

表3 TiO2/CaCO3纳米沥青混合料马歇尔实验

这种纳米沥青的制备成本比较低，纳米改性剂的成本仅是SBS改性剂的30%左右，这种材料的施工工艺也非常简单，这种材料建造的路面抗老化性能卓越，后期维护的投入很少，高回报低成本的优势很强。

6 总结

我国的公路规模位居世界前列，广阔的需求空间为公路建设提供了大量的资金及技术，推动了公路建设产业的发展。公路建设中的材料对道路施工方式方法、工程造价、后期维护等多方面具有主导影响。路面建材的应用应当考虑到道路的主要承载车辆，并且结合施工地区的当地现状，应用最适路面材料，这样才能够确保道路正式投用之后能够发挥道路的功能价值。纳米材料是当前的研发热点，将纳米添加剂加入改性沥青中，是路面材料技术的革新与发展。这种纳米技术能够帮主路面提高抗损能力，减少材料成本。纳米技术的应用对于其他各类路面材料仍有极大地发展空间，在今后对路面材料的研究中，应当注重技术创新，研发出更多功能性的路面材料，为我国道路建设提供支持。

[1]潘宝峰.动水压力作用下路面材料损伤的评价方法研究[D].大连理工大学,2010.

[2]胡宗文.路面材料收缩变形试验研究及路面结构热—力耦合分析[D].长安大学,2006.

[3]向源,张兰军.道路路面材料发展现状及趋势[J].公路交通技术,2007(2):75～79.

[4]佘宇晨,林辉,孙华.主要道路路面材料高光谱特征分析[J].中南林业科技大学学报,2014(11):120～123+139.

[5]丁庆军,沈凡,刘新权,刘祖国,胡曙光.透水型沥青路面材料的降噪性能[J].长安大学学报(自然科学版),2010(2):24～28.

[6]郑晓卫.城市道路保水降温路面材料的开发与研究[D].重庆交通大学,2009.

[7]黄冲.半柔性路面材料的体积稳定性与抗裂性能研究[D].武汉理工大学,2010.

[8]张海涛.高速公路路面材料与路面设计施工[J].东北林业大学学报,2001(1):66～69.

[9]薛晓飞.基于低影响开发的城市路面材料与结构研究[D].北京建筑大学,2013.

[10]杨修志,张胜,唐相伟,张传礼.旧路面材料冷拌再生基层施工工艺与质量控制[J].公路,2004(2):137～140.

作者：冯振，男，汉族，江苏泰州人，硕士在读，主要从事路面材料和路基边坡稳定方面研究。