路面工程的最新進展及未來趨勢

王一帥

（浙江浙交檢測技術(shù)有限公司，浙江杭州 310015）

1 瀝青路面層間黏結(jié)

在路面結(jié)構(gòu)的性能中，層間界面結(jié)合起著重要作用，尤其在瀝青路面中，但由于缺乏對實際路用情況的測試，在路面分析過程中尚未充分考慮此因素。目前，層間黏結(jié)已成為路面領(lǐng)域熱點研究課題之一。Le等提出了一種新方法，通過水平剪切反映模量表征路面層間相互作用，可以使用無損檢測結(jié)果的反算，評估全面測試中試驗路面的瀝青層間界面黏結(jié)的現(xiàn)場狀況，可以更好地了解瀝青路面的結(jié)構(gòu)行為，有助于更好地評估其長期性能。

2 瀝青路面水穩(wěn)定性

水穩(wěn)定性是瀝青路面破損產(chǎn)生的主要原因之一，在車輛荷載的作用下，雨水的滲入瀝青導致路面的耐久性下降，造成破損?，F(xiàn)有的部分試驗方法可用于評價瀝青與集料的水穩(wěn)定性，松散、壓實的瀝青混合料試件均適用。除了試驗測試方法外，大量文獻中構(gòu)建了種種機理與模型，并提出基本概念計算瀝青膠結(jié)料在濕潤條件下黏附或脫黏的熱力學趨勢，Soenen等總結(jié)了應(yīng)用的相關(guān)測試方法。

3 新型鋪裝方案

根據(jù)最終的預期用途對路面進行功能性處理，在建筑技術(shù)和材料方面創(chuàng)造了不同的路面解決方案。在傳統(tǒng)的瀝青路面中，新的設(shè)計解決方案涵蓋了特殊瀝青混凝土（多孔或彩色瀝青混合物）、鋪路磚、鵝卵石路面或超薄磨耗層。鋪路磚是鵝卵石或瀝青人行道、自行車道以及老舊人行道的替代品方案，尤其在老城區(qū)，由于鋪路磚生產(chǎn)和鋪設(shè)成本較低，通常是舊路翻新的主要選擇方案[1]。Tataranni建議使用廢玄武巖粉，通過堿活化過程生產(chǎn)再生鋪路磚，此類鋪路磚為路面結(jié)構(gòu)提供了充分的嵌鎖作用。

光催化反應(yīng)是用于水與空氣凈化的技術(shù)之一，通常采用固體半導體催化劑，如TiO2，這類催化劑被某些波長的紫外線所激活，催化降解空氣中的CO、HC和NOx?？諝庵械腘Ox是高反應(yīng)性氣體的總稱，大多數(shù)以NO和NO2的形式排放至空中。汽車燃料在燃燒過程中同樣會生成NOx，這類物質(zhì)通過與碳氫化合物發(fā)生光化學反應(yīng)，導致臭氧層的減弱與城市酸雨。

光催化材料通常以直接共混、表面涂層以及噴涂的方式運用于實際施工當中，直接共混由于光催化材料被瀝青所包裹，無法與可見光直接接觸，導致光催化效率較低。研究人員針對這一特性，采用表面涂層或噴涂法進行改良，將光催化材料與微表處或超薄磨耗層技術(shù)結(jié)合，在路面上噴涂一定厚度的光催化材料，但存在噴涂材料耐磨耗性不佳、易脫落的問題，使得對光催化路面的耐久性能成為研究熱點之一。

多樣化的光催化新型材料的研發(fā)使可選擇性大幅度增加，如氧化鋅、二氧化鋯、硫化鎘以及石墨相氮化碳材料，受限于材料自身的性質(zhì)特點，需要通過不同的修飾方法才能達到較好的路面光催化效果，如摻雜金屬元素、表面化學修飾等。但這類材料在路面復雜的環(huán)境作用下容易受酸堿不平衡作用產(chǎn)生剝落，導致光催化性能較早產(chǎn)生下降。光催化類的新型鋪裝方案是未來研究的熱點方向，對城市熱島效應(yīng)與環(huán)境保護具有重要作用。

4 再生瀝青路面（RAP）

再生瀝青路面（RAP）是一種具有顯著經(jīng)濟效益和環(huán)境效益的可持續(xù)發(fā)展路面施工技術(shù)。研究高RAP含量對熱拌瀝青混合料性能的影響一直是研究項目的重點，但研究RAP分數(shù)和粒徑對單獨使用粗粒或細粒RAP生產(chǎn)的高RAP混合料整體性能影響的相關(guān)文獻較少。Saliani等認為，RAP顆粒尺寸對瀝青混合料中總瀝青含量影響顯著，且通過傳統(tǒng)瀝青混合料錄用性能測試和級配曲線設(shè)計，無法表征高RAP含量混合料中RAP顆粒的實際作用。

Holleran等將多孔瀝青（PA）的RAP循環(huán)加入新的PA混合料中，使用定量納米機械原子力顯微鏡（QNMAFM）和性能分級（PG）測試，評估了兩種PARAP瀝青的再生性能，建立了生物再生劑對RAP微觀結(jié)構(gòu)影響的模型，發(fā)現(xiàn)在納米級和宏觀尺度上測量的性質(zhì)之間，具有較強相關(guān)性，表明RAP瀝青的宏觀性質(zhì)是由瀝青微結(jié)構(gòu)中的極性分子和非極性分子間相互作用導致的，表明可以通過AFM中觀察到的微觀結(jié)構(gòu)表征瀝青膠結(jié)料宏觀性質(zhì)。

5 動態(tài)模量預測模型

熱拌瀝青混合料（HMA）的動態(tài)模量是基于黏彈性原理確定材料的基本應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，以HMA性質(zhì)、加載速率和溫度的函數(shù)表示。由于存在大量的影響因素及各影響因素之間的非線性相關(guān)，開發(fā)動態(tài)模量預測模型是一項極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。在Ghasemi等的研究中，從一系列實驗室試驗中獲得的結(jié)果，包括混合料動態(tài)模量、骨料級配、動態(tài)剪切流變儀和混合料體積，用于創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫，并開發(fā)了一個用以估算動態(tài)模量的模型。

Eleyedath等提出了一種全新的主成分分析（PCA）–基因表達編程（GEP）方法預測瀝青混凝土性能，將NCHRP 9-19研究期間開發(fā)的數(shù)據(jù)庫用于研究此方法。所有參數(shù)（即變量）的信息都用作輸入端，PCA有助于消除輸入的冗余，同時提高精密度。主成分（PC）用于開發(fā)第一組預測模型，第二組預測模型基于個人PC的影響參數(shù)開發(fā)。通過兩組的比較結(jié)果表明，使用變量作為直接輸入獲得的預測模型準確性較高。該模型與使用擬合指標優(yōu)化的基于回歸方程式的模型相比，新模型提供了更有效且準確的替代方案，且具有足夠的靈活性，可將其與任何經(jīng)過校準的新數(shù)據(jù)庫一起使用。

6 排水路面的修建及路面結(jié)構(gòu)設(shè)計

6.1 排水路面的修建

在城市路面中，對城市環(huán)境影響較大的就是路面表面透水性差，路面積水通通排向邊側(cè)排水溝造成城市內(nèi)澇?？紤]大孔隙排水路面在解決城市徑流和城市熱島等問題的潛力，現(xiàn)階段，城市自行車道、人行道、停車場以及非主干道上修建了較多排水路面。

有研究建議使用摻加高黏劑的明色瀝青和淺石灰?guī)r骨料生產(chǎn)排水性路面瀝青混合料，采用合成骨料也是一種創(chuàng)新性生產(chǎn)與環(huán)境保護結(jié)合的方法。

相關(guān)研究使用9.5 mm的NMAS制備OGFC瀝青混合料，采用40號和50號瀝青，瀝青含量為4%～6%，增量0.5%。選擇最佳的瀝青含量（OAC）的標準包括空隙率、排水量、滲透性和耐磨性（老化和未老化），根據(jù)AASHTO T283-14測量的間接拉伸強度和水穩(wěn)定性，研究了瀝青混合料的路用性能。

結(jié)果表明，瀝青含量的增加導致空隙率、磨耗損失和滲透率值的降低，隨著排水量的增加，兩種情況下的間接拉伸強度測試（ITS）均得到了提高，說明抗潮濕敏感性較好。OGFC瀝青混合物中瀝青黏合劑添加比例的增大會導致覆蓋骨料周圍的瀝青黏合劑的厚度增加。

向瀝青混合料中添加4%苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS）與加入9.5 mmNMAS效果一致，可以改善混合性能并顯示出更高的TSR（18.5%、16.4%和13.7%）?；谝陨显u估，SBS的使用使瀝青混合料具有更好的體積和性能特性，改善了骨料與瀝青之間的附著力，減少了HMA的剝離、水平變形，并提高了拉伸剛度模量值[2]。

6.2 路面結(jié)構(gòu)設(shè)計

路面設(shè)計是一個針對路面的長期結(jié)構(gòu)評估過程，難以設(shè)計出一種有效的方法來確定路面的實際原位力學性能，但通過無損檢測可以確定瀝青路面層底應(yīng)變。

布拉格光柵（FBG）傳感器是一種可在惡劣環(huán)境下替代傳統(tǒng)應(yīng)變測試儀器進行長期監(jiān)測的儀器。Kara De Maeijer等概述了全世界范圍內(nèi)光纖傳感器（FOS）在瀝青路面監(jiān)測系統(tǒng)中應(yīng)用的最新發(fā)展，以確定這些系統(tǒng)是否能為長期監(jiān)測提供穩(wěn)定的測試結(jié)果。

路面設(shè)計中，流變性能通常被用以確定熱拌瀝青混合料（HMA）在柔性路面中抵抗永久變形的能力。Islam等研究了用于柔性路面的十一類HMA的混合系數(shù)對流變性能的敏感性。流變性隨有效瀝青含量、空隙率、礦物骨料間隙率、瀝青填充空隙率和瀝青含量的增加而增加。

7 路面車轍檢測方法與改良手段

車轍是瀝青路面常見病害之一，通常發(fā)生在十字路口、公共汽車站、鐵路交叉口、超載檢測站、爬坡車道和其他重載路段，這些路段普遍存在車輛減速、車輛行駛緩慢或大型靜態(tài)荷載等情況。通常采用確定柔性路面車轍來源的方法是現(xiàn)場取芯，屬于破壞性方法。

有學者使用了橫向剖面分析法（TPAM），是一種用以測定路面車轍的非破壞性方法，與傳統(tǒng)方法相比，TPAM更簡單、更快、成本更低。

無損檢測（NDT）是優(yōu)化路面管理系統(tǒng)的重要組成部分。近年來，激光多普勒振動計（LDV）已被引入道路工程中用于非接觸式測量。Hasheminejad等研究了兩種商用LDV系統(tǒng)，包括基于氦-氖（He-Ne）的振動計和最近開發(fā)的紅外振動計。結(jié)果表明，He-Ne LDV的噪聲本底在處理深色表面（如瀝青混凝土）時較高，在路面材料上進行的模態(tài)分析試驗時，可以通過改善表面質(zhì)量或使用紅外LDV降低本底噪聲[3]。

在瀝青混合料中加入少量RAP可提高抗車轍性，且不會改變?yōu)r青混合料的力學強度和低溫抗裂性等性能，但人們對RAP級配和瀝青性質(zhì)如何影響混合料性能還沒有明確認識。Saliani等指出，從粗顆粒RAP中回收的瀝青與細顆粒RAP回收的瀝青具有不同的特性，RAP粗顆粒中活性RAP瀝青的含量高于RAP細顆粒，RAP瀝青與原始瀝青的相互作用取決于RAP粒徑的尺寸。

8 結(jié)語

綜上所述，現(xiàn)代道路的建設(shè)已取得了極大成效，但隨著車輛荷載和數(shù)量的增加，對新型路面結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工、檢測與試驗提出了更高的要求，本文意在綜述近期先進路面材料與工程創(chuàng)新，為后續(xù)研究者提供借鑒。