環(huán)境友好型綠色道路研究進(jìn)展與展望

王海成，金嬌，劉帥，高玉超，李銳，馮明珠，熊劍平，LIU Pengfei

(1.廣西交科集團(tuán)有限公司，廣西南寧，530007；2.長沙理工大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院，湖南長沙，410114；3.廣西道路結(jié)構(gòu)與材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西南寧，530007；4.亞琛工業(yè)大學(xué)道路工程研究所，德國亞琛，52074)

2019年末全國公路總里程為501.25 萬km，公路密度為52.21 km/km2，公路養(yǎng)護(hù)里程為495.31萬km(占公路總里程的98.8%)。道路作為交通運(yùn)輸中的重要基礎(chǔ)設(shè)施，在現(xiàn)代社會的發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用。道路全生命周期中94.3%的碳排放來源于道路的建設(shè)階段，建設(shè)階段中使用瀝青混凝土導(dǎo)致的碳排放占21.66%，僅次于鋼材的26.47%[1]。世界上近90%的路面由瀝青鋪筑，考慮到公路里程的逐年增加，必須特別注意減少道路原材料生產(chǎn)及施工過程中的能源消耗及溫室氣體排放[2]。實(shí)施綠色道路建設(shè)是交通運(yùn)輸行業(yè)貫徹創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享發(fā)展理念，支撐交通強(qiáng)國建設(shè)，實(shí)現(xiàn)行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要舉措。隨著我國將“碳達(dá)峰、碳中和”寫入政府工作報(bào)告，交通運(yùn)輸部相應(yīng)提出推動綠色交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，推進(jìn)廢舊路面、建筑垃圾、工業(yè)固廢等在交通建設(shè)領(lǐng)域的循環(huán)利用?！笆奈濉笔侨骈_啟交通強(qiáng)國建設(shè)新征程的關(guān)鍵時(shí)期，在現(xiàn)代化高質(zhì)量綜合立體交通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的帶動下，綠色道路建設(shè)將進(jìn)入快速發(fā)展階段。綠色道路領(lǐng)域涉及面廣泛，但總體來說，其在實(shí)際工程應(yīng)用中仍未大規(guī)模推廣。本文綜合近幾年來國內(nèi)外學(xué)者的最新研究成果，基于節(jié)能環(huán)保、資源再利用等目的，從功能型道路、資源再利用技術(shù)及綠色施工工藝3 個(gè)方面出發(fā)，對環(huán)境友好型綠色道路進(jìn)行如圖1所示分類闡述，以期促進(jìn)中國綠色道路的發(fā)展。

圖1 綠色道路分類示意圖Fig.1 Schematic diagram of green road classification

1 功能型道路技術(shù)

1.1 自調(diào)溫道路

瀝青結(jié)合料是具有低溫黏彈性和高溫流變性的溫度敏感性材料。溫度變化引起的應(yīng)力循環(huán)會使瀝青混合料變硬，加速瀝青路面老化，降低道路使用壽命[3]。自調(diào)溫道路利用可抑制溫度升高(降低)材料的自身特性達(dá)到調(diào)節(jié)路面溫度的目的，從而減少瀝青道路產(chǎn)生車轍、裂縫和擁包等病害的可能性[4]。目前，關(guān)于自調(diào)溫道路的研究主要有相變調(diào)溫道路[5]、熱反射道路[6]和熱阻式道路[7]等。

1.1.1 相變調(diào)溫道路

根據(jù)相變形式，可將相變材料分為固-氣、液-氣、固-液和固-固相變儲熱材料[8]。相變調(diào)溫道路是通過在路面材料中加入相變材料(PCMs)降低路面升溫和降溫速度，限制溫度峰值，延緩極端溫度出現(xiàn)[9]。目前，在道路領(lǐng)域常用的相變材料主要是固-固相變材料和固-液相變材料。

固-固相變材料[10]采用預(yù)聚體法合成聚氨酯相變材料(PUPCMs)。PUPCMs 具有相變焓大、相變溫度選擇范圍廣、循環(huán)熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。已有研究表明，采用PUPCMs 對瀝青進(jìn)行改性可改善其在低溫(-18 ℃)下的使用性能[11]。

固-液相變材料分為有機(jī)化合物、無機(jī)鹽水合物和共晶化合物3類[12]。研究者多采用化學(xué)惰性優(yōu)良、價(jià)格低廉的有機(jī)相變材料(醇類、烷烴及石蠟)作為路面儲熱材料[13]。

在瀝青路面材料中直接摻入PCMs會出現(xiàn)高溫滲漏、降低瀝青混合料路用性能等問題。為了消除這些影響，定型相變復(fù)合材料(CPCMs)應(yīng)運(yùn)而生。JIN 等[14]以聚乙二醇復(fù)配二硬脂酸乙二醇酯，再與陶粒結(jié)合制備了CPCMs，其相變溫度和熔化熱分別在54～60 ℃和29-50 J/g 范圍內(nèi)，在替換瀝青混合料中的骨料后，表面的最大減溫可達(dá)9.1 ℃。ZHANG 等[15]發(fā)現(xiàn)膨脹石墨和聚乙二醇復(fù)合材料具有良好的高溫穩(wěn)定性，CPCMs 的加入使材料的導(dǎo)熱系數(shù)提高到0.2914 W/(m·K)，熱擴(kuò)散系數(shù)提高到0.207 6 mm2/s。然而，CPCMs 的加入降低了瀝青混合料的延性和強(qiáng)度，增加了路面疲勞開裂的風(fēng)險(xiǎn)，提高瀝青路面材料與CPCMs 的相容性及其強(qiáng)度問題將成為重點(diǎn)研究方向。

相變微膠囊是以不同類型的PCMs 為核心物質(zhì)，無機(jī)聚合物或天然聚合物作為微膠囊壁材制備而成。相變材料的微膠囊化過程既可以通過噴霧干燥或包衣過程等物理方法進(jìn)行，也可以通過凝聚法或界面聚合等化學(xué)方式進(jìn)行[16]。通常用于微囊化的殼材料有機(jī)聚合物、SiO2、TiO2等[17]。微膠囊化的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在：增加了熱交換表面，提高了材料熱傳遞，降低了與周圍材料的反應(yīng)性，并且PCM 的體積可以在不影響其周圍結(jié)構(gòu)的前提下進(jìn)行擴(kuò)展[18]。相變微膠囊的使用可以解決相變?yōu)r青混合料在加熱過程中相變材料滲漏和瀝青性能退化問題[19]，還可以直接添加到混凝土等路面材料中。

綜上所述，相變材料摻入瀝青混合料的方式主要有直接摻入法、骨料浸漬法和微膠囊化法。這些方法都有其優(yōu)點(diǎn)，但也各有其局限性：直接摻入法易于操作，但在多次熱循環(huán)后會發(fā)生泄漏[20]；骨料浸漬法可以為PCMs提供足夠的機(jī)械強(qiáng)度，然而，應(yīng)用于路面材料中時(shí)，其吸熱能力和溫度調(diào)節(jié)效果有限[21]；微膠囊化方法可以保護(hù)工作物質(zhì)不受外界環(huán)境的影響，但其熱穩(wěn)定性和傳熱效率難以滿足瀝青路面的溫度調(diào)節(jié)要求[22]。

1.1.2 熱反射道路

熱反射道路通過在道路表面涂覆與公路養(yǎng)護(hù)中霧封層類似的功能性涂層，提高路面層熱反射率，從而達(dá)到降低道路表面及其內(nèi)部溫度的目的，減小路面的車轍病害和城市的“熱島效應(yīng)”[23]。在路面上涂覆高反射率涂料的方法對道路的力學(xué)性能負(fù)面影響較低，因此受到研究者們的關(guān)注[24]。

熱反射涂層原理如圖2[25]所示。目前，在太陽熱反射涂層中常用的原材料有丙烯酸樹脂、有機(jī)硅樹脂、不飽和樹脂及環(huán)氧樹脂等基料[26]，顏填料則有二氧化鈦、氧化鐵紅、氧化鐵黃和氧化鋅等。通過選擇合適的樹脂、顏填料以及恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)配比可以將大部分(85%)的太陽光反射出去[23]。有研究表明，以金紅石TiO2、空心微珠、SiO2、消光粉等1種或多種作為功能填料制備熱反射涂層，可以有效降低路面溫度，且降溫能力隨著涂層的厚度增加而增強(qiáng)，但到達(dá)一定厚度后降溫能力會趨于穩(wěn)定[27]?，F(xiàn)有研究表明，太陽熱反射涂料的發(fā)展呈現(xiàn)出高耐性、長效性、環(huán)境友好性的趨勢。隨著耐紫外線性能優(yōu)良的樹脂如改性丙烯酸樹脂、聚硅氧烷樹脂、含氟樹脂等的不斷開發(fā)，在選擇合適的顏填料的情況下，完全可以推動長壽命道路的發(fā)展。此外，與該技術(shù)有關(guān)的研究方向主要有：1)根據(jù)可見光和近紅外區(qū)域太陽輻射的不同影響，研究近紅外反射涂料用于路面以避免眩光問題[28]；2)對低溫路面涂料的研究不僅集中在光學(xué)性能方面，還開始涉及路面性能和路面涂層耐久性等問題[29]。

圖2 熱反射涂層原理[25]Fig.2 Working principle of solar reflecting coat[25]

目前，國外已有一些將熱反射技術(shù)應(yīng)用到道路工程中的實(shí)例，但反射涂層材料仍存在價(jià)格昂貴，且沒有完善的評價(jià)體系等問題?；趪鴥?nèi)夏季高溫持續(xù)作用下車轍病害嚴(yán)重的特點(diǎn)，對熱反射道路進(jìn)行進(jìn)一步的探索十分必要。

1.1.3 熱阻式道路

熱阻式道路是熱阻集料作為普通碎石集料的替換材料，通過降低路面的熱物性參數(shù)，提高道路熱阻能力，達(dá)到降低道路表面溫度的目的[7]。目前，常用的熱阻材料有膨脹蛭石、耐火鋁礬土和頁巖陶粒等[30]。ANTING等[31]通過對比多種廢棄陶粒材料在道路中使用的效果，發(fā)現(xiàn)全瓷磚降溫效果最好，可使路面溫度降低6.4 ℃。MENG等[32]采用等體積陶瓷替代SMA-13 中10%～50%粗骨料的方法改變混合料熱物性參數(shù)，有限元分析結(jié)果表明，當(dāng)陶瓷替換量為40%時(shí)，與4 cm 厚的SMA-13表面層相比，表面底部溫度降低5.2 ℃。熱阻集料憑借著獨(dú)特的孔結(jié)構(gòu)、低導(dǎo)熱系數(shù)和成本低等優(yōu)點(diǎn)，在未來的道路工程領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。但熱阻集料應(yīng)用于瀝青混合料時(shí)會導(dǎo)致瀝青用量增加，對路用性能產(chǎn)生不利影響。

1.1.4 保水道路

基于多孔瀝青混凝土道路衍生出的保水道路是一種功能型道路，通過在多孔瀝青混凝土的孔隙中填充具有保水性能的泥漿，可使道路在養(yǎng)護(hù)硬化后具有吸收儲存水分的特性。在高溫條件下，保水道路通過水分蒸發(fā)吸收大量潛熱，緩解局部熱島效應(yīng)、為行人和車輛保持舒適的道路環(huán)境。目前，保水泥漿多采用磨細(xì)的高爐礦渣粉、粉煤灰、堿激發(fā)劑(通常為熟石灰)和水為主要原料。此外，添加硅灰、水泥和減水劑等添加劑，可以提高保水瀝青混凝土道路的抗凍性、強(qiáng)度和工作性[33]。保水道路的降溫能力與道路表面含水量和熱反射率密切相關(guān)。在夏季高溫作用下，保水道路與傳統(tǒng)瀝青混凝土道路相比，可降低道路表面溫度10～15 ℃。目前，有關(guān)保水道路的研究僅限于室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場試驗(yàn)?；诒Ｋ缆穼χ車h(huán)境的冷卻作用是通過蒸發(fā)滯留水來實(shí)現(xiàn)，保水道路在周期性降雨和季節(jié)性高溫地區(qū)具有潛在的應(yīng)用前景。

1.1.5 自調(diào)溫道路發(fā)展前景

綜上所述，未來對自調(diào)溫道路的研究趨勢主要有：1)需不斷探索路用相變材料的制備工藝，并從瀝青的化學(xué)結(jié)構(gòu)、官能團(tuán)等微觀表征入手，改善相變材料與瀝青材料的相互作用方式，提高其相容性；2)開發(fā)出廉價(jià)實(shí)用的新型熱反射涂層材料，并建立明確的評價(jià)體系以指導(dǎo)實(shí)際路面設(shè)計(jì)施工，推進(jìn)熱反射涂層材料在道路工程中的應(yīng)用；3)優(yōu)化熱阻集料性能，提高熱阻瀝青路面路用性能；4)對保水道路的吸水性、保水性、強(qiáng)度和路用性能等進(jìn)行深入研究。此外，改善保水道路在寒冷地區(qū)的施工方法以及提高其凍融耐久性等方面的研究也值得進(jìn)一步關(guān)注。

1.2 自愈合道路

自愈合技術(shù)通過利用瀝青材料的自我修復(fù)特性引起研究者們的關(guān)注。瀝青道路在使用過程中受溫度、荷載等外界因素影響易產(chǎn)生裂縫，基于表面能理論和分子擴(kuò)散性質(zhì)，瀝青材料具有內(nèi)在的自愈合能力[34]，可在靜止期或高溫下自動修復(fù)內(nèi)部裂縫，但由于低溫和瀝青老化，自愈合效率非常低[35]。瀝青路面的自愈合過程是裂縫形成和發(fā)展的逆過程，通過加強(qiáng)瀝青材料的自愈合能力，可以抑制瀝青路面的開裂，延長瀝青路面的使用壽命[36]。目前，自愈合道路研究的主要方向有感應(yīng)加熱、研制自愈合微膠囊、納米黏土改性瀝青和微膠囊，主要采用感應(yīng)誘導(dǎo)加熱愈合方法和在瀝青材料中添加基于微膠囊技術(shù)的輔助愈合劑來提高瀝青道路的自愈合性能。

1.2.1 基于感應(yīng)加熱技術(shù)的自愈合道路

基于感應(yīng)加熱技術(shù)的自愈合道路已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)室探究階段發(fā)展到實(shí)際應(yīng)用。該道路主要是通過在瀝青路面材料中添加導(dǎo)電纖維或填料(如碳纖維、石墨、鋼纖維、鋼渣和導(dǎo)電聚合物聚苯胺等)，在瀝青產(chǎn)生微裂紋時(shí)導(dǎo)電纖維等材料會在其周圍形成閉合回路，將通電后產(chǎn)生交變磁場的線圈置于其附近產(chǎn)生渦流，當(dāng)渦流遇到材料的電阻時(shí)產(chǎn)生熱量，將瀝青熔化以實(shí)現(xiàn)裂縫閉合的目的[37]。導(dǎo)電纖維和填料的類型、形狀和尺寸對瀝青路面的自愈合性能有決定性影響。WU等[38]對添加了導(dǎo)電纖維、炭黑和石墨作為導(dǎo)電介質(zhì)的瀝青路面進(jìn)行感應(yīng)加熱，證明在混合料中添加導(dǎo)電纖維比添加導(dǎo)電填料的路面更有效地增加導(dǎo)電性。在道路工程中，鋼纖維、鋼渣等含有磁性成分的材料已被廣泛作為自愈合道路中的填料應(yīng)用。由于鋼渣是一種固體廢棄物[39]，又具備感應(yīng)加熱的特性，因而受到研究者們的青睞。GARCíA等[40]在瀝青膠漿中添加導(dǎo)電填料和纖維(石墨和鋼絲絨)，發(fā)現(xiàn)可以利用該材料進(jìn)行感應(yīng)能量加熱。LI等[41]對鋼渣組成的導(dǎo)電瀝青混凝土進(jìn)行感應(yīng)加熱，發(fā)現(xiàn)其具有良好的自修復(fù)性能，鋼渣的摻入可有效提高瀝青路面的自愈合效率。感應(yīng)加熱自愈合過程如圖3[42]所示。

圖3 感應(yīng)加熱自愈合過程[42]Fig.3 Self-healing processes of induction heating[42]

目前，該研究中尚未解決的問題是導(dǎo)電纖維或填料的氧化(腐蝕)會導(dǎo)致導(dǎo)電性喪失，因此采用碳纖維或?qū)щ娋酆衔镞M(jìn)行替代成為了自愈合道路方向研究的熱點(diǎn)。此外，一些導(dǎo)電添加劑也可以提高瀝青混凝土的耐久性和路面系統(tǒng)的使用壽命。

1.2.2 基于微膠囊技術(shù)的自愈合道路

基于微膠囊技術(shù)的自愈合道路主要是通過模擬生物創(chuàng)傷的自愈合來實(shí)現(xiàn)瀝青路面裂紋的主動修復(fù)[43]。目前與該技術(shù)有關(guān)的主流研究方向有2個(gè)：一是通過將含有愈合劑(多采用葵花籽油)的微膠囊裝入瀝青材料中[44]，當(dāng)瀝青中出現(xiàn)微裂縫時(shí)，裂縫周圍的微膠囊破裂并釋放出愈合劑，在分子擴(kuò)散的作用下，愈合劑逐漸填充裂紋；二是將含有愈合劑微膠囊和催化劑分散在瀝青材料中，當(dāng)瀝青材料產(chǎn)生微裂紋時(shí)，微膠囊破裂，愈合劑流出，與瀝青中分布的催化劑相互作用，使裂紋自動愈合[45]。微膠囊自愈合過程如圖4[46]所示。

圖4 微膠囊自愈合過程[46]Fig.4 Self-healing processes of microcapsule[46]

當(dāng)前在道路領(lǐng)域應(yīng)用的自愈合微膠囊技術(shù)有3種方式：1)采用原位聚合法，以甲醇-三聚氰胺-甲醛[47]、三聚氰胺-脲醛[48]或三聚氰胺-甲醛[49]為外殼材料，制備出具有微米級核殼結(jié)構(gòu)的微膠囊并添加在瀝青結(jié)合料中；2)采用纖維材料對愈合劑進(jìn)行封裝，TABAKOVI?等[50]用海藻酸鈣涂層油制備了海藻酸分隔纖維包裹愈合劑，將該材料加入瀝青材料可提高拉伸強(qiáng)度和自愈合性能；3)將毫米級自愈合膠囊用作瀝青混合料中的細(xì)集料，AL-MANSOORI 等[51]使用海藻酸鈣包覆葵花籽油，添加進(jìn)瀝青混合料可以有效提高低溫下的自愈合性能，且不會影響其力學(xué)性能。

1.2.3 納米黏土改性瀝青路面材料

傳統(tǒng)的聚合物改性瀝青價(jià)格高、工藝復(fù)雜、環(huán)境污染大，而納米黏土改性瀝青具有價(jià)格低廉、儲量豐富、加工方便、資源消耗低等特點(diǎn)，符合當(dāng)前發(fā)展綠色路面材料的要求[52]。目前，黏土瀝青改性劑多采用層狀硅酸鹽材料如蛭石、高嶺石和蒙脫石等，此類材料的特點(diǎn)是具備層狀結(jié)構(gòu)，厚度一般為1 nm，具有高縱橫比和表面能。與傳統(tǒng)的微型復(fù)合材料相比，黏土瀝青改性劑實(shí)現(xiàn)等效性能所需的負(fù)載量要低得多[53]。黏土改性瀝青可以有效地防止瀝青中揮發(fā)性成分的流失，限制瀝青大分子鏈在高溫條件下流動，并在熱氧化老化過程中阻礙氧氣的滲透[54]，改善瀝青材料的老化、流變和熱性能。在高表面能驅(qū)動下，納米黏土顆粒在瀝青材料中會傾向于朝著裂紋尖端移動，從而阻止裂紋擴(kuò)展并修復(fù)受損的瀝青路面材料[55]。此外，將黏土材料應(yīng)用于瀝青混合料可以改善瀝青混合料的力學(xué)性能，如增大剛度模量、增大抗剝離強(qiáng)度、增大抗?jié)衿茐膹?qiáng)度、防止裂縫和增大抗蠕變能，尤其是當(dāng)摻量為1.5%時(shí)，黏土改性瀝青混合料表現(xiàn)出性能優(yōu)越的拉伸強(qiáng)度和濕敏性能[56]。TABAKOVI?等[57]發(fā)現(xiàn)采用3%和5%摻量的有機(jī)黏土改性瀝青，可提高其抗疲勞特性，這表明納米黏土材料可用于改善瀝青混合料的自愈合性能。然而，目前對納米黏土自愈合技術(shù)的研究較少，有關(guān)納米黏土顆粒對自愈合瀝青混合料性能的長期影響的成果不多。

1.2.4 自愈合道路發(fā)展展望

基于目前已有的自愈合道路研究成果，開發(fā)新一代自愈合道路需要朝著3個(gè)方向發(fā)展。

1)將自愈合材料與智能應(yīng)用傳感器結(jié)合，開發(fā)設(shè)計(jì)路面損傷傳感器和修復(fù)觸發(fā)元件應(yīng)用于道路系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智能路面結(jié)構(gòu)與自愈合材料一體化，使路面具備自感知、自修復(fù)的能力。在理想情況下，傳感器元件應(yīng)為路面系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)部件，且不會破壞路面系統(tǒng)的基礎(chǔ)功能。

2)探究路面多種自愈合機(jī)制。迄今為止，應(yīng)用于自愈合道路中較成熟的技術(shù)僅有感應(yīng)加熱和自愈合微膠囊，其他自愈合機(jī)制尚處于待開發(fā)階段。為開發(fā)自愈合道路的額外潛力，需開發(fā)新型自愈合材料并明確其機(jī)制，以滿足更廣泛的性能要求。例如將SMA 納米材料應(yīng)用于道路工程可有效解決因路面疲勞產(chǎn)生開裂等問題。

3)完善道路自愈合評估機(jī)制。目前關(guān)于自愈合道路評估機(jī)制的研究多采用單次加載-間歇方法[46]，對如何量化自愈成功率的理解仍然有限，為此，需進(jìn)一步對自愈合道路在實(shí)際應(yīng)用中的行車安全性、路用性能等因素進(jìn)行綜合分析評定，并對自愈合材料在瀝青混合料中的工作機(jī)理和疲勞載荷下瀝青材料中的微膠囊材料的釋放行為進(jìn)行研究。

1.3 自俘能道路

道路在承擔(dān)交通功能的同時(shí)，在其內(nèi)部及周邊會產(chǎn)生大量的熱能和機(jī)械能。例如，瀝青道路吸收太陽輻射導(dǎo)致熱能在路面內(nèi)積聚；當(dāng)車輛輪胎通過時(shí)，車輛荷載會產(chǎn)生大量機(jī)械能。近年來，在全球能源短缺、環(huán)境污染和氣候變化的背景下，從路面收集能量已成為研究熱點(diǎn)。目前，關(guān)于自俘能道路的研究主要有壓電集能道路[58]、光伏發(fā)電道路[59]和熱電集能道路[60]等。

1.3.1 壓電集能道路

壓電集能道路主要是利用壓電路面技術(shù)，將車輛荷載產(chǎn)生的部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。壓電集能道路系統(tǒng)示意圖如圖5[61]所示。壓電集能道路系統(tǒng)包括壓電發(fā)電裝置的力-電轉(zhuǎn)換模塊和壓電采集-存儲模塊。力-電轉(zhuǎn)換模塊利用壓電材料如鋯鈦酸鉛(PZT)、鈦酸鋇(BT)等，它們具有獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)，車輛荷載作用導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形，形成電偶極子從而產(chǎn)生電勢差，再通過采集-存儲模塊對電能進(jìn)行采集及存儲。

圖5 壓電集能道路系統(tǒng)示意圖[61]Fig.5 Schematic diagrams of piezoelectric energy harvesting road system[61]

目前有關(guān)壓電集能道路的主流研究方向有2個(gè)：一是基于壓電材料與道路材料相結(jié)合的集能路面技術(shù)，制備出具有壓電效應(yīng)的復(fù)合材料應(yīng)用于路面鋪裝[62]。由于受到材料性能和制備工藝的限制，壓電復(fù)合材料產(chǎn)生的壓電效應(yīng)并不理想，此外，壓電復(fù)合材料應(yīng)用于道路時(shí)會對路用性能產(chǎn)生不利影響，因此，人們對該方向的研究較少[63]；二是基于嵌入式壓電能量采集器的壓電集能道路[64]，通過在路面嵌入壓電能量采集器進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，考慮到振幅和加載時(shí)間會顯著影響輸出功率等，在城市巷道中采用嵌入式壓電能量采集器可能是較理想的選擇[65]。該技術(shù)在路面集能方面有廣闊的應(yīng)用前景[66]，如何提高壓電集能采集器與道路交通環(huán)境的匹配程度、實(shí)現(xiàn)能量高效率轉(zhuǎn)化等問題仍然亟待解決[67]。此外，將壓電能量采集器應(yīng)用到瀝青道路中時(shí)，由于瀝青的攤鋪溫度接近壓電材料的居里溫度，會導(dǎo)致壓電效應(yīng)自動消失[68]，基于以往研究，將壓電裝置應(yīng)用于道路中時(shí)需要由混凝土塊或砂漿塊保護(hù)[69]，優(yōu)化壓電裝置的封裝結(jié)構(gòu)和材料或?qū)⒊蔀橐院笤撗芯康臒狳c(diǎn)。

1.3.2 光伏發(fā)電道路

道路覆蓋大部分地表，瀝青道路可以直接吸收陽光輻射，將光伏發(fā)電技術(shù)用于輔助道路建設(shè)時(shí)，可以在不增加土地的情況下有效緩解能源供應(yīng)壓力[70]。采用光伏太陽能電池板替代傳統(tǒng)道路時(shí)，以光伏技術(shù)為基礎(chǔ)，使用低壓分布式發(fā)電裝置為主要設(shè)備制備光伏發(fā)電道路。一種光伏發(fā)電道路結(jié)構(gòu)示意圖如圖6[71]所示。該道路可以從太陽能中收集能量，并在路面和路基中垂直傳播，達(dá)到能量轉(zhuǎn)換儲存的目的。在道路中鋪設(shè)光伏板或?qū)Φ缆返穆酚眯阅墚a(chǎn)生影響，如何在確保道路整體結(jié)構(gòu)形態(tài)宏觀穩(wěn)定的前提下確保光伏發(fā)電技術(shù)的合理應(yīng)用將成為以后研究的重點(diǎn)。

圖6 一種光伏發(fā)電道路結(jié)構(gòu)示意圖[71]Fig.6 Schematic diagram of photovoltaic power generation road structure[71]

目前，光伏發(fā)電道路主要通過采用太陽能板代替?zhèn)鹘y(tǒng)的瀝青混凝土或水泥混凝土鋪設(shè)道路等方式，將光伏板吸收的太陽能轉(zhuǎn)化為電能[72]，相關(guān)研究階段尚處于實(shí)驗(yàn)室模式。VENUGOPAL等[73]根據(jù)能量平衡原理，建立了預(yù)測光伏發(fā)電道路運(yùn)行溫度的數(shù)學(xué)模型，發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)缆纷罡哌\(yùn)行溫度為85.98 ℃時(shí)，年發(fā)電量可達(dá)84 kW·h/m2，綜合能效為8.6%。此外，EFTHYMIOU等[74]研究了光伏發(fā)電道路對氣候的影響，發(fā)現(xiàn)光伏發(fā)電道路的路面溫度比普通道路溫度低8 ℃，環(huán)境溫度比普通道路溫度降低約0.8 ℃，可用于降低城市熱島效應(yīng)。

1.3.3 熱電集能道路

熱電集能道路通過利用嵌入路面結(jié)構(gòu)中熱電模塊兩端的溫差產(chǎn)生電壓將路面(尤其是瀝青路面)吸收的熱量轉(zhuǎn)化為電能，其主要結(jié)構(gòu)模塊如圖7所示[75]。除了用于傳統(tǒng)瀝青路面的材料外，還包括熱傳導(dǎo)、熱電轉(zhuǎn)換和冷卻模塊。當(dāng)太陽輻射使瀝青路面溫度升高時(shí)，熱量會通過均熱板傳遞到溫差發(fā)電器(TEG)的熱側(cè)，在熱側(cè)和冷側(cè)之間產(chǎn)生溫差，并產(chǎn)生電壓輸出。

圖7 熱電集能道路結(jié)構(gòu)示意圖[75]Fig.7 Schematic diagram of thermoelectric energy gathering road structure[75]

基于塞貝克效應(yīng)[76]和溫度梯度的方法[63]，有2類熱電集能系統(tǒng)應(yīng)用在道路結(jié)構(gòu)中：1)在路面中嵌入管道系統(tǒng)，在熱水(通過吸收路面熱量加熱)和冷水(從附近水源(如河流)循環(huán))之間產(chǎn)生溫差運(yùn)行熱電集能系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換[77]；2)在路面上安裝熱電電池，通過道路表面和路基土壤之間的溫差運(yùn)行熱電集能系統(tǒng)，該方法使用熱釋電材料發(fā)電，熱釋電材料通過溫度波動產(chǎn)生臨時(shí)電壓。WU等[78]將高導(dǎo)熱材料連接到路基上，通過計(jì)算機(jī)仿真模擬技術(shù)優(yōu)化了熱電集能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確保在較大溫度梯度下實(shí)現(xiàn)能源利用，輸出功率估計(jì)高達(dá)0.02 W，每天可產(chǎn)生的總能量預(yù)計(jì)可達(dá)1 kJ。

1.3.4 自俘能道路發(fā)展前景

綜上所述，不同集能道路各有其優(yōu)缺點(diǎn)。壓電集能道路憑借著效率高、結(jié)構(gòu)簡單等特點(diǎn)具有很大的推廣價(jià)值，但目前仍然沒有建立起完整的壓電道路儲能理論體系，實(shí)際應(yīng)用案例較少[65]?；诠夥l(fā)電技術(shù)的光伏發(fā)電道路已得到較大發(fā)展，如何滿足透明覆層對路面強(qiáng)度、剛度和耐久性的要求將成為該方向以后研究的重點(diǎn)[79]?；跍夭钤酱螽a(chǎn)生電壓越高的特性，如何充分利用路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部或路面與周圍環(huán)境間的溫度梯度提高能量轉(zhuǎn)換效率將成為熱電集能道路研究中的關(guān)鍵問題。為了從道路上獲取更多的能源，有必要整合各種技術(shù)以克服單一應(yīng)用的局限性。

1.4 其他功能型道路

1.4.1 光催化道路

光催化道路主要是通過在道路表面使用可重復(fù)利用的光催化材料，在陽光作用下促使汽車尾氣中的CO2和有害氣體(NOx和NO等)轉(zhuǎn)換為對人和環(huán)境無害的N2等物質(zhì)，達(dá)到分解尾氣和緩解城市熱島效應(yīng)目的。基于以往研究，現(xiàn)階段將光催化材料應(yīng)用于道路中的方式有表面噴涂[80]、直接拌合[81]、采用光催化材料對瀝青(瀝青混凝土的黏結(jié)成分)進(jìn)行改性[82]共3種。常用的光催化材料主要有二氧化鈦(TiO2)、氧化鋅(ZnO)等。

目前，對TiO2材料的研究多集中在如何在可見光作用下提高光催化效率、研制光催化負(fù)載材料以及建立系統(tǒng)評價(jià)理論體系等方面。通過添加金屬離子或非金屬離子改性TiO2可以制備具有高催化效率的材料。TiO2在道路工程中的應(yīng)用有2種方式：1)利用TiO2制備水性涂料，直接涂覆在道路表面[83]；2)將TiO2用作填料，在混合料的混合過程中摻入[84]。由于TiO2在混合過程中易發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，表層涂覆法比混合法具有更高的光催化效率[85]。WANG等[86]提出了新型TiO2瀝青路面涂層方法，該方法采用含有TiO2的水泥砂漿粉作為攤鋪材料，用環(huán)氧樹脂將其黏結(jié)在瀝青路面表面，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法可以達(dá)到持久的降解效率，但由于環(huán)氧樹脂和瀝青的熱膨脹性能不同，在溫度波動下，環(huán)氧瀝青界面會發(fā)生開裂。FAN等[87]將碳改性二氧化鈦(C-TiO2)光催化劑懸浮在去離子水中，噴涂到瀝青表面，然后進(jìn)行熱處理，將光催化劑顆粒部分嵌入到瀝青表面。氧化鋅(ZnO)作為TiO2的替代材料已經(jīng)在多相光催化領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，但ZnO 替代TiO2會導(dǎo)致光催化效率的大幅降低，在相同條件下，光催化效率降低39%～78%[88]。

此外，自然環(huán)境中含有豐富的非金屬元素，易于合成新型非金屬半導(dǎo)體光催化材料石墨相氮化碳(g-C3N4)，其因具有有機(jī)污染物降解和人工光合作用等優(yōu)異性能受到研究者廣泛關(guān)注[89]。然而，g-C3N4受到其比表面積、高光激發(fā)電子和空穴復(fù)合速率以及可見光范圍內(nèi)光吸收的限制，應(yīng)用于光催化道路中的效果并不理想[90]。此外，對g-C3N4進(jìn)行改性和進(jìn)一步優(yōu)化對今后應(yīng)用于道路工程領(lǐng)域的研究具有重要的指導(dǎo)意義[91]。YANG等[92]以Fe摻雜g-C3N4制備了新型光催化劑，研發(fā)出廢氣降解效率較高的光催化瀝青路面，當(dāng)Fe 摻入量為1%時(shí)，其光催化性能明顯優(yōu)于純g-C3N4，在金屬鹵化燈照射30 min內(nèi)對NO降解率可達(dá)75.43%，比純g-C3N4提高24.65%。

目前，有關(guān)光催化道路的研究成果尚未在大型工程中得到應(yīng)用，受自然環(huán)境限制的影響(光照強(qiáng)度、環(huán)境溫度、濕度和風(fēng)等)，汽車尾氣在光催化道路上的分解效率不高，如何提高光催化材料與道路路用性能的契合度，提高尾氣分解效率和道路耐久性將成為今后研究的重點(diǎn)方向。

1.4.2 主動除冰雪道路

主動除雪化冰道路是指通過改變傳統(tǒng)路面的材料組成及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得路面在降雪過程中不用借助外部作用，即可主動完成融雪化冰。目前有關(guān)主動除冰道路的研究主要有自應(yīng)力彈性道路、能量轉(zhuǎn)換道路、路面涂低冰點(diǎn)添加劑和基于超疏水材料的主動除冰雪路面涂層技術(shù)等。

自應(yīng)力彈性道路主要是通過在道路表面添加一定量的高彈性材料，改變路面與輪胎的接觸特性。通過彈性材料的高變形特性使得交通荷載對路面產(chǎn)生的應(yīng)力起到去除冰雪堆積的效果。該道路技術(shù)主要包括橡膠顆粒瀝青路面和鑲嵌類鋪裝技術(shù)。近年來，常用的彈性材料是從可回收輪胎中獲得的橡膠顆粒。此外，有研究表明，提高路面構(gòu)造深度和粗糙度可使冰雪層在車輛荷載不均勻應(yīng)力作用下很難結(jié)冰，如多孔瀝青混凝土道路的應(yīng)用可有效保持路面清潔。能量轉(zhuǎn)換除冰道路主要是在路面內(nèi)鋪設(shè)加熱管道和電纜，通過電力、太陽能電池板或天然氣加熱技術(shù)產(chǎn)生的熱量提高路面溫度，達(dá)到融化路面冰雪或防止路面結(jié)冰的目的[93]。除上述2種主動除冰道路技術(shù)外，通過在路面材料中添加低冰點(diǎn)材料的方法也可以達(dá)到融冰雪的目的，常用的巖鹽(NaCl 或CaCl2)能有效降低冰點(diǎn)，防止路面結(jié)冰[77-78,94]，但對環(huán)境并不友好，研究者們正在尋找更有效的環(huán)保替代材料。

此外，基于超疏水材料可有效降低基質(zhì)表面覆冰量及冰與基質(zhì)表面間的附著力等自身材料特性，將超疏水材料制備為抗凝冰涂層應(yīng)用于道路領(lǐng)域可達(dá)到道路主動防冰除冰的效果。目前，路用超疏水材料主要包括疏水型融雪抑冰材料和抗覆冰超疏水涂層材料。基于超疏水材料制備的抗凝冰涂層技術(shù)是一種施工簡便、性價(jià)比高、能耗低的主動智能除冰雪技術(shù)，為冬季道路的疏水防冰提供新思路，推廣應(yīng)用前景廣闊。但從實(shí)際工程應(yīng)用來看，該技術(shù)和評價(jià)理論尚不成熟。制備超疏水涂層作為超薄罩面，噴涂在道路路面表面，容易受到車輛荷載、陽光等復(fù)雜外界因素的影響產(chǎn)生脫落、路用性能變差和導(dǎo)致道路主動除冰雪能力消失等問題，此外，超疏水材料昂貴，大規(guī)模生產(chǎn)、使用受到限制。

自應(yīng)力彈性道路目前僅在實(shí)驗(yàn)室和道路試驗(yàn)中使用，需要提升其在環(huán)境因素和交通流量影響下的主動除冰雪能力。能量轉(zhuǎn)換除冰道路具有環(huán)保和高除冰效率等優(yōu)點(diǎn)，但是該功能型道路施工難度大，目前僅應(yīng)用于機(jī)場道路、橋梁和大坡度縱坡路段，降低其施工費(fèi)用、改善施工工藝將成為以后研究熱點(diǎn)。應(yīng)用于路面的低冰點(diǎn)材料易隨著時(shí)間而流失，其主動融冰雪性能會變差甚至消失，后期需進(jìn)一步研究具有長效性保持技術(shù)。此外，開發(fā)出適用于道路的新型超疏水材料是主動除冰雪涂層技術(shù)研究中的重點(diǎn)。

1.4.3 降噪道路

交通噪聲主要由輪胎和路面之間的相互作用產(chǎn)生。影響輪胎/道路噪聲的因素包括路面特性(骨料特性、紋理深度、空隙率等)、輪胎特性(胎面花紋和深度、輪胎類型和壓力等)、環(huán)境因素(溫度、路面濕度、灰塵等)和駕駛員的人為因素(車速)[95]。采用適當(dāng)?shù)穆访娌牧峡捎行Ы档洼喬?路面噪聲。

目前降噪道路主要采用的路面類型有彈性瀝青混凝土路面和多孔瀝青混凝土路面。彈性瀝青混凝土路面是將廢舊輪胎制成的橡膠顆粒替換混合料中的集料或者改性瀝青形成的路面結(jié)構(gòu)。彈性瀝青混凝土路面的減振降噪性能測試方法主要包括輪胎振動衰減測試、路錘測試、反復(fù)載荷測試、車輛振動測試和輪胎振動模式測試。與普通瀝青路面相比，彈性瀝青混凝土路面可使輪胎的垂直振動減小9.67%。振動衰減比普通瀝青路面大20%～25%。使用碎橡膠改性瀝青混合物鋪筑路面可使交通噪聲減少約5 dB[96]。此外，適當(dāng)增加橡膠顆粒的粒徑和質(zhì)量分?jǐn)?shù)也可以有效提高減振和降噪性能。

多孔瀝青混凝土路面主要采用具備孔隙降噪特性的多孔瀝青混凝土(PAC)材料作為路面材料降低路面噪聲。多孔瀝青混凝土材料含有大量連通孔隙，可增強(qiáng)路面的聲阻抗，明顯減弱輪胎和路面之間的“空氣泵送作用”[97]，有助于能量耗散、減少噪聲源產(chǎn)生的噪聲[98]。影響多孔瀝青混凝土路面降噪的因素主要有多孔瀝青混凝土路面材料孔隙率的數(shù)量、空間分布和孔徑?；诂F(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)在道路表面鋪設(shè)2 層PAC 具有更好的降噪效果，2層PAC由25 mm厚的上層(粗骨料粒徑在4～8 mm之間)和45 mm 厚的下層(粗骨料粒徑在11～16 mm之間)組成[99]。

目前，國內(nèi)外對降噪道路的研究主要集中在道路結(jié)構(gòu)和材料等方面，首先，針對降噪道路的降噪機(jī)理研究不夠。在不同因素影響下，路面降噪性能會發(fā)生改變，因而必須完善不同類型降噪道路的降噪機(jī)理。其次，在采用多孔瀝青混凝土道路降噪時(shí)，會面臨隨著時(shí)間推移剝落和降噪效果喪失等問題，在保證降噪道路路用性能的同時(shí)，如何使其保持更持久的降噪效果，延緩其降噪性能衰減，是當(dāng)前研究的重點(diǎn)。

1.4.4 自發(fā)光道路

現(xiàn)階段有關(guān)自發(fā)光道路的研究多集中于混凝土領(lǐng)域。研究者們通過向混凝土中添加磷光體、改變混凝土的微觀結(jié)構(gòu)以及在混凝土表面涂覆發(fā)光材料等方法實(shí)現(xiàn)混凝土道路在夜間發(fā)光的目的[100]。目前應(yīng)用在自發(fā)光道路中的發(fā)光材料多為熒光材料[101]、磷光體(硫化鋅)[102]、發(fā)光纖維[103]。

熒光材料多應(yīng)用于道路標(biāo)志中，研究表明添加熒光材料的道路標(biāo)志比非熒光道路標(biāo)志對駕駛員更醒目[104]。磷光體作為一種傳統(tǒng)發(fā)光材料，其特性與熒光材料的特性相似，由于硫化鋅的發(fā)光能力弱且發(fā)光時(shí)間短，因此，該類材料在道路工程中的應(yīng)用受到限制[105]?；谠缙谧园l(fā)光道路研究中使用的發(fā)光材料存在發(fā)光強(qiáng)度低和時(shí)間短等問題，研究者通過使用稀土離子摻雜長余輝發(fā)光材料從而提高長余輝材料發(fā)光亮度和余輝時(shí)間，目前，某些稀土離子摻雜的堿土鋁(硅)酸鹽長余輝材料已進(jìn)入實(shí)用階段，但在道路中摻入該材料后的路用性能以及對環(huán)境的污染仍有待研究。

將熒光材料與聚合物混合而成的發(fā)光纖維在吸收激發(fā)光5～10 min 后，可連續(xù)發(fā)出藍(lán)、綠、黃光(由纖維內(nèi)部使用的發(fā)光材料確定)，其發(fā)光時(shí)間可超過10 h(人眼見的最低亮度)[106]。目前用于制備發(fā)光纖維的發(fā)光材料主要是SrAl2O4復(fù)合Eu2+、Dy3+和Sr2MgSi2O7復(fù)合Eu2+、Dy3+，它們可以發(fā)出藍(lán)或綠等不同顏色的光。人們對具有長余輝的紅色熒光材料的研究較少[107]。LYU 等[108]采用化學(xué)沉淀法和溶膠-凝膠法制備了SrAl2O4復(fù)合Eu2+、Dy3+的硅-聚合物雜化殼包覆持久性熒光粉，發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后的SiO2-聚合物雜化殼涂層使SrAl2O4復(fù)合Eu2+、Dy3+的持久性熒光粉的耐濕性和有機(jī)相容性分別提高71.72%和33.33%。發(fā)光纖維憑借高效、節(jié)能、使用壽命長和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)引起了研究者們的廣泛關(guān)注[109]。

基于夜間道路標(biāo)志可見度低以及道路照明設(shè)施應(yīng)用帶來的巨大的能源消耗和光污染等現(xiàn)狀，對自發(fā)光道路的研究十分有必要。目前關(guān)于發(fā)光混凝土的研究較少，其研究體系尚未建立。將熒光粉直接摻入混凝土中會降低道路強(qiáng)度和耐久性，在混凝土表面涂覆熒光粉涂層易受到磨損和水破壞，其耐久性和耐磨性有待進(jìn)一步研究。根據(jù)以上問題，研究者們應(yīng)致力于開發(fā)契合道路路用性能的發(fā)光材料和具有良好機(jī)械增強(qiáng)性能的添加劑。此外，開發(fā)新型發(fā)光混凝土制備方法和系統(tǒng)評價(jià)發(fā)光混凝土性能的理論也亟待發(fā)展。

2 資源再利用技術(shù)

2.1 路面再生

我國的公路里程尤其是高速公路的總里程逐年速加[110]。伴隨著我國高速公路的快速發(fā)展，許多瀝青路面已進(jìn)入翻修和養(yǎng)護(hù)階段。瀝青路面的修復(fù)每年會產(chǎn)生大量的廢料[111]，據(jù)估計(jì)，我國每年生產(chǎn)約7.9億t 再生瀝青混合料(RAP)，并且由于中國的道路養(yǎng)護(hù)需求仍在不斷增長，這一數(shù)字近年來可能會急劇增加[112]。因此，如何高效利用回收路面材料近年來成為道路工作者的研究熱點(diǎn)。

2.1.1 熱再生技術(shù)

瀝青再生技術(shù)分為熱再生技術(shù)和冷再生技術(shù)。廠拌熱再生將回收瀝青混合料在瀝青拌和廠中破碎、篩分后以適當(dāng)?shù)谋壤c新集料、新瀝青以及一定量的再生劑等拌制成熱拌再生混合料[113]。由于其再生混合料適用性廣，成為最常用的熱再生技術(shù)。但目前RAP 在實(shí)際工程應(yīng)用中摻量較低，其原因是當(dāng)RAP 的摻量較高時(shí)，會帶來再生瀝青混合料的質(zhì)量難以控制以及拌和溫度偏低所帶來的難以壓實(shí)的問題，這也是廠拌熱再生技術(shù)急需解決的問題[114]。馬輝等[115]針對此類問題，以江蘇淮安大橋2006年服役的SMA-13 型RAP 為研究對象，通過實(shí)驗(yàn)分析RAP 摻量的影響因素，發(fā)現(xiàn)要提升RAP 的摻量，可以在實(shí)際工程應(yīng)用中添加一定量的再生劑，降低細(xì)集料在RAP 中的比例或者通過對RAP 中的細(xì)集料進(jìn)行特殊處理，使其降低RAP 的油石比偏差，或者通過對RAP、新集料的加熱溫度進(jìn)行限制，以提升RAP 的摻量。樓婧[116]針對高摻量回收瀝青再生混合料路用性能衰減問題，以某高速公路面層銑刨料為RAP的舊料來源，對高摻量熱再生配合比重新設(shè)計(jì)，通過路用性能實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)分析了高RAP摻量對其路用性能的影響，發(fā)現(xiàn)表面RAP 的摻入可明顯提高熱再生瀝青混合料的高溫性能，而且隨著RAP 摻量提升，其混合料的高溫性能提升顯著，但低溫性能以及水穩(wěn)性能明顯降低。左鋒等[117]針對RAP 摻量對再生瀝青混合料路用性能的影響進(jìn)行了探究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)混合料中RAP 的摻量較低時(shí)，RAP 的摻量適當(dāng)提升會使得混合料的高溫性能、抗疲勞性能以及水穩(wěn)性能有較大提高，但低溫性能下降明顯，因此，在氣溫較低的地區(qū)不宜使用較高RAP摻量的混合料；當(dāng)RAP 摻量較高時(shí)，會顯著降低新舊瀝青間的混溶均勻性，使瀝青混合料的高溫性能、抗疲勞性能、水穩(wěn)性能以及低溫性能明顯降低。左鋒等[120]推薦RAP的最佳摻量為30%。

再生劑的合理運(yùn)用對于回收瀝青再生混合料性能至關(guān)重要。ZHANG等[118]人為恢復(fù)RAP料中老化黏合劑流變性能，以保持回收熱瀝青的路用性能，并通過實(shí)驗(yàn)探究了4 種再生劑即軟質(zhì)黏合劑、植物油、廢機(jī)油和復(fù)合再生劑對摻入了60%的RAP 再生瀝青混合料機(jī)械性能以及RAP 中老化黏合劑流變性能的影響，發(fā)現(xiàn)老化效應(yīng)導(dǎo)致瀝青變得更硬、更有彈性。由于內(nèi)部存在潤滑成分，采用廢機(jī)油作為再生劑時(shí)，很難獲得相應(yīng)再生效果。老化瀝青具有較高零剪切黏度，這是由于瀝青分子尺寸增大，分子間糾纏效果得到改善。雖然軟質(zhì)黏合劑和廢機(jī)油可以降低老化黏結(jié)劑的零剪切黏度，但很難減少瀝青分子間的糾纏。但植物油和復(fù)合再生劑可以恢復(fù)老化黏結(jié)劑的剪切細(xì)化行為。BONICELLI 等[119]通過實(shí)驗(yàn)研究了再生劑和塑體聚合物對高RAP 摻量瀝青混合料長期性能的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)再生劑和塑體聚合物在一定配合比下，高RAP 摻量的瀝青混合料具有良好的路用性能。試驗(yàn)表明，在混合料中摻入0.2%的再生劑與8.0%的塑體聚合物時(shí)，其剛度及抗永久變形能力最佳。再生膠與塑體聚合物的配比對混合料的剛度有顯著影響。在低溫時(shí)，再生劑的使用可使材料適當(dāng)軟化，剛度降低，避免混合料出現(xiàn)裂縫以及變脆；在高溫下，塑性聚合物的存在可以使得混合料剛度增加，有助于防止混合料產(chǎn)生永久變形。塑性聚合物的摻入有利于平衡再生膠的效果，混合料抵抗永久變形的能力隨聚合物劑量增大而增大，對提高較高RAP 摻量的瀝青混合料路用性能具有重要意義。

熱再生瀝青的老化也是學(xué)者們關(guān)注的重點(diǎn)。GRILLI 等[120]選擇特定的再生劑，通過實(shí)驗(yàn)探究了再生劑對攤鋪瀝青機(jī)械性能的影響以及老化對再生瀝青機(jī)械性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：長期老化對原始瀝青以及再生瀝青具有相似的影響，但再生瀝青原本經(jīng)過了長期老化作用，其老化時(shí)間比原始瀝青的老化時(shí)間早。選用特定的再生劑會顯著改善老化瀝青的機(jī)械性能，再生劑在恢復(fù)經(jīng)長期老化的瀝青的機(jī)械性能上具有很大潛力。

使用回收再生瀝青可以在一定程度上降低溫室氣體的排放。CHEN 等[121]以修筑某一路面為實(shí)例，基于瀝青混凝土路面壽命周期評估方法，對含回收再生瀝青的瀝青路面溫室氣體的排放進(jìn)行了量化。采用二氧化碳隨時(shí)間變化而衰減的函數(shù)以捕捉時(shí)間效應(yīng)，分析了RAP 在混合料中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)、混合料的混合效率對原料和生產(chǎn)階段的影響以及RAP 質(zhì)量分?jǐn)?shù)對路面全壽命周期的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)混合料中的RAP 質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加時(shí)，溫室氣體的排放量逐漸減小，但RAP 的使用帶來的環(huán)境效益會隨著RAP 混合的效率降低或者含有RAP 混合料含水率增加而降低。因此，在實(shí)際工程應(yīng)用時(shí)，要盡可能減少混合料的含水量。

2.1.2 冷再生技術(shù)

瀝青的冷再生技術(shù)如今已廣泛應(yīng)用于路面建設(shè)中，在我國將近有4 000 km 道路上裝有由乳化劑黏結(jié)的冷再生瀝青混合料，90%以上RAP 可用作環(huán)境溫度下的冷再生瀝青混合料[122]。汪德才等[123]發(fā)現(xiàn)早期黏聚力隨放置時(shí)間、拌和用水量和乳化瀝青用量的增大而先增大后減小。影響早期黏聚力最顯著的因素是乳化瀝青的用量以及拌和用水量，其次是乳化瀝青的本身性質(zhì)，RAP 的摻量則對早期黏聚力的影響最小。養(yǎng)生時(shí)間與黏聚力的關(guān)系呈對數(shù)關(guān)系，黏聚力隨養(yǎng)生時(shí)間延長，前期增長較快而后期增長較慢。摻入布敦巖瀝青(BRA)、再生劑(RA)以及采用丁苯橡膠(SBR)改性乳化瀝青的方式對其冷再生混合料早期黏聚力有著明顯改善作用，其中BRA對其改善效果最明顯。

泡沫冷再生工藝是一種較為節(jié)能環(huán)保的道路施工工藝，很多學(xué)者針對泡沫冷再生瀝青的特點(diǎn)進(jìn)行了研究。陳謙等[124]為能夠科學(xué)化評價(jià)泡沫瀝青冷再生混合料的路用性能，選取了合適的路用性能評價(jià)指標(biāo)，并基于功效系數(shù)法建立了泡沫瀝青冷再生混合料路用性能的評價(jià)模型，通過實(shí)驗(yàn)得出了瀝青的最佳發(fā)泡條件如下：發(fā)泡溫度為155 ℃，發(fā)泡用水量為3.0%，最佳含水率為6.8%。在添加劑為水泥、劑量為2%、泡沫瀝青質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%時(shí)所得的混合料各項(xiàng)路用性能指標(biāo)較優(yōu)。LI等[125]采用間接抗拉強(qiáng)度和形變強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，研究了泡沫瀝青再生混合料養(yǎng)護(hù)的早期強(qiáng)度特征，并采用圖像處理和分析的方法識別出泡沫瀝青再生混合料試件的斷裂界面特征，并采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法和雙參數(shù)Weibull 模型分析了氣孔在試件內(nèi)的數(shù)量和分布。實(shí)驗(yàn)及分析結(jié)果表明，前期對試件的烘干時(shí)間對試件的間接抗拉強(qiáng)度、形變強(qiáng)度有顯著影響，特別是在養(yǎng)護(hù)期的前3 d 強(qiáng)度增長速度較快，在養(yǎng)護(hù)早期特別是養(yǎng)護(hù)后的3 d內(nèi)，添加劑水泥對早期強(qiáng)度起重要作用，泡沫瀝青只影響混合料的長期強(qiáng)度。泡沫瀝青冷再生混合料的強(qiáng)度與含水率有關(guān)，當(dāng)水分蒸發(fā)、含水率降低時(shí)，混合料試件的強(qiáng)度增加。在混合料的斷裂面瀝青的覆蓋面較低，早期的斷裂路徑會沿著水膜發(fā)展，隨著養(yǎng)護(hù)持續(xù)，2個(gè)封閉的氣孔會相互連接成為1個(gè)氣孔，對混合料內(nèi)部封閉空間的破壞往往不可逆，但采用雙參數(shù)Weibull 模型分析，發(fā)現(xiàn)混合料中氣孔數(shù)量的微小變化對試件中氣孔分布幾乎無影響。

再生劑也對泡沫瀝青冷再生混合料的性能有較大影響。仝佳等[126]采用生物油為再生劑，在混合料的拌和階段使用生物油與RAP 拌和，由于生物油再生劑的摻入導(dǎo)致RAP 表面上的老化瀝青再生并獲得黏結(jié)力，能夠增強(qiáng)混合料內(nèi)部黏結(jié)強(qiáng)度，增強(qiáng)混合料的整體結(jié)構(gòu)。生物油再生劑在混合料的摻量同樣也會顯著影響混合料的路用性能，馬歇爾穩(wěn)定度、劈裂強(qiáng)度、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度等均隨生物油再生劑的摻量先增大而后減小，其最佳摻量為2%，此時(shí)，混合料的路用性能將達(dá)到最優(yōu)水平。通過鋪筑試驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)，當(dāng)生物油再生劑摻量為2%時(shí)，鋪筑試驗(yàn)段在經(jīng)過一段時(shí)間后無明顯的車轍以及反射裂縫，路用性能明顯強(qiáng)于未摻入再生劑的泡沫瀝青冷再生混合料。

冷再生瀝青混合料的微觀結(jié)構(gòu)同樣也是研究的熱點(diǎn)之一。LIN 等[122]采用已使用8 a 的現(xiàn)場道路乳化瀝青冷再生混合料(CRME)取樣，與實(shí)驗(yàn)室自制的CRME 相比具有較低的空隙率，這可能是多年的行車荷載壓實(shí)所致。此外，兩者具有相似的微觀結(jié)構(gòu)，但現(xiàn)場取樣的CRME 中含有較多的水泥水化產(chǎn)物以及C-S-H凝膠和較少的氫氧化鈣?，F(xiàn)場取樣的CRME 的瀝青砂漿-骨料界面更加粗糙，纖維化的C-S-H含量更高，且實(shí)驗(yàn)室制作的CRME界面微觀結(jié)構(gòu)相比現(xiàn)場取樣來說更加均勻，這是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室自制的CRME 具有更加精確的混合與壓實(shí)過程?，F(xiàn)場取樣的CRME 的宏觀與微觀照片均能明顯觀察到RAP 的斷裂界面，但實(shí)驗(yàn)室自制的CRME 看不到，表明交通荷載會顯著增強(qiáng)水泥的水化，從而可顯著加強(qiáng)水泥-瀝青砂漿與集料的界面黏附性，因此，在CRME 服役過程中應(yīng)重視其長期性能以及微觀結(jié)構(gòu)的發(fā)展。LI 等[127]研究了添加劑水泥對泡沫瀝青冷再生混合料的微觀結(jié)構(gòu)影響，通過掃描電鏡分析混合料表面的形態(tài)特征，發(fā)現(xiàn)未摻有水泥的混合料中聚集體呈現(xiàn)出較平滑的界面，摻有水泥的混合料表面上成簇覆蓋著針狀結(jié)構(gòu)的水化產(chǎn)物C-S-H，針狀結(jié)構(gòu)的水化產(chǎn)物填充了由水分蒸發(fā)后留下的空隙，從而使得CRMF變得更加致密，同時(shí)也將原有氣孔分為多個(gè)，因此，水泥的摻入也改變了氣孔的分布。水泥的水化產(chǎn)物穿透了瀝青膜，兩者間的相互作用，增強(qiáng)了泡沫瀝青與集料間的黏結(jié)性，使其抗水損壞能力提高，CRMF 的凍融實(shí)驗(yàn)結(jié)果也證明了這點(diǎn)。CT 測試結(jié)果表明，隨著水泥的摻入，混合料內(nèi)的氣孔數(shù)量增加，而具有較大孔徑的氣孔數(shù)目降低。混合料在經(jīng)過凍融實(shí)驗(yàn)后，由于凍融過程使得一些氣孔在弱界面處發(fā)生破壞，而一些氣孔會沿著弱界面拓展連成較大孔徑的氣孔，混合料的小氣孔數(shù)目增加有利于提高間接抗拉強(qiáng)度，而大氣孔數(shù)目增加會降低間接抗拉強(qiáng)度。將水泥作為添加劑時(shí)，建議其摻量不大于2%。

2.2 工業(yè)固廢

大宗工業(yè)固廢是指在工業(yè)領(lǐng)域中年產(chǎn)出大于1 000萬t，且對環(huán)境造成嚴(yán)重污染或存在安全隱患的固體廢棄物[128]，主要包括礦渣、鋼渣、赤泥、煤矸石、粉煤灰等。將大宗工業(yè)固廢應(yīng)用于道路工程建設(shè)中能夠解決道路工程建設(shè)中對礦物需求量巨大的問題，但工業(yè)固廢本身性能不穩(wěn)定且對環(huán)境存在潛在的危害，因此，建立工業(yè)固廢在道路領(lǐng)域中的科學(xué)應(yīng)用體系是目前亟待解決的問題。

我國大宗工業(yè)固廢年增長約為36億t，年堆存量凈增100 億t，歷史堆存量已經(jīng)超過600 億t[129]。目前道路領(lǐng)域中研究較多且技術(shù)比較成熟的有廢橡膠、粉煤灰和礦渣等。這里主要介紹礦渣、鋼渣、赤泥、煤矸石和粉煤灰在道路工程領(lǐng)域中的部分研究應(yīng)用現(xiàn)狀。

2.2.1 鋼渣

鋼渣作為煉鋼過程中的副產(chǎn)品，其力學(xué)特性優(yōu)異，且具有棱角豐富、高堿性等特點(diǎn)，被認(rèn)為是優(yōu)質(zhì)的筑路材料[130]。目前，發(fā)達(dá)國家在道路工程建設(shè)中對鋼渣的利用率高達(dá)32.4%～49.7%，我國在道路工程建設(shè)中對鋼渣的利用率僅有7.6%[131]。與發(fā)達(dá)國家之間的差距主要有以下原因：1)鋼渣體積安定性不良的問題未得到有效解決，制約了其在道路領(lǐng)域中的應(yīng)用[132]；2)較高的孔隙率導(dǎo)致去除鋼渣中水分的加熱時(shí)間更長，瀝青消耗量更多，成本提高[131]。國內(nèi)外圍繞鋼渣的陳化技術(shù)[133]、鋼渣骨料的界面黏結(jié)性能及機(jī)理[134]、鋼渣瀝青混合料路用性能的優(yōu)化[135]、鋼渣瀝青混合料水穩(wěn)定性[136]等進(jìn)行了深入研究，促進(jìn)了鋼渣體積安定性技術(shù)和水穩(wěn)定性技術(shù)的發(fā)展，推動了鋼渣在道路領(lǐng)域中的應(yīng)用發(fā)展，但鋼渣骨料再生技術(shù)和原材料處置依然是鋼渣應(yīng)用到道路領(lǐng)域中關(guān)鍵的技術(shù)問題。

一些發(fā)達(dá)國家在鋼渣應(yīng)用到道路工程建設(shè)中有了成功的案例，并且出臺了鋼渣集料和鋼渣瀝青混凝土相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。我國首條鋼渣瀝青路面試驗(yàn)段于1997年12月在上海市寶山區(qū)楊行鎮(zhèn)富楊路鋪筑完成，我國首條鋼渣瀝青混合料高速公路試驗(yàn)段于2015年8月底在宜張高速當(dāng)枝段鋪筑完成，為將鋼渣變廢為寶起到了示范作用[137]，并建立了GB/T 25824—2010“道路用鋼渣”和GB/T 24765—2009“耐磨瀝青路面用鋼渣”等規(guī)范。

2.2.2 銅渣

銅渣是銅在冶煉或轉(zhuǎn)爐過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品，每生產(chǎn)1 t銅大約產(chǎn)生2.2 t銅渣[137]。2019年我國銅渣排放量高達(dá)3 000 萬t 左右，累計(jì)堆存已達(dá)3 億t[138]。銅渣主要含有鐵橄欖石、磁鐵礦、硫化物等，其主要氧化物成分為氧化鐵(68.29%，質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)和二氧化硅(25.84%)[126]。經(jīng)過粉碎和一定的技術(shù)處理后，銅渣可以作為瀝青混合料的填料，銅渣含有少量毒元素的滲濾液會與覆蓋在瀝青膜上的瀝青中和，降低環(huán)境危害性[140]。MODARRES等[141]用銅渣粉(CSP)替代石灰石(LSP)，通過間接拉伸強(qiáng)度、彈性模量和疲勞試驗(yàn)，對比了6% LSP，4% LSP+2% CSP，2% LSP+4% CSP和6%CSP 這4 種骨料總重量摻量下熱拌瀝青混合料(HMA)的力學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)在6% CSP 摻量下，HMA 的間接拉伸強(qiáng)度、韌性指數(shù)、彈性模量、疲勞壽命相比于其他摻量分別平均上升10.2%，8.5%，7.5%和21.6%，同時(shí)，其重金屬污染濃度遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)值。ZIARI等[142]用銅渣替代溫拌瀝青中的石灰石骨料，發(fā)現(xiàn)當(dāng)銅渣摻量為20%時(shí)，瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度、間接拉伸強(qiáng)度、彈性模量、高溫性能和低溫性能最優(yōu)。

2.2.3 赤泥

赤泥是氧化鋁在精煉過程中產(chǎn)生的工業(yè)廢料，其主要成分是氧化鋁[143]。精煉生產(chǎn)1 t 氧化鋁產(chǎn)生0.6～2.5 t赤泥，目前全世界每年產(chǎn)生大約1.2億t赤泥，累計(jì)總量已超過27億t[144]。由于赤泥的壓縮特性與黏性土相似，摩擦特性與沙土相似，因而決定了其能夠用作建材和填料[145]。赤泥在道路工程中主要是用于替代瀝青混合料中的石灰粉[144]和復(fù)配錳渣，以改良瀝青混合料性能[146]、鋪筑半剛性基層等。

未處理過的赤泥抵御水損害能力較低，在浸水條件下其抗剪程度大幅度降低，因此需要進(jìn)行穩(wěn)定處理。2017年濟(jì)青高速公路擴(kuò)建工程將改良拜耳法赤泥用于路床填筑，通過現(xiàn)場取樣及檢測實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其路基質(zhì)量均滿足規(guī)范要求[147]。山東濱州北海靜脈產(chǎn)業(yè)園采用改良拜耳法赤泥填筑100 m路基，其強(qiáng)度和模量均比傳統(tǒng)石灰或水泥改良土路基的高，通過地下水監(jiān)測，改性赤泥路基對地下水的預(yù)估影響低于III 類地下水限值，環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)較小[148]。

2.2.4 煤矸石

煤炭是我國的主要能源，分別占全國能源和消費(fèi)結(jié)構(gòu)的71.7%和62.1%，且煤矸石是煤炭生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的最多的固廢[149]。我國煤矸石產(chǎn)量巨大，2020年預(yù)計(jì)超過7.29 億t，累計(jì)超過50 億t。美國、英國等發(fā)達(dá)國家對煤矸石的利用率超過90%，我國目前對煤矸石的利用率僅為64%，與發(fā)達(dá)國家還有很大差距，其中，用于道路、建筑領(lǐng)域的比例較小[150]。煤矸石與碎石土相似，具有較大強(qiáng)度與較強(qiáng)水穩(wěn)定性，可用于填筑道路路基或底基層，但在施工過程中，若直接受雨水淋溶，則其微量有害元素Hg會擴(kuò)散，從而對土壤和地下水產(chǎn)生污染[151]。將煤矸石磨成粉，經(jīng)過一定處理后可替代礦粉加入瀝青，相比于礦粉，活化煤矸石粉具有更小粒度、更大比表面積、更粗糙表面，通過對瀝青的表面潤濕作用及界面吸附作用，可顯著提升瀝青的高溫性能，但會降低其低溫性能，故應(yīng)用前需確定其最佳粉膠比[152-153]。

2.2.5 粉煤灰

粉煤灰燃煤發(fā)電是排放的一種固體廢棄物，我國是煤炭利用大國，每年產(chǎn)生大量的粉煤灰，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016年和2017年我國的粉煤灰量分別為6.55 億t 和6.86 億t，根據(jù)相關(guān)模型估計(jì)，到2024年我國粉煤灰產(chǎn)量將達(dá)到9.25 億t。粉煤灰以粉末形態(tài)在有水的情況下與氫氧化鈣等堿性物質(zhì)能夠生產(chǎn)具有水硬性的膠凝材料，這決定了其被用于建材和交通行業(yè)的潛力。一些發(fā)達(dá)國家對粉煤灰已經(jīng)實(shí)現(xiàn)100%的綜合利用。我國在建筑業(yè)比較發(fā)達(dá)的東南部對粉煤灰的利用率非常高，而在建筑業(yè)欠發(fā)達(dá)的中西部地區(qū)粉煤灰利用率不足15%[154]。國內(nèi)外對粉煤灰在道路領(lǐng)域中的研究主要集中在替代石灰石用于瀝青混合料中[155]，或用于提高道路穩(wěn)定類基層材料性能[156]、冷再生長期性能和層間黏結(jié)性能[157]等。

綜合利用粉煤灰不僅能夠解決粉煤灰對環(huán)境污染的問題，同時(shí)還能將粉煤灰變廢為寶。未來應(yīng)該將粉煤灰研究重點(diǎn)從道路工程的應(yīng)用擴(kuò)展至建筑建材和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的利用。

2.3 建筑固廢

建筑固廢主要是指房建基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、拆除以及修補(bǔ)過程中產(chǎn)生的廢料，主要包括混凝土塊、棄磚、廢棄的瀝青混凝土以及掉落地上的砂漿等。隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，城市化建設(shè)已經(jīng)進(jìn)入高速發(fā)展時(shí)期，隨之而來產(chǎn)生了大量建筑固體廢棄物。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國每年產(chǎn)生70億t左右的建筑固廢[158]。將這些建筑固廢應(yīng)用到道路建設(shè)中不僅能夠解決建筑固廢對環(huán)境造成的污染問題，同時(shí)又解決了道路工程建設(shè)中對大量原材料需求的問題。

建筑固廢的主要成分是無機(jī)化合物，占比在90%以上，同時(shí)還有少量的金屬、塑料和木料，因此，建筑固廢具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐酸堿等特點(diǎn)，是道路工程建設(shè)中優(yōu)質(zhì)的可再生原材料。目前，建筑固廢在道路工程中的利用形態(tài)包括再生集料和再生微粉[159]等。

2.3.1 建筑固廢集料再生

與公路工程建設(shè)中采用的天然集料相比，由于建筑固廢本身成分而存在孔隙率大、密度和強(qiáng)度低、吸油率和吸水率高等缺陷，若將未經(jīng)過技術(shù)處理的建筑固廢直接用于道路建設(shè)中，則會使混合料強(qiáng)度、低溫性能以及水穩(wěn)定性都無法滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，因此，建筑固廢再生集料改性技術(shù)的研發(fā)是解決這些問題的關(guān)鍵。目前，國內(nèi)外關(guān)于建筑固廢集料已有的改性技術(shù)包括再生混凝土集料強(qiáng)化技術(shù)[160]、高濃度CO2強(qiáng)化再生集料技術(shù)[161]、再生集料抗凍耐久性技術(shù)[162]、再生集料透水混凝土技術(shù)[163]、再生集料滲透結(jié)晶強(qiáng)化技術(shù)[164]、再生集料微粉強(qiáng)化技術(shù)[165]等。

1)再生混凝土集料強(qiáng)化技術(shù)采用火山灰材料預(yù)處理再生混凝土骨料，使再生混凝土骨料的力學(xué)性能和耐久性能得到顯著提高，或者通過加速碳化提高再生混凝土骨料的性能以及通過某種微生物碳酸鹽沉積提高再生混凝土骨料的性能[130]。

2)高濃度CO2強(qiáng)化再生集料技術(shù)利用CO2與再生集料老層砂漿中的水化硅酸鈣、氫氧化鈣產(chǎn)生反應(yīng)生成可以改善再生集料性能的碳酸鈣[166]。

3)再生集料抗凍耐久性技術(shù)采用水泥漿對再生骨料進(jìn)行包裹處理，使其物理性能得到改善，密實(shí)性能得到提升，抗凍性能得到優(yōu)化[167]。

4)再生集料透水混凝土技術(shù)利用再生粗骨料、電爐渣以及添加劑和采用不同品種的廢棄水泥來協(xié)同改善再生骨料混凝土的透水性能[168]。

5)再生集料滲透結(jié)晶強(qiáng)化技術(shù)使用輔助材料對再生集料表面進(jìn)行覆蓋使其滲透到集料裂縫中，有效填充再生集料自身的裂縫，使再生集料結(jié)構(gòu)變得密實(shí)，力學(xué)性能得到有效強(qiáng)化[164]。

6)再生集料微粉強(qiáng)化技術(shù)使用堿性微粉對再生集料表面進(jìn)行活化處理后能有效提高再生集料的力學(xué)性能[165]。

從20個(gè)世紀(jì)90年代開始，國外已經(jīng)開始大規(guī)模利用建筑固廢。我國在1991年合肥到南京的高速公路維修中使用了再生集料替代天然集料。同濟(jì)大學(xué)于2004年在校園內(nèi)部采用再生集料作為骨料鋪筑了一段路，沿用至今[169]。我國現(xiàn)行的有關(guān)建筑固廢的規(guī)范有JGJ/T 240—2011“再生骨料應(yīng)用技術(shù)規(guī)程”、GB/T 25177—2010“混凝土用再生粗骨料”和JC/T 2281—2014“道路用建筑垃圾再生骨料無機(jī)混合料”等，在我國道路建設(shè)中已經(jīng)在基層、底基層和面層結(jié)構(gòu)中使用。

2.3.2 建筑固廢再生微粉

建筑固廢中除了粒徑較大的骨料之外還有粒徑較小的粉末，將經(jīng)過再生技術(shù)處理后的建筑固廢中粒徑小于0.16 mm的顆粒統(tǒng)稱為再生微粉。再生微粉中含有具有一定活性的氧化鈣和二氧化硅顆粒，經(jīng)過活性激發(fā)處理后能夠用來制備混凝土所需的膠凝材料。目前，建筑固廢再生微粉應(yīng)用于制備膠凝材料的技術(shù)較成熟，但建筑固廢再生微粉技術(shù)應(yīng)用于道路工程領(lǐng)域還相對有限，僅用于替代礦粉和用于路基回填。建筑固廢孔隙率大、密度和強(qiáng)度都低、吸油率和吸水率都高等缺點(diǎn)限制了其在道路領(lǐng)域中的應(yīng)用。JC/T 2548—2019“建筑固廢再生微粉”的發(fā)布為建筑固廢再生微粉在應(yīng)用中提供了行業(yè)中的技術(shù)指導(dǎo)和依據(jù)。

根據(jù)國內(nèi)外研究，建筑固廢中的廢陶瓷和廢玻璃能夠作為粉末填料應(yīng)用于道路領(lǐng)域中[170]，如能將廢陶瓷粉用于替代熱拌瀝青中部分礦粉[171]、陶瓷廢料用于改善路面的高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性[172]等。摻配比例對路用性能的影響規(guī)律、優(yōu)化混合料的級配設(shè)計(jì)等是此類研究的重點(diǎn)。

國外的一些發(fā)達(dá)國家對建筑固廢的利用率超過90%，美國對建筑固廢的利用甚至接近100%，而我國每年產(chǎn)生70億t左右的建筑固廢，但對這些建筑固廢的利用率不足，對此造成了巨大的資源浪費(fèi)。因此，應(yīng)該有效地將建筑固廢再生骨料以及建筑固廢再生細(xì)粉有效合理且符合性能要求地應(yīng)用到道路領(lǐng)域中，繼續(xù)完善建筑固廢再生骨料和再生細(xì)粉技術(shù)，使其性能滿足路用性能，從而促進(jìn)建筑固廢在道路領(lǐng)域中的應(yīng)用。

2.4 廢輪胎

我國是輪胎生產(chǎn)大國，同時(shí)也是廢輪胎產(chǎn)生大國，2019年我國廢輪胎產(chǎn)生量約1 300 萬t，具有廣闊的回收利用前景[173]。WANG 等[174]以天津塘承高速公路為例，估算出使用廢輪胎破碎成的膠粉替代苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)作為瀝青改性劑，可降低能耗47.18%并減少CO2排放量17.06%。將廢輪胎應(yīng)用于路面材料，在節(jié)能減排、減少“黑色污染”方面擁有巨大的潛力。

目前，廢輪胎主要利用技術(shù)相對成熟的熱解法，對產(chǎn)物中熱解炭、熱解油、熱解氣來進(jìn)行回收利用[175-176]。廢輪胎熱解生成的產(chǎn)物炭黑能增強(qiáng)瀝青的潤濕性，提高瀝青與集料的相容性[177]。FENG等[178]將粒徑為25 μm和150 μm這2種炭黑通過熔融直摻法加入瀝青，發(fā)現(xiàn)瀝青的高溫性能大幅提升，且大粒徑炭黑比小粒徑炭黑對提高瀝青耐老化能力影響更顯著。然而，熱解炭僅有助于改善瀝青的高溫性能，熱解油對瀝青改性的局限性大[179]，它們均不能大劑量使用在瀝青中。WU等[180]發(fā)現(xiàn)在300 ℃下輕微熱解的廢輪胎具有質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過80%的溶膠組分，這種液態(tài)彈性體能均勻地分散在瀝青中并改善瀝青的流變性能，有望替代50%以上瀝青作為黏結(jié)劑使用。通過廢輪胎碎膠改性廢輪胎的熱解冷凝物，其熱解產(chǎn)物還可以作為老化瀝青的再生劑使用[181]。R?EK等[182]通過標(biāo)準(zhǔn)力學(xué)試驗(yàn)和流變試驗(yàn)證明，在瀝青混合料中使用這種替代性再生劑時(shí)，瀝青再生率高達(dá)60%。

將廢輪胎破碎成的膠粉加入到路面材料中，普遍采用濕法與干法。濕法將膠粉直接加入到瀝青中，通過膠粉與瀝青的相互作用，使瀝青的流變性能得到提高，但制備過程中需要特定的設(shè)備，成本較高；干法則將膠粉替代一部分細(xì)集料，相比于濕法，干法的工藝更加簡單，且能在瀝青混合料中加入更多膠粉，具有更好的經(jīng)濟(jì)效益，但由于膠粉與瀝青的黏結(jié)強(qiáng)度差，瀝青混合料需要更長的養(yǎng)護(hù)發(fā)育時(shí)間，導(dǎo)致使用干法制備含有大量膠粉的瀝青混合料抗疲勞性能與剛度模量比常規(guī)瀝青混合料的低[183-187]。CHAVEZ 等[188]綜合干法與濕法利弊，提出半濕法，通過采用類濕法預(yù)處理膠粉后，再像干法一樣替代細(xì)集料制備瀝青混合料。這種方法無需使用特定設(shè)備，便能保持通過濕法獲得的優(yōu)異性能，具有廣闊的應(yīng)用前景。

將廢輪胎磨成的膠粉與其他材料復(fù)合，克服改性瀝青的缺陷，增強(qiáng)改性瀝青的性能，可以對廢棄物進(jìn)行綜合利用。非晶態(tài)α-烯烴共聚物(APAO)與膠粉復(fù)合能改善膠粉與瀝青的相容性，保證改性瀝青的儲存穩(wěn)定性，使其具有更好的抗老化性能[189-191]，與摻入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的膠粉的瀝青混合料相比，摻入15%膠粉+4%APAO能在不顯著降低低溫性能的情況下，進(jìn)一步提高混合料的高溫性能與疲勞性能[192-193]。此外，還有研究者將膠粉與SBS[194]、有機(jī)蒙脫土(OMMT)[195]、層狀復(fù)合金屬氫氧化物(LDHs)[196]等復(fù)合，測得其改性瀝青性能均有一定程度提升。同時(shí)，通過表面處理，使膠粉與玉米秸稈[197]、廢塑料[198]等廢棄物復(fù)合利用，這對解決污染問題，促進(jìn)可持續(xù)循環(huán)利用提供了新的思路。

2.5 生物瀝青

石油是一種不可再生資源，作為原油加工的副產(chǎn)品，日益加劇的環(huán)境問題也促使人們?nèi)ふ姨娲穪頊p少或取代石油基瀝青的使用。廣義上，生物瀝青是基于動物糞便、農(nóng)林作物等生物質(zhì)制備的具備瀝青功能的材料，一般指用生物質(zhì)的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物生物油替代部分瀝青與瀝青混合制備的混合物[199]。生物瀝青由于其原料在自然界來源廣泛，生產(chǎn)過程對環(huán)境友好，成為近年來新型道路材料的熱點(diǎn)。

為提高生物油產(chǎn)量，生物油制備方法多采用快速熱解法及水熱液化法?？焖贌峤夥ㄍㄟ^10～200 ℃/s 的速度快速升溫到500 ℃附近，蒸汽停留時(shí)間控制在1 s 左右，使生物質(zhì)分解成生物炭及揮發(fā)物，再將揮發(fā)物冷凝為生物油[200]；水熱液化法則以水為反應(yīng)媒介，在200～350 ℃的高溫、5～25 MPa 的高壓條件下使生物質(zhì)中的大分子物質(zhì)分解轉(zhuǎn)化為生物油等產(chǎn)物[201]。水熱液化法中，可選擇加入有機(jī)溶劑作為反應(yīng)媒介以進(jìn)一步提高生物油產(chǎn)量。PAN 等[202]在不同溫度、不同反應(yīng)媒介條件下對樟樹木屑進(jìn)行水熱液化，在乙醇與水的共溶劑中獲得61.5%的生物油最高產(chǎn)率，與純水媒介中的生物油相比，最高產(chǎn)率提高20%以上，比純乙醇媒介中的生物油最高產(chǎn)率提高30%以上。MASOUMI 等[203]對微藻進(jìn)行水熱液化研究，發(fā)現(xiàn)以體積比為1:3的水與甲醇作為反應(yīng)媒介，在臨界溫度為272 ℃、臨界氣壓為11.5 MPa 時(shí)生物油最高產(chǎn)率達(dá)47%，相比于純水媒介提高32%，相比于純甲醇媒介提高2%。

大量研究表明，生物油改性瀝青具有優(yōu)異的低溫及中溫性能。高溫性能取決于生物油的類型及摻量。相應(yīng)地，生物瀝青混合料具有比常規(guī)瀝青混合料更好的低溫性能與抗疲勞性，但高溫穩(wěn)定性較差[200]。曹雪娟等[204]采用熱液化法將木屑制備成生物質(zhì)重油，以0%，5%，10%，15%和20%的摻量加入50 號基質(zhì)瀝青制備的生物瀝青，其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、車轍因子及復(fù)數(shù)剪切模量隨摻量增大而降低，當(dāng)生物油摻量為20%時(shí)，黏附等級從5級下降為4級。曾夢瀾等[205]將蓖麻油植物瀝青與基質(zhì)瀝青混合得到的調(diào)和瀝青制備瀝青混合料，發(fā)現(xiàn)隨生物瀝青含量增加，瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性與水穩(wěn)定性降低，低溫性能增強(qiáng)。

瀝青老化后會產(chǎn)生明顯的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致瀝青不均勻性增加，更容易產(chǎn)生開裂現(xiàn)象。生物油能物理性填充瀝青的分子間隙，同時(shí)通過部分化學(xué)鍵結(jié)合，恢復(fù)老化瀝青性能，因而可作為老化瀝青的再生劑使用[206]。ZHANG等[207]采用木屑快速熱解后得到的生物油，在15%摻量下，經(jīng)生物油再生后老化瀝青的低溫性能等級比原始瀝青都有所提高。GONG 等[208]將廢食用油制備的生物柴油殘余物在100 ℃時(shí)蒸餾，對除水及揮發(fā)物后剩余的生物油進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)生物油的摻入明顯提高了老化后瀝青的工作性能與流變性能，特別是以剛度與m值為特征的低溫性能，同時(shí)，1.75%摻量的生物油能使TFOT老化后的SBS瀝青三大指標(biāo)恢復(fù)到初始水平。

生物油與瀝青具有良好的相容性及穩(wěn)定性，但在生物油中含有大量親水官能團(tuán)及組分[208]，在冰島使用舊菜籽油與乙酯型魚油作為瀝青改性劑的路段中，生物油大量覆蓋骨料而影響了骨料與瀝青的黏結(jié)，導(dǎo)致路面層的瀝青滲出并大量流失[209]。目前人們對生物油與基礎(chǔ)瀝青在微觀尺度上的相互作用機(jī)理尚不清楚，生物瀝青的長期應(yīng)用性能仍待驗(yàn)證[210]，同時(shí)，如何減少種類繁多的生物材料對瀝青改性的影響差異，完善并規(guī)范生物瀝青制備及應(yīng)用體系，還有待進(jìn)一步研究。

2.6 廢塑料

根據(jù)ASTM D7611，塑料制品可分為聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚氯乙烯(PVC)、低密度聚乙烯(LDPE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)與其他共7 種。廢塑料具有難降解性，被人們稱為“白色污染”。我國作為材料生產(chǎn)大國，塑料代謝規(guī)模龐大，作為資源損失的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，廢塑料的回收利用引起了人們的廣泛關(guān)注[211]。廢塑料的焚燒與填埋會對空氣及土地造成污染，而自然中的動物無法將食物與進(jìn)入生態(tài)環(huán)境中的塑料區(qū)分，導(dǎo)致誤食攝入塑料顆粒并累積，對自身生命健康造成危害，并通過生物放大作用最終危害到人類[212]。

廢塑料用于道路路面鋪設(shè)的概念于20世紀(jì)90年代被提出，眾多學(xué)者對廢塑料的利用進(jìn)行了探索。廢塑料在道路領(lǐng)域中的利用主要集中于LDPE，HDPE，PET和PP這4種生活常見用品[213]。廢塑料與廢輪胎同屬于廢棄聚合物，可以通過干法或濕法用于瀝青路面。濕法是在與集料混合之前將廢塑料加入瀝青作為改性劑，這種方法主要適用于低熔點(diǎn)的廢塑料；干法則將廢塑料在添加瀝青前與集料一同混合，這種方法主要適用于高熔點(diǎn)的廢塑料[214]，在使用廢塑料制備瀝青混合料前，應(yīng)對所用廢塑料熱學(xué)性能進(jìn)行測試。MOVILLA-QUESADA 等[215]采用干法將廢PET，HDPE和PVC在180 ℃下與集料融成聚合體，等體積替換部分瀝青，再與瀝青混合制備瀝青混合料，發(fā)現(xiàn)聚合體具有比瀝青更高的硬度，從而增加了混合物的整體硬度，所制備的瀝青混合料在中高溫下性能表現(xiàn)更好，而在低溫下更容易開裂。MASHAAN 等[216]采用濕法于180 ℃時(shí)在瀝青中摻入廢PET，相比于原始瀝青，在25 ℃時(shí)摻入8%廢PET的改性瀝青疲勞因子下降50%，摻入廢PET的改性瀝青在50～76 ℃時(shí)的車轍因子提升30%以上，顯示出更好的中高溫性能。

對于大多數(shù)廢塑料，單獨(dú)使用對瀝青進(jìn)行改性將降低瀝青的低溫性能[217]，解決途徑是與其他材料復(fù)合使用。程培峰等[218]將回收后的白色聚丙烯編織袋(WPP)和灰綠色聚丙烯編織袋(GPP)與SBR復(fù)配對瀝青進(jìn)行改性后，與集料混合制備AC-16 型瀝青混合料，WPP/SBR 瀝青混合料動穩(wěn)定度是基質(zhì)瀝青混合料的3.67 倍，GPP/SBR 瀝青混合料動穩(wěn)定度是基質(zhì)瀝青混合料的5.42 倍，同時(shí)，WPP/SBR 與GPP/SBR 改性瀝青混合料的彎拉應(yīng)變、凍融劈裂強(qiáng)度比與殘留穩(wěn)定度均顯著提升，復(fù)配后的瀝青混合料兼顧具有優(yōu)異的高低溫性能及水穩(wěn)定性。

利用廢塑料鋪設(shè)的道路性能也在實(shí)際中得到驗(yàn)證。VASUDEVAN 等[219]將廢聚乙烯(PE)，PP 和PS 在170 ℃時(shí)融化并覆蓋集料，然后與溫度為160 ℃的瀝青混合制備集料-聚合物-瀝青混合物，廢塑料的加入使瀝青的消耗量減少10%，使用該混合料鋪設(shè)的1 500 km 農(nóng)村及公路道路在24月后仍保持良好的性能。VASUDEVAN 等[217]在2008年拍攝的照片顯示，印度Chennai地區(qū)于2002年利用廢塑料鋪設(shè)的Jumbulingam road 在6 a 后表面仍呈現(xiàn)無坑洞、無裂紋、無變形、無邊緣缺陷的良好狀態(tài)，同時(shí)，印度的Veerbadhra Street(2003年鋪建)、Vandiyur Main road(2004年鋪建)、Vilachery Main road(2005年鋪建)、Canteen road(2006年鋪建)表面狀態(tài)也表現(xiàn)良好。廢塑料的使用能減少瀝青用量，改善瀝青混合料性能，有助于環(huán)境保護(hù)。但需注意的是，利用塑料鋪設(shè)的道路可能會產(chǎn)生微塑料，在對廢塑料利用方法及改性性能進(jìn)行研究的同時(shí)，還需考慮廢塑料道路是否會對周圍環(huán)境造成不利影響。

3 綠色施工技術(shù)

3.1 冷補(bǔ)施工工藝

近年來，隨著交通運(yùn)輸行業(yè)的發(fā)展，路面病害較以往明顯增多。路面病害會顯著影響行車的舒適性及其安全性，因此，路面坑槽修補(bǔ)材料成為了道路材料研究的新方向[220-221]。當(dāng)熱拌瀝青混合料用于路面坑槽的修補(bǔ)時(shí)，對于地點(diǎn)較分散且工程量較小的路面修補(bǔ)工作來說，不僅因?yàn)橛昧枯^少難以生產(chǎn)，施工單位也會對熱拌瀝青混合料的保溫與修補(bǔ)工作感到力不從心[222]，而且使用熱拌瀝青混合料極易受到天氣的影響，尤其是在雨季和冬季不適合使用[223]。冷補(bǔ)瀝青混合料由于具有不受天氣的影響、能節(jié)能減排、施工工藝簡單、維修較方便以及剩料可以重復(fù)利用的特點(diǎn)，從而廣泛應(yīng)用于道路工程中[224]。近年來，國內(nèi)外學(xué)者對冷補(bǔ)材料進(jìn)行了深入研究。

張爭奇等[225]將水性環(huán)氧組分以及SBR 乳膠加入到溶劑型冷補(bǔ)瀝青液中使其進(jìn)行改性，通過實(shí)驗(yàn)探究了水性環(huán)氧組分以及SBR 膠乳在冷補(bǔ)瀝青液中分散性以及摻量、其他固化劑用量等因素對改性后的冷補(bǔ)瀝青液性能的影響。通過正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果評價(jià)其對原冷補(bǔ)瀝青液改性后的性能增強(qiáng)效果，并提出了最佳摻量，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過水性環(huán)氧組分改性后的冷補(bǔ)混合料具有更好的黏結(jié)性和耐水性，提高了冷補(bǔ)混合料的抗水損性以及施工和易性。

馬全紅等[226]將不同的礦質(zhì)黏土以及稀釋劑與瀝青復(fù)合，通過試驗(yàn)探究了不同種類的礦質(zhì)黏土和稀釋劑對改性后瀝青路用性能的影響，并通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)評價(jià)了不同的礦質(zhì)黏土以及稀釋劑對瀝青及其混合料的路用性能，發(fā)現(xiàn)礦質(zhì)黏土類型對冷補(bǔ)瀝青混合料路用性能影響較小，但稀釋劑的種類對瀝青混合料路用性能有較大影響。

LIU等[227]以苯乙烯-丁二烯-苯乙烯作為主要添加劑，乙烯-乙酸乙烯酯共聚物為黏合劑，鄰苯二甲酸二正丁酯為增塑劑，聚苯乙烯為成膜劑，通過微膠囊和聚合物加強(qiáng)技術(shù)研制了可用于冷補(bǔ)瀝青混合料的新型聚合物改性瀝青，并通過坑洞實(shí)地修補(bǔ)測試評價(jià)了該材料的修補(bǔ)效果，發(fā)現(xiàn)由改性劑、黏合劑和成膜劑組成的添加劑可通過引入相應(yīng)的官能團(tuán)來改善瀝青黏合劑的低溫性能。微膠囊均勻地分布在添加劑中，固化后添加劑與瀝青之間具有很強(qiáng)的相容性。與傳統(tǒng)的冷補(bǔ)瀝青混合料相比，新型聚合物改性瀝青(PMA)的黏度較低，可對冷混合物的可加工性產(chǎn)生積極影響，同時(shí)，PMA 混合物還具有很強(qiáng)的內(nèi)聚力，可防止坑洼斑塊脫落和脫黏。PMA 混合物的穩(wěn)定性高于傳統(tǒng)的冷補(bǔ)瀝青混合料的穩(wěn)定性，PMA 冷混合物的良好存儲性確保了施工過程中的可操作性以及操作過程中所需的強(qiáng)度。此外，由于PMA 混合物具有優(yōu)異的抗凍融性，在低溫和潮濕條件下仍具有較好的性能，可用于冬季和雨季的坑洼維修。

GENG 等[228]將烹飪廢油以及柴油進(jìn)行混合，通過試驗(yàn)探究烹飪廢油用作冷補(bǔ)瀝青稀釋劑的可行性，發(fā)現(xiàn)稀釋劑含烹飪廢油以及瀝青含稀釋劑在一定的范圍內(nèi)，可使冷補(bǔ)瀝青具有合適的黏度與施工性能。在冷補(bǔ)瀝青混合料中瀝青(使用了混有烹飪廢油的稀釋劑)含量在一定范圍內(nèi)不會明顯影響冷補(bǔ)瀝青混合料的強(qiáng)度。烹飪廢油可用作冷補(bǔ)瀝青稀釋劑，提出了烹飪廢油在稀釋劑以及含有烹飪廢油作為稀釋劑瀝青在冷補(bǔ)瀝青混合料的最佳摻量，進(jìn)一步減少了施工成本，更加經(jīng)濟(jì)、環(huán)保。

3.2 溫拌施工工藝

近年來，由于環(huán)境保護(hù)的需要，溫拌瀝青混合料相對于傳統(tǒng)的熱拌瀝青混合料具有能夠有效降低瀝青混合料的拌和溫度、降低對能源的消耗以及對環(huán)境友好的特點(diǎn)，已成為國內(nèi)外科技人員關(guān)注的熱點(diǎn)之一[229-230]。瀝青混合料的溫拌施工工藝指的是在不改變?yōu)r青混合料的配合比及其其他施工工藝條件下，通過其他技術(shù)手段能夠使瀝青混合料的拌和溫度較熱拌瀝青混合料降低30～40 ℃，同時(shí)能夠保持與熱拌瀝青混合料相同甚至更優(yōu)的技術(shù)指標(biāo)[231]。由于瀝青混合料溫拌施工技術(shù)的有效運(yùn)用能夠明顯降低瀝青混合料的拌和溫度，因此，與傳統(tǒng)的熱拌瀝青混合料熱拌工藝相比，能大幅降低加熱瀝青混合料所帶來的能源消耗，進(jìn)而有效控制溫室氣體及有毒氣體排放，有利于路面施工人員的身體健康以及加快瀝青路面的施工進(jìn)程，是一種環(huán)境友好的施工工藝。實(shí)現(xiàn)溫拌施工技術(shù)的核心在于降低瀝青混合料在拌和以及壓實(shí)過程中的黏度，從而降低其在拌和以及壓實(shí)時(shí)的溫度，改善瀝青的流動性[232]。因此，溫拌施工工藝研究主要圍繞著“降黏”。目前，溫拌施工工藝主要有以下幾個(gè)大類。

3.2.1 發(fā)泡降黏溫拌技術(shù)

間接(含水助劑)技術(shù)通常采用諸如合成沸石或其他潮濕的集料之類的含水助劑與瀝青混合，助劑中的水會隨著瀝青混合料在拌和過程中溫度升高從而產(chǎn)生大量的泡沫，導(dǎo)致瀝青的黏度以及拌和溫度降低[233]。直接(水基)技術(shù)通過添加少量水使瀝青黏結(jié)劑發(fā)泡，將冷水注入熱瀝青中與之混合，在與熱瀝青的混合過程中水會不斷蒸發(fā)。蒸發(fā)后的水蒸氣會被瀝青包裹，可使熱瀝青體積膨脹數(shù)倍，從而產(chǎn)生大量泡沫，導(dǎo)致瀝青黏度暫時(shí)降低，從而改善了瀝青混合料的可加工性和骨料涂層[234]。但這種影響的持續(xù)時(shí)間有限，隨時(shí)間推移會衰減，泡沫瀝青的體積會有一定程度減小，因此，需要在其制備完畢后盡快使用，其中冷水也可以被其他液體所取代，從而延長泡沫衰減的持續(xù)時(shí)間[235]。

3.2.2 有機(jī)添加劑降黏溫拌技術(shù)

根據(jù)膠體理論，瀝青的膠體結(jié)構(gòu)是以瀝青質(zhì)為膠核，膠質(zhì)被吸附在瀝青質(zhì)表面，逐漸向外擴(kuò)散形成膠團(tuán)，膠團(tuán)分散于芳香分和飽和分中。有機(jī)添加劑降黏溫拌技術(shù)主要是使用有機(jī)材料作為溫拌助劑，將其加入到瀝青或?yàn)r青混合料中，在高溫條件下，溫拌助劑溶解入瀝青中，通過調(diào)整瀝青組成，降低瀝青的黏度和混合料的拌合溫度[236]。有機(jī)添加劑由蠟組成，在混合過程中加入到瀝青混合料中，當(dāng)溫度高于熔點(diǎn)時(shí)，蠟會降低混合物黏度，當(dāng)混合物冷卻時(shí)，蠟?zāi)坛晌⑿∏揖鶆蚍植嫉念w粒，從而增加硬度。常用的蠟有費(fèi)托蠟、蒙坦蠟和脂肪酸酰胺。蠟的種類和數(shù)量必須根據(jù)瀝青混合料的使用溫度進(jìn)行調(diào)整，以確保滿足瀝青混合料的性能需求。若使用溫度超過所用蠟的熔點(diǎn)，則不能保證蠟具有滿意的性能[237]。

3.2.3 化學(xué)添加劑降黏溫拌技術(shù)

化學(xué)添加劑降黏溫拌溫技術(shù)是指以乳化劑或表面活性劑為基礎(chǔ)的溫拌技術(shù)。這類溫拌技術(shù)不僅可以通過改變?yōu)r青黏度來降低混合料的拌合溫度，而且能在不影響瀝青性能的前提下，實(shí)現(xiàn)較低拌合溫度下瀝青與集料之間黏附力提升[238]。乳化劑類溫拌技術(shù)是采用乳化瀝青替代普通熱瀝青與集料進(jìn)行拌合，乳化瀝青中的乳化劑可以提升瀝青與集料間的黏附力。乳化瀝青中含有大量水分，遇到加熱的集料會迅速破乳形成水蒸氣，從而進(jìn)一步改善瀝青混合料的和易性。

表面活性劑類溫拌技術(shù)是將表面活性劑的濃縮液直接加入到瀝青混合料中進(jìn)行拌合，表面活性劑可在混合料內(nèi)部形成結(jié)構(gòu)性水膜。該水膜在瀝青混合料溫度降低時(shí)，可以有效阻止其黏度降低，從而達(dá)到溫拌效果[239-240]。與有機(jī)添加劑相比，化學(xué)添加劑并不依賴于降低黏度來實(shí)現(xiàn)較低的混合和壓實(shí)溫度，化學(xué)添加劑作為乳化劑或黏附促進(jìn)劑可用于達(dá)到不同目的?；瘜W(xué)添加劑與表面活性劑、聚合物或不同添加劑結(jié)合可以改善涂層性能，改善混合物的和易性，并在較低溫度下更有效地壓實(shí)。使用化學(xué)添加劑所獲得的降溫效果取決于所選產(chǎn)品[241]。此外，特定添加劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對所需的溫度降低有很大影響。SANIJ等[242]研究了增強(qiáng)WMA 瀝青材料的性能，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.15%的ZycothermTM作為瀝青黏合劑的硬度降低劑能提高材料彈性模量、蠕變和水分敏感性。此外，與基礎(chǔ)黏合劑相比，添加ZycothermTM提高了旋轉(zhuǎn)黏度和延性。

溫拌劑對瀝青路用性能的影響與所選溫拌劑的種類有關(guān)。一般來說，適量溫拌劑的加入并不會顯著降低瀝青的路用性能。宋云連等[243]將RH和Evotherm這2種溫拌劑摻入SBS改性瀝青及AH-90基質(zhì)瀝青，探究溫拌劑種類及摻量對瀝青性能的影響，發(fā)現(xiàn)與原始瀝青相比，在使用廠家建議的摻量下，摻入3%RH的2種瀝青在28～46 ℃時(shí)模量及抗車轍性能小幅度降低，46 ℃后影響逐漸減弱直至消失；摻入0.6%Evotherm 溫拌劑的2 種瀝青在28～52 ℃時(shí)模量及抗車轍性能顯著提升，但隨著溫度升高，提升效果減弱；在0，2%，3%和4%摻量下，RH 摻量越大，這2 種瀝青的模量及抗車轍性能越差；在0，0.3%，0.6%和0.9%摻量下，Evotherm 摻量越大，SBS 改性瀝青模量及抗車轍性能越強(qiáng)，而基質(zhì)瀝青模量及抗車轍性能提升幅度越小。XU等[244]對含有較高比例RAP黏結(jié)劑的溫拌瀝青的流變性能進(jìn)行了研究，溫拌劑采用R(聚乙烯蠟基白色粉末，通過降低瀝青的黏度起到溫拌效果)和M(以表面活性劑為基礎(chǔ)的琥珀色液體，可通過增強(qiáng)集料涂層，可加工性和附著力起到溫拌效果)，發(fā)現(xiàn)RAP含量增加對瀝青膠漿具有增強(qiáng)作用，可以顯著降低瀝青膠漿的線性黏彈性應(yīng)變極限；當(dāng)RAP 含量一定時(shí)，R 型溫拌劑能夠提高瀝青膠漿的高溫穩(wěn)定性，M 對瀝青膠漿的高溫性能影響可忽略不計(jì)。

考慮到經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益以及油價(jià)上漲和原始材料稀缺等因素，在溫拌瀝青(WMA)混合料中使用再生瀝青混合料(RAP)在世界范圍內(nèi)變得越來越普遍，也是溫拌技術(shù)發(fā)展的一大趨勢。使用RAP 是一種保護(hù)環(huán)境、節(jié)省生產(chǎn)和建筑成本、廢料利用的好方法[245-246]。使用RAP 不僅可以節(jié)省材料和成本，還可以改善瀝青混合物的某些性能[247]。但在熱瀝青混合物中利用更多的RAP 存在固有的局限性。RAP 由已經(jīng)老化的瀝青黏合劑組成，因此，RAP 的主要問題之一是RAP 黏合劑在與熱混合瀝青(HMA)加熱和混合過程中存在二次老化現(xiàn)象，這種老化過程使瀝青路面更容易過早開裂，這可通過將再生瀝青與普通溫拌瀝青混合，并使用合適的添加劑以及黏合劑予以緩解[248-249]。VALDéS-VIDAL 等[250]將再生溫拌瀝青摻入普通溫拌瀝青中，用于高速公路試驗(yàn)段，通過結(jié)果評估，推薦天然沸石為溫拌瀝青的添加劑，Evotherm 為溫拌瀝青的改性黏合劑量，發(fā)現(xiàn)當(dāng)采用合適的添加劑、黏合劑以及適宜的溫拌瀝青摻量時(shí)，其路用性能與熱拌瀝青混合料相比差異不大，并且具有明顯的環(huán)境優(yōu)勢。

3.3 清潔化施工工藝

資源短缺和環(huán)境污染是全世界人類面臨的普遍問題。瀝青路面的建設(shè)對生態(tài)環(huán)境和社會產(chǎn)生重要影響[251]。在傳統(tǒng)的路面施工中存在較多污染源，對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的損害。傳統(tǒng)瀝青路面所造成的污染現(xiàn)象有主要有粉塵、氣味、廢水、廢料、廢液、有害氣體、噪聲以及視覺污染等。這些污染普遍存在于瀝青混合料的拌和、運(yùn)輸以及攤鋪碾壓等過程中，其中，瀝青混合料的拌和及攤鋪碾壓是整個(gè)瀝青路面施工中污染最嚴(yán)重的環(huán)節(jié)，對路面清潔化施工是當(dāng)今社會建設(shè)工程文明施工的重要要求[252]。路面的清潔化施工就是在路面施工過程中，各個(gè)施工環(huán)節(jié)以及施工工序均要做好清潔化工作，從而避免在施工過程中產(chǎn)生對環(huán)境的污染[253]，其中瀝青煙是產(chǎn)生污染的主要來源之一。瀝青煙主要是瀝青罐、重油罐加熱和裝卸時(shí)產(chǎn)生的煙氣以及攪拌站拌鍋下料口產(chǎn)生的瀝青煙氣，一般夾雜著一定濃度的煙塵，呈棕褐色或黑色，有強(qiáng)烈的刺激作用[254-255]。經(jīng)研究和動物實(shí)驗(yàn)證實(shí)，從煤焦油、瀝青和有機(jī)溶劑中提煉出來的3-4苯并芘是強(qiáng)致癌物質(zhì)，經(jīng)常從事瀝青攤鋪壓實(shí)的工人，其癌癥發(fā)病率高[256-257]。路面要實(shí)現(xiàn)清潔化施工，可采取如下措施[258-259]：

1)改變?yōu)r青路面施工中的能源類型，盡可能在路面建設(shè)機(jī)械以及瀝青混合料加熱時(shí)使用較清潔的能源，這不僅可以減少對環(huán)境的污染，而且可在一定程度上降低建設(shè)成本。

2)降低骨料中水分的含量，使用含硫量低的瀝青以及使用更加先進(jìn)的脫硫脫硝設(shè)備。由于在道路施工中所產(chǎn)生的二氧化硫以及氮氧化物主要來源于瀝青以及骨料的加熱，因此，可通過降低骨料的堆積高度，建立1個(gè)排水設(shè)施以及地面平整的堆放場來降低骨料含水量，通過脫硫脫硝設(shè)備去除骨料中的有害雜質(zhì)，從而降低污染物的排放，這在一定程度上可節(jié)約能源，降低施工成本。

3)使用散裝瀝青。使用瓶裝瀝青時(shí)，使用前必須將鏟斗拆除。目前，許多瀝青混合站開始使用散裝瀝青來避免該過程。此外，新的瀝青加熱罐利用廢熱來加熱桶裝瀝青，提高了能源利用效率。總之，在瀝青加熱過程中，使用散裝瀝青可以有效地減少該環(huán)節(jié)的能耗并減少碳排放。

4)在振動篩廢料溢出口增加搜集裝置，將回收的超粒徑料利用傳送帶直接返回料場，加工成石粉，實(shí)現(xiàn)廢物利用。

5)采用大功率引風(fēng)機(jī)，安裝消音器，設(shè)置單獨(dú)的引風(fēng)機(jī)房，以降低噪聲。

在隧道瀝青路面進(jìn)行施工時(shí)會產(chǎn)生大量瀝青煙塵，影響路面施工清潔化。隧道施工期間，瀝青煙通常無法迅速消散，嚴(yán)重?fù)p害施工人員的身體健康。HONG 等[260]提出采用一種新的聚氨酯(PU)超薄摩擦層進(jìn)行施工，該聚氨酯(PU)超薄摩擦層在隧道中具有低環(huán)境影響和優(yōu)異的路面性能，并可以在室溫條件下進(jìn)行施工，具有較低的全球變暖潛能和能耗；由于聚氨酯與骨料之間界面結(jié)合優(yōu)異，因此，聚氨酯混合料(如PU/OGFC 和PU/AC)均具有優(yōu)秀的機(jī)械性能，且與傳統(tǒng)的瀝青混合料相比，PUM 具有更好的防滑性能與噪聲吸收性能，并且從安全方面來看PU 具有更好的阻燃性能，與傳統(tǒng)的瀝青混合料相比不會在施工期間產(chǎn)生較多煙塵，顯著降低了施工過程中對環(huán)境的污染，這對于隧道路面的清潔化施工具有重要意義。

4 結(jié)論及展望

1)在設(shè)計(jì)功能型路面時(shí)，滿足特定用途的功能時(shí)應(yīng)保證對原有道路路用性能無不利影響。目前對功能型道路的研究大多集中于實(shí)現(xiàn)單一功能上，未來對功能型道路的研究應(yīng)該朝著向?qū)崿F(xiàn)多種功能發(fā)展。

2)目前對于固廢的清潔化回收利用具有技術(shù)要求高、投資要求大、回報(bào)周期長等不利特點(diǎn)，導(dǎo)致其再生利用率低。未來需對固廢清潔化回收利用方法進(jìn)行深入研究，以降低回收利用成本，提高回收利用效率，建立可行簡易的工業(yè)廢物回收利用體系。

3)對溫拌技術(shù)、冷補(bǔ)技術(shù)、清潔化施工技術(shù)為代表的綠色施工工藝研究，應(yīng)著重于如何消除其應(yīng)用局限性、降低物料成本等方面。