基于可再生材料的環(huán)保型路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與性能優(yōu)化研究

摘 要：文章對(duì)基于可再生材料的環(huán)保型鋪裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和性能優(yōu)化進(jìn)行了深入研究，提出了環(huán)保型路面設(shè)計(jì)理念，采用多孔開(kāi)孔等級(jí)材料和多孔鋪裝材料。環(huán)保路面在透水、降噪、降溫、凈化尾氣等方面的性能優(yōu)勢(shì)，通過(guò)實(shí)際案例和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。對(duì)環(huán)保型路面應(yīng)用瀝青路面再生技術(shù)進(jìn)行了探討，對(duì)再生瀝青混合料的耐疲勞、力學(xué)性能等方面進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果顯示，環(huán)保型路面可以有效降低環(huán)境污染和改善路面性能，促進(jìn)社會(huì)工業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：環(huán)保型路面 可再生材料 多孔路面 瀝青路面再生 性能優(yōu)化

1 緒論

隨著城市化進(jìn)程的加速推進(jìn)，道路交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與維護(hù)正面臨著環(huán)境污染、資源消耗等諸多嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)密實(shí)型路面材料因其環(huán)境適應(yīng)性不足，已難以滿(mǎn)足現(xiàn)代社會(huì)的環(huán)保需求。開(kāi)展基于可再生材料的環(huán)保型路面設(shè)計(jì)與性能優(yōu)化研究顯得尤為重要。文章的研究意義在于，通過(guò)可再生材料的應(yīng)用，旨在解決傳統(tǒng)路面帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題，提升路面的綜合性能，從而為現(xiàn)代道路工程提供全新的設(shè)計(jì)理念和技術(shù)支持，進(jìn)一步推動(dòng)相關(guān)社會(huì)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

2 可再生材料在路面結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

2.1 可再生材料的選擇與特性分析

可再生材料在環(huán)保型路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的選擇是必不可少的，在生產(chǎn)過(guò)程中可降低碳排放，與綠色、低碳、可持續(xù)發(fā)展的理念一脈相承，是可再生材料的組成部分，可再生材料在物理特性與化學(xué)特性中有不同的特征，如下表1所示，不同的可再生材料在環(huán)境型路面的適用性也是千差萬(wàn)別的。路面表層更適用于廢舊輪胎橡膠顆粒及廢塑料顆粒，這些材料使路面抗滑性和耐磨性得到提高；而廢舊瀝青混合料再生料則因其出色的粘結(jié)和承載能力，在路面基層或底基層中應(yīng)用較為廣泛和效果較好[1]。

2.2 當(dāng)前應(yīng)用現(xiàn)狀與存在問(wèn)題

當(dāng)前，廢舊輪胎橡膠顆粒、廢塑料顆粒及廢舊瀝青混合料再生料等可再生材料分別通過(guò)提升彈性、耐磨性和穩(wěn)定性等特性在路面結(jié)構(gòu)中得到了廣泛應(yīng)用，有效增強(qiáng)了路面的抗裂性、耐久性和整體強(qiáng)度，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了資源節(jié)約和環(huán)保降噪。但是不同批次和來(lái)源的可再生材料性能差異大，施工技術(shù)難度大，成本較高，且相關(guān)政策法規(guī)支持不足，這些問(wèn)題限制了可再生材料在路面結(jié)構(gòu)中的進(jìn)一步推廣和應(yīng)用。

3 環(huán)保型路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 環(huán)保型路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法上，環(huán)保型路面需要保證路面的結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性，包括路基的穩(wěn)定性、路面的承載能力和抗變形能力，并要根據(jù)交通荷載、環(huán)境條件及使用要求，注意路面結(jié)構(gòu)的層次性，合理選擇不同層次的材料、結(jié)構(gòu)形式，充分考慮可再生材料的特點(diǎn)，借助科學(xué)的配合比設(shè)計(jì)和施工工藝，充分發(fā)揮各類(lèi)可再生材料的作用。材料的選擇與設(shè)計(jì)應(yīng)適應(yīng)環(huán)境需求，通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使路面結(jié)構(gòu)的性能得到最大化發(fā)揮。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法上，要確保環(huán)保型路面結(jié)構(gòu)的合理性和有效性。

3.2 路面材料選擇與組合優(yōu)化

在環(huán)保型路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，地理環(huán)境、道路使用情況決定了材料的基本需求，如沙漠地區(qū)需選排水性好的碎石，雨季多的地區(qū)則需耐水瀝青混合料?；鶎硬牧蠎?yīng)具備足夠的抗壓強(qiáng)度、耐久性和水穩(wěn)定性，同時(shí)考慮環(huán)保性，優(yōu)先選用可再生、可循環(huán)利用的材料，并權(quán)衡施工難易與維護(hù)成本。底基層材料則需具備良好的排水性能、隔離作用、穩(wěn)定性和承載能力。研究綜合考慮了層與底基層材料的地理環(huán)境適應(yīng)性、強(qiáng)度與耐久性、環(huán)保性以及施工與維護(hù)成本，精心選擇了具有相應(yīng)特性的材料，并優(yōu)先采用了可再生、可循環(huán)利用的改性材料；針對(duì)表層材料，根據(jù)其抗滑性、耐磨性和降噪特性等功能需求，進(jìn)行了優(yōu)化選擇與設(shè)計(jì)，科學(xué)合理地添加了改性劑并采用了新穎的施工手法；在結(jié)構(gòu)布局與層次優(yōu)化方面，明確了各層次的功能和作用，通過(guò)數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證對(duì)不同材料組合、結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了深層分析，以?xún)?yōu)化材料組合和結(jié)構(gòu)形式在施工質(zhì)量控制與環(huán)保要求方面，嚴(yán)格控制了施工質(zhì)量和工藝，確保路面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和承載能力，同時(shí)減少了對(duì)環(huán)境的污染和破壞。

3.3 設(shè)計(jì)參數(shù)與結(jié)構(gòu)層次分析

環(huán)保路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)全面而細(xì)致的過(guò)程，需要針對(duì)路面結(jié)構(gòu)的各個(gè)層次進(jìn)行了精細(xì)的功能劃分與材料選擇：表層采用廢舊輪胎橡膠顆粒和廢塑料顆粒等可再生材料進(jìn)行改性，以提升其抗滑性、耐磨性和降噪特性；基層則通過(guò)深入分析設(shè)計(jì)參數(shù)如厚度、壓實(shí)度、回彈模量等，并采用高性能的再生材料如再生瀝青混合料，以確保其足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性；底基層則主要選用具有良好排水性能的碎石或再生骨料，并結(jié)合合理的排水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以充分發(fā)揮其排水和隔離作用。需要充分考慮了施工過(guò)程中的質(zhì)量控制和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，制定了詳細(xì)的施工規(guī)范和質(zhì)量控制措施，以確保設(shè)計(jì)方案在實(shí)際施工中得到有效實(shí)施。通過(guò)這些綜合性的措施發(fā)揮可再生材料在路面結(jié)構(gòu)中的作用，提高路面的綜合性能和使用壽命，為現(xiàn)代道路工程提供更加環(huán)保、高效、可持續(xù)的設(shè)計(jì)方案和技術(shù)支撐。

3.4 環(huán)保型路面的透水性能優(yōu)化

為了達(dá)到透水性能的優(yōu)化，在透水材料的選擇和配比上需要深入研究，并對(duì)透水性對(duì)路面排水作用的具體影響進(jìn)行分析。透水型材一般有透水混凝土、透水瀝青混合料、透水磚等幾種常見(jiàn)型式材料。這些材料結(jié)構(gòu)較多，對(duì)雨水有有效的吸收和排放作用。研究透水材料時(shí)，要考慮其關(guān)鍵指標(biāo)：孔隙率，透水系數(shù)，抗壓強(qiáng)度。如：一般要控制透水混凝土孔隙率為15％～25％，透水系數(shù)大于0.5mm/s，抗壓強(qiáng)度不低于20MPa.在保證路面力學(xué)性能和耐久性的同時(shí)，合理的配比能提高透水性能。以透水混凝土為例，一般包括水泥、骨料（如碎石、沙子）、水等，其配比均為1?1.5?0.4，達(dá)到一個(gè)比較好的水平，透水混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能等都是通過(guò)調(diào)整這些材料的比例來(lái)優(yōu)化的。

透水路面能夠通過(guò)其多孔結(jié)構(gòu)迅速吸收和排放雨水，有效減少地表積水，降低城市內(nèi)澇的風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，透水瀝青路面的透水系數(shù)可達(dá)1.0mm/s以上，在暴雨天氣下，其排水效率可提高80%以上，如表2所示[3]。

3.5 環(huán)保型路面的降噪與降溫性能優(yōu)化

環(huán)保型路面除了透水性能外，降噪與降溫性能也是重要指標(biāo)。多孔路面材料的降噪原理主要基于聲波在多孔介質(zhì)中的傳播特性。當(dāng)聲波進(jìn)入多孔材料時(shí)，會(huì)在孔隙間反射、散射并逐漸轉(zhuǎn)化為熱能，從而實(shí)現(xiàn)降噪效果。研究表明，多孔瀝青路面的降噪效果可達(dá)5～10dB，顯著提升道路周邊的聲環(huán)境質(zhì)量。在降溫方面，多孔路面材料能夠通過(guò)其多孔結(jié)構(gòu)促進(jìn)水分的蒸發(fā)，帶走熱量，從而降低路面溫度。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在炎熱的夏季，多孔瀝青路面的溫度可比傳統(tǒng)硬化路面低5～10℃，有效緩解城市熱島效應(yīng)[4]。

在研究路面多孔材料之外，研究還對(duì)路面的降噪和溫升性能進(jìn)行了優(yōu)化。如在路面結(jié)構(gòu)中設(shè)置隔音層或反射層，使降噪作用得到改善；在路面材料中加入增強(qiáng)降溫作用的相變材料或熱反射材料。為了達(dá)到最佳降噪降溫效果，可以按照特定的需要和條件來(lái)選擇和組合。

環(huán)保路面性能的優(yōu)化和研究是一個(gè)紛繁復(fù)雜的系統(tǒng)過(guò)程。研究要從透水性、降噪性、冷卻性等多個(gè)方面入手，對(duì)透水材料的選用與配比、多孔路面材料的降噪原理和效果、路面材料對(duì)地表溫度的沖擊和降溫措施等多個(gè)方面的研究，都要進(jìn)行深入的研究。研究能夠不斷優(yōu)化環(huán)保型路面的性能設(shè)計(jì)，通過(guò)科學(xué)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和資料分析，為現(xiàn)代道路工程提供一個(gè)更加綠色低碳的、可持續(xù)的解決辦法。

3.6 路面耐久性與抗老化性能提升

為了提升路面的耐久性和抗老化性能，優(yōu)先選用具有優(yōu)異耐久性和抗老化性能的材料，如高性能瀝青、改性瀝青、高強(qiáng)度骨料等。所以可再生材料的應(yīng)用也需考慮其耐久性和抗老化性能，確保在長(zhǎng)期使用過(guò)程中能夠保持穩(wěn)定。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，可以采用復(fù)合式結(jié)構(gòu)、多層結(jié)構(gòu)等設(shè)計(jì)方式，以分散荷載、減少應(yīng)力集中，從而延長(zhǎng)路面的使用壽命。并在施工過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格控制施工溫度、壓實(shí)度、攤鋪厚度等關(guān)鍵參數(shù)和強(qiáng)施工過(guò)程中的質(zhì)量監(jiān)控和驗(yàn)收工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理施工中的問(wèn)題，確保路面質(zhì)量達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，另外可以在路面材料中加入抗老化劑、抗氧化劑等添加劑，用表面處理技術(shù)，如封層、微表處等，以提高材料的抗老化性能以延長(zhǎng)路面的使用壽命。

4 環(huán)保型路面施工與維護(hù)技術(shù)

4.1 施工工藝的創(chuàng)新與優(yōu)化

透水性能優(yōu)化方面通過(guò)對(duì)透水混凝土孔隙率、透水系數(shù)和抗壓強(qiáng)度的綜合考量，確定了最佳配比為水泥?骨料?水=1?1.5?0.4。該配比下的透水混凝土不僅具有良好的透水性能，還保證了足夠的力學(xué)強(qiáng)度和耐久性。透水性能測(cè)試公式：

ｋ＝Ｑ÷（T×A）

其中，K為透水系數(shù)，Ｑ為滲透量，T為時(shí)間，A為路面面積，這一公式能夠準(zhǔn)確反映透水混凝土在規(guī)定時(shí)間內(nèi)的透水能力。

透水混凝土路面通過(guò)其特定的材料配比（水泥?骨料?水=1?1.5?0.4）實(shí)現(xiàn)了良好的透水性能，其透水系數(shù)達(dá)到1.2mm/s，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)硬化路面。在抗壓強(qiáng)度方面，透水混凝土路面表現(xiàn)出色，滿(mǎn)足使用要求，而傳統(tǒng)硬化路面雖然通常具有較高的抗壓強(qiáng)度，但在透水性方面則明顯不足。耐磨性和耐久性方面，透水混凝土路面被描述為能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行?？傮w來(lái)看，透水混凝土路面在透水性能、抗壓強(qiáng)度和應(yīng)對(duì)極端天氣方面優(yōu)于傳統(tǒng)硬化路面，但在耐磨性和耐久性方面缺乏具體數(shù)據(jù)，無(wú)法進(jìn)行直接比較。傳統(tǒng)硬化路面在抗壓強(qiáng)度方面可能具有優(yōu)勢(shì)，但在透水性和應(yīng)對(duì)暴雨天氣方面則表現(xiàn)較差。

為了提升降噪與降溫性能，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)選擇了多孔瀝青路面作為主要路面材料。多孔瀝青路面因其獨(dú)特的多孔結(jié)構(gòu)特性，在降噪與降溫方面表現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢(shì)，與傳統(tǒng)的硬化路面相比，多孔瀝青路面能夠更有效地吸收和消散行駛車(chē)輛產(chǎn)生的噪音，同時(shí)通過(guò)其多孔結(jié)構(gòu)促進(jìn)水分的蒸發(fā)，從而帶走更多的熱量，有效降低了路面的溫度。如表3所示，多孔瀝青路面與傳統(tǒng)硬化路面在降噪效果、降溫效果的對(duì)比[5]。

降噪效果測(cè)試公式為：

lq=l1-l2

降溫效果公式為：

T=T1-T2

其中，lq為降噪效果，l1改造前噪聲水平，l2改造前噪聲水平，T為降溫幅度，T1為改造前路面溫度，T2為改造后路面溫度。

在降噪性能方面，多孔瀝青路其降噪效果達(dá)到了8至10分貝與噪聲污染水平成功降低了接近10個(gè)百分點(diǎn)，提升了道路周邊區(qū)域的聲環(huán)境質(zhì)量并為周邊居民營(yíng)造了一個(gè)更加寧?kù)o和諧的居住環(huán)境。在降溫方面，多孔瀝青路面的多孔結(jié)構(gòu)通過(guò)促進(jìn)水分的蒸發(fā)，該路面能夠有效帶走大量熱量，從而實(shí)現(xiàn)路面溫度的顯著降低。

4.2 施工質(zhì)量控制技術(shù)

在環(huán)保型路面的施工質(zhì)量控制技術(shù)需要從原材料的選擇與檢驗(yàn)、配合比的設(shè)計(jì)與優(yōu)化、施工過(guò)程的全方位監(jiān)控等方面進(jìn)行質(zhì)量把控。原材料的選擇與檢驗(yàn)通過(guò)對(duì)水泥、骨料、瀝青等關(guān)鍵材料進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢驗(yàn)，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)建立與供應(yīng)商穩(wěn)定的合作關(guān)系，保障從源頭上材料的質(zhì)量；配合比的設(shè)計(jì)與優(yōu)化根據(jù)路面使用需求和環(huán)境條件，科學(xué)合理地確定材料比例，達(dá)到最佳的力學(xué)性能、透水性能和耐久性；嚴(yán)格控制攪拌、運(yùn)輸、攤鋪、壓實(shí)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的質(zhì)量，在施工過(guò)程中采用先進(jìn)的施工工藝和設(shè)備和建立健全的質(zhì)量管理體系、嚴(yán)格的質(zhì)量檢驗(yàn)、完善的評(píng)定制度確保每一步施工都符合規(guī)范。

4.3 養(yǎng)護(hù)與修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用

環(huán)保型路面的日常維護(hù)側(cè)重于路面的清潔、保養(yǎng)，通過(guò)定期清掃、沖洗，及時(shí)清除路面上的雜物、積水，保持路面的整潔和美觀；環(huán)保型路面的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)則使用封層、微表處等技術(shù)處理手段對(duì)路面進(jìn)行提前保護(hù)和修復(fù)，以減少病害的發(fā)生，從而降低養(yǎng)護(hù)成本。路面出現(xiàn)嚴(yán)重病害時(shí)，立即采用修復(fù)技術(shù)進(jìn)行修復(fù)，不可拖延時(shí)間，否則可從一個(gè)微小的問(wèn)題發(fā)展成一個(gè)比較嚴(yán)重的問(wèn)題，使用維護(hù)過(guò)程中需要病害類(lèi)型和病害嚴(yán)重程度，選擇合適的修復(fù)材料和工藝，如局部修補(bǔ)、整體翻修等，確保修復(fù)后的路面恢復(fù)原有的力學(xué)性能和耐久性。在采用科學(xué)的養(yǎng)護(hù)與修復(fù)技術(shù)下可以確保環(huán)保型路面在長(zhǎng)期的使用過(guò)程中都保持良好的性能狀態(tài)，為城市交通的順暢和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

5 總結(jié)

本研究通過(guò)采用透水混凝土及多孔瀝青路面技術(shù)，使道路透水、降噪、降溫性能得到顯著改善，為城市環(huán)境的改善和可持續(xù)發(fā)展提供了有效的解決方案。透水混凝土路面，使地面積水得到有效降低減少城市內(nèi)澇隱患率；多孔柏油路面則使交通噪音明顯降低，周邊居民居住的環(huán)境大大改善，城市熱島效應(yīng)也得到有效緩解。本研究的環(huán)保型路面的結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，為其他城市的道路改造提供了有益的借鑒和借鑒。研究通過(guò)這一實(shí)踐，深刻認(rèn)識(shí)到改善城市環(huán)境，促進(jìn)城市可持續(xù)發(fā)展，環(huán)保型路面技術(shù)發(fā)揮了重要作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]張翰琳，文磊.環(huán)保型橡塑瀝青超薄磨耗層的開(kāi)發(fā)及性能研究[J].公路，2024，69（06）：20-28.

[2]甘肅首條環(huán)保型高摻量全厚式低碳橡膠路面試驗(yàn)段成功鋪筑[J].中國(guó)輪胎資源綜合利用，2022（11）：38-39.

[3]張俊慶.環(huán)保型固化劑在公路工程路面冷再生底基層中的應(yīng)用[J].交通世界，2022（17）：56-58.

[4]王永剛.環(huán)保型固化劑在高速公路路面底基層工程的應(yīng)用技術(shù)研究[Z].河北省，石家莊市公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司，2022-06-02.

[5]王燕春.公路工程環(huán)保型改性瀝青SMA路面施工技術(shù)分析[J].散裝水泥，2022（01）：95-97.