基于可再生材料的環保型路面結構設計與性能優化研究

摘 要：文章對基于可再生材料的環保型鋪裝結構設計和性能優化進行了深入研究，提出了環保型路面設計理念，采用多孔開孔等級材料和多孔鋪裝材料。環保路面在透水、降噪、降溫、凈化尾氣等方面的性能優勢，通過實際案例和實驗數據進行分析。對環保型路面應用瀝青路面再生技術進行了探討，對再生瀝青混合料的耐疲勞、力學性能等方面進行了驗證。結果顯示，環保型路面可以有效降低環境污染和改善路面性能，促進社會工業可持續發展。

關鍵詞：環保型路面 可再生材料 多孔路面 瀝青路面再生 性能優化

1 緒論

隨著城市化進程的加速推進，道路交通基礎設施建設與維護正面臨著環境污染、資源消耗等諸多嚴峻挑戰。傳統密實型路面材料因其環境適應性不足，已難以滿足現代社會的環保需求。開展基于可再生材料的環保型路面設計與性能優化研究顯得尤為重要。文章的研究意義在于，通過可再生材料的應用，旨在解決傳統路面帶來的環境問題，提升路面的綜合性能，從而為現代道路工程提供全新的設計理念和技術支持，進一步推動相關社會產業的可持續發展。

2 可再生材料在路面結構中的應用

2.1 可再生材料的選擇與特性分析

可再生材料在環保型路面結構設計中的選擇是必不可少的，在生產過程中可降低碳排放，與綠色、低碳、可持續發展的理念一脈相承，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境型路面的適用性也是千差萬別的。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和承載能力，在路面基層或底基層中應用較為廣泛和效果較好[1]。

2.2 當前應用現狀與存在問題

當前，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提升彈性、耐磨性和穩定性等特性在路面結構中得到了廣泛應用，有效增強了路面的抗裂性、耐久性和整體強度，同時實現了資源節約和環保降噪。但是不同批次和來源的可再生材料性能差異大，施工技術難度大，成本較高，且相關政策法規支持不足，這些問題限制了可再生材料在路面結構中的進一步推廣和應用。

3 環保型路面結構設計

3.1 環保型路面結構設計原理

在結構設計方法上，環保型路面需要保證路面的結構整體穩定性，包括路基的穩定性、路面的承載能力和抗變形能力，并要根據交通荷載、環境條件及使用要求，注意路面結構的層次性，合理選擇不同層次的材料、結構形式，充分考慮可再生材料的特點，借助科學的配合比設計和施工工藝，充分發揮各類可再生材料的作用。材料的選擇與設計應適應環境需求，通過合理的結構設計，使路面結構的性能得到最大化發揮。在結構設計方法上，要確保環保型路面結構的合理性和有效性。

3.2 路面材料選擇與組合優化

在環保型路面結構設計中，地理環境、道路使用情況決定了材料的基本需求，如沙漠地區需選排水性好的碎石，雨季多的地區則需耐水瀝青混合料。基層材料應具備足夠的抗壓強度、耐久性和水穩定性，同時考慮環保性，優先選用可再生、可循環利用的材料，并權衡施工難易與維護成本。底基層材料則需具備良好的排水性能、隔離作用、穩定性和承載能力。研究綜合考慮了層與底基層材料的地理環境適應性、強度與耐久性、環保性以及施工與維護成本，精心選擇了具有相應特性的材料，并優先采用了可再生、可循環利用的改性材料；針對表層材料，根據其抗滑性、耐磨性和降噪特性等功能需求，進行了優化選擇與設計，科學合理地添加了改性劑并采用了新穎的施工手法；在結構布局與層次優化方面，明確了各層次的功能和作用，通過數值模擬和實驗驗證對不同材料組合、結構形式進行了深層分析，以優化材料組合和結構形式在施工質量控制與環保要求方面，嚴格控制了施工質量和工藝，確保路面結構的穩定性和承載能力，同時減少了對環境的污染和破壞。

3.3 設計參數與結構層次分析

環保路面結構設計是一個全面而細致的過程，需要針對路面結構的各個層次進行了精細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行改性，以提升其抗滑性、耐磨性和降噪特性；基層則通過深入分析設計參數如厚度、壓實度、回彈模量等，并采用高性能的再生材料如再生瀝青混合料，以確保其足夠的強度和穩定性；底基層則主要選用具有良好排水性能的碎石或再生骨料，并結合合理的排水結構設計，以充分發揮其排水和隔離作用。需要充分考慮了施工過程中的質量控制和驗收標準，制定了詳細的施工規范和質量控制措施，以確保設計方案在實際施工中得到有效實施。通過這些綜合性的措施發揮可再生材料在路面結構中的作用，提高路面的綜合性能和使用壽命，為現代道路工程提供更加環保、高效、可持續的設計方案和技術支撐。

3.4 環保型路面的透水性能優化

為了達到透水性能的優化，在透水材料的選擇和配比上需要深入研究，并對透水性對路面排水作用的具體影響進行分析。透水型材一般有透水混凝土、透水瀝青混合料、透水磚等幾種常見型式材料。這些材料結構較多，對雨水有有效的吸收和排放作用。研究透水材料時，要考慮其關鍵指標：孔隙率，透水系數，抗壓強度。如：一般要控制透水混凝土孔隙率為15％～25％，透水系數大于0.5mm/s，抗壓強度不低于20MPa.在保證路面力學性能和耐久性的同時，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，達到一個比較好的水平，透水混凝土的孔隙結構、力學性能等都是通過調整這些材料的比例來優化的。

透水路面能夠通過其多孔結構迅速吸收和排放雨水，有效減少地表積水，降低城市內澇的風險。根據實驗數據，透水瀝青路面的透水系數可達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 環保型路面的降噪與降溫性能優化

環保型路面除了透水性能外，降噪與降溫性能也是重要指標。多孔路面材料的降噪原理主要基于聲波在多孔介質中的傳播特性。當聲波進入多孔材料時，會在孔隙間反射、散射并逐漸轉化為熱能，從而實現降噪效果。研究表明，多孔瀝青路面的降噪效果可達5～10dB，顯著提升道路周邊的聲環境質量。在降溫方面，多孔路面材料能夠通過其多孔結構促進水分的蒸發，帶走熱量，從而降低路面溫度。實驗數據表明，在炎熱的夏季，多孔瀝青路面的溫度可比傳統硬化路面低5～10℃，有效緩解城市熱島效應[4]。

在研究路面多孔材料之外，研究還對路面的降噪和溫升性能進行了優化。如在路面結構中設置隔音層或反射層，使降噪作用得到改善；在路面材料中加入增強降溫作用的相變材料或熱反射材料。為了達到最佳降噪降溫效果，可以按照特定的需要和條件來選擇和組合。

環保路面性能的優化和研究是一個紛繁復雜的系統過程。研究要從透水性、降噪性、冷卻性等多個方面入手，對透水材料的選用與配比、多孔路面材料的降噪原理和效果、路面材料對地表溫度的沖擊和降溫措施等多個方面的研究，都要進行深入的研究。研究能夠不斷優化環保型路面的性能設計，通過科學的實驗驗證和資料分析，為現代道路工程提供一個更加綠色低碳的、可持續的解決辦法。

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，優先選用具有優異耐久性和抗老化性能的材料，如高性能瀝青、改性瀝青、高強度骨料等。所以可再生材料的應用也需考慮其耐久性和抗老化性能，確保在長期使用過程中能夠保持穩定。

在結構設計方面，可以采用復合式結構、多層結構等設計方式，以分散荷載、減少應力集中，從而延長路面的使用壽命。并在施工過程中，應嚴格控制施工溫度、壓實度、攤鋪厚度等關鍵參數和強施工過程中的質量監控和驗收工作，及時發現并處理施工中的問題，確保路面質量達到預期目標，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，如封層、微表處等，以提高材料的抗老化性能以延長路面的使用壽命。

4 環保型路面施工與維護技術

4.1 施工工藝的創新與優化

透水性能優化方面通過對透水混凝土孔隙率、透水系數和抗壓強度的綜合考量，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強度和耐久性。透水性能測試公式：

ｋ＝Ｑ÷（T×A）

其中，K為透水系數，Ｑ為滲透量，T為時間，A為路面面積，這一公式能夠準確反映透水混凝土在規定時間內的透水能力。

透水混凝土路面通過其特定的材料配比（水泥?骨料?水=1?1.5?0.4）實現了良好的透水性能，其透水系數達到1.2mm/s，遠高于傳統硬化路面。在抗壓強度方面，透水混凝土路面表現出色，滿足使用要求，而傳統硬化路面雖然通常具有較高的抗壓強度，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期穩定運行。總體來看，透水混凝土路面在透水性能、抗壓強度和應對極端天氣方面優于傳統硬化路面，但在耐磨性和耐久性方面缺乏具體數據，無法進行直接比較。傳統硬化路面在抗壓強度方面可能具有優勢，但在透水性和應對暴雨天氣方面則表現較差。

為了提升降噪與降溫性能，項目團隊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特的多孔結構特性，在降噪與降溫方面表現出巨大的優勢，與傳統的硬化路面相比，多孔瀝青路面能夠更有效地吸收和消散行駛車輛產生的噪音，同時通過其多孔結構促進水分的蒸發，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硬化路面在降噪效果、降溫效果的對比[5]。

降噪效果測試公式為：

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到了8至10分貝與噪聲污染水平成功降低了接近10個百分點，提升了道路周邊區域的聲環境質量并為周邊居民營造了一個更加寧靜和諧的居住環境。在降溫方面，多孔瀝青路面的多孔結構通過促進水分的蒸發，該路面能夠有效帶走大量熱量，從而實現路面溫度的顯著降低。

4.2 施工質量控制技術

在環保型路面的施工質量控制技術需要從原材料的選擇與檢驗、配合比的設計與優化、施工過程的全方位監控等方面進行質量把控。原材料的選擇與檢驗通過對水泥、骨料、瀝青等關鍵材料進行嚴格的質量檢驗，滿足設計要求和相關標準的同時建立與供應商穩定的合作關系，保障從源頭上材料的質量；配合比的設計與優化根據路面使用需求和環境條件，科學合理地確定材料比例，達到最佳的力學性能、透水性能和耐久性；嚴格控制攪拌、運輸、攤鋪、壓實等關鍵環節的質量，在施工過程中采用先進的施工工藝和設備和建立健全的質量管理體系、嚴格的質量檢驗、完善的評定制度確保每一步施工都符合規范。

4.3 養護與修復技術的應用

環保型路面的日常維護側重于路面的清潔、保養，通過定期清掃、沖洗，及時清除路面上的雜物、積水，保持路面的整潔和美觀；環保型路面的預防性養護則使用封層、微表處等技術處理手段對路面進行提前保護和修復，以減少病害的發生，從而降低養護成本。路面出現嚴重病害時，立即采用修復技術進行修復，不可拖延時間，否則可從一個微小的問題發展成一個比較嚴重的問題，使用維護過程中需要病害類型和病害嚴重程度，選擇合適的修復材料和工藝，如局部修補、整體翻修等，確保修復后的路面恢復原有的力學性能和耐久性。在采用科學的養護與修復技術下可以確保環保型路面在長期的使用過程中都保持良好的性能狀態，為城市交通的順暢和環境的可持續發展做出貢獻。

5 總結

本研究通過采用透水混凝土及多孔瀝青路面技術，使道路透水、降噪、降溫性能得到顯著改善，為城市環境的改善和可持續發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，周邊居民居住的環境大大改善，城市熱島效應也得到有效緩解。本研究的環保型路面的結構優化技術的廣泛應用，為其他城市的道路改造提供了有益的借鑒和借鑒。研究通過這一實踐，深刻認識到改善城市環境，促進城市可持續發展，環保型路面技術發揮了重要作用。

參考文獻：

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

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

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

[4]王永剛.環保型固化劑在高速公路路面底基層工程的應用技術研究[Z].河北省，石家莊市公路橋梁建設集團有限公司，2022-06-02.

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