基于可再生材料的环保型路面结构设计与性能优化研究

摘 要：文章对基于可再生材料的环保型铺装结构设计和性能优化进行了深入研究，提出了环保型路面设计理念，采用多孔开孔等级材料和多孔铺装材料。环保路面在透水、降噪、降温、净化尾气等方面的性能优势，通过实际案例和实验数据进行分析。对环保型路面应用沥青路面再生技术进行了探讨，对再生沥青混合料的耐疲劳、力学性能等方面进行了验证。结果显示，环保型路面可以有效降低环境污染和改善路面性能，促进社会工业可持续发展。

关键词：环保型路面 可再生材料 多孔路面 沥青路面再生 性能优化

1 绪论

随着城市化进程的加速推进，道路交通基础设施建设与维护正面临着环境污染、资源消耗等诸多严峻挑战。传统密实型路面材料因其环境适应性不足，已难以满足现代社会的环保需求。开展基于可再生材料的环保型路面设计与性能优化研究显得尤为重要。文章的研究意义在于，通过可再生材料的应用，旨在解决传统路面带来的环境问题，提升路面的综合性能，从而为现代道路工程提供全新的设计理念和技术支持，进一步推动相关社会产业的可持续发展。

2 可再生材料在路面结构中的应用

2.1 可再生材料的选择与特性分析

可再生材料在环保型路面结构设计中的选择是必不可少的，在生产过程中可降低碳排放，与绿色、低碳、可持续发展的理念一脉相承，是可再生材料的组成部分，可再生材料在物理特性与化学特性中有不同的特征，如下表1所示，不同的可再生材料在环境型路面的适用性也是千差万别的。路面表层更适用于废旧轮胎橡胶颗粒及废塑料颗粒，这些材料使路面抗滑性和耐磨性得到提高；而废旧沥青混合料再生料则因其出色的粘结和承载能力，在路面基层或底基层中应用较为广泛和效果较好[1]。

2.2 当前应用现状与存在问题

当前，废旧轮胎橡胶颗粒、废塑料颗粒及废旧沥青混合料再生料等可再生材料分别通过提升弹性、耐磨性和稳定性等特性在路面结构中得到了广泛应用，有效增强了路面的抗裂性、耐久性和整体强度，同时实现了资源节约和环保降噪。但是不同批次和来源的可再生材料性能差异大，施工技术难度大，成本较高，且相关政策法规支持不足，这些问题限制了可再生材料在路面结构中的进一步推广和应用。

3 环保型路面结构设计

3.1 环保型路面结构设计原理

在结构设计方法上，环保型路面需要保证路面的结构整体稳定性，包括路基的稳定性、路面的承载能力和抗变形能力，并要根据交通荷载、环境条件及使用要求，注意路面结构的层次性，合理选择不同层次的材料、结构形式，充分考虑可再生材料的特点，借助科学的配合比设计和施工工艺，充分发挥各类可再生材料的作用。材料的选择与设计应适应环境需求，通过合理的结构设计，使路面结构的性能得到最大化发挥。在结构设计方法上，要确保环保型路面结构的合理性和有效性。

3.2 路面材料选择与组合优化

在环保型路面结构设计中，地理环境、道路使用情况决定了材料的基本需求，如沙漠地区需选排水性好的碎石，雨季多的地区则需耐水沥青混合料。基层材料应具备足够的抗压强度、耐久性和水稳定性，同时考虑环保性，优先选用可再生、可循环利用的材料，并权衡施工难易与维护成本。底基层材料则需具备良好的排水性能、隔离作用、稳定性和承载能力。研究综合考虑了层与底基层材料的地理环境适应性、强度与耐久性、环保性以及施工与维护成本，精心选择了具有相应特性的材料，并优先采用了可再生、可循环利用的改性材料；针对表层材料，根据其抗滑性、耐磨性和降噪特性等功能需求，进行了优化选择与设计，科学合理地添加了改性剂并采用了新颖的施工手法；在结构布局与层次优化方面，明确了各层次的功能和作用，通过数值模拟和实验验证对不同材料组合、结构形式进行了深层分析，以优化材料组合和结构形式在施工质量控制与环保要求方面，严格控制了施工质量和工艺，确保路面结构的稳定性和承载能力，同时减少了对环境的污染和破坏。

3.3 设计参数与结构层次分析

环保路面结构设计是一个全面而细致的过程，需要针对路面结构的各个层次进行了精细的功能划分与材料选择：表层采用废旧轮胎橡胶颗粒和废塑料颗粒等可再生材料进行改性，以提升其抗滑性、耐磨性和降噪特性；基层则通过深入分析设计参数如厚度、压实度、回弹模量等，并采用高性能的再生材料如再生沥青混合料，以确保其足够的强度和稳定性；底基层则主要选用具有良好排水性能的碎石或再生骨料，并结合合理的排水结构设计，以充分发挥其排水和隔离作用。需要充分考虑了施工过程中的质量控制和验收标准，制定了详细的施工规范和质量控制措施，以确保设计方案在实际施工中得到有效实施。通过这些综合性的措施发挥可再生材料在路面结构中的作用，提高路面的综合性能和使用寿命，为现代道路工程提供更加环保、高效、可持续的设计方案和技术支撑。

3.4 环保型路面的透水性能优化

为了达到透水性能的优化，在透水材料的选择和配比上需要深入研究，并对透水性对路面排水作用的具体影响进行分析。透水型材一般有透水混凝土、透水沥青混合料、透水砖等几种常见型式材料。这些材料结构较多，对雨水有有效的吸收和排放作用。研究透水材料时，要考虑其关键指标：孔隙率，透水系数，抗压强度。如：一般要控制透水混凝土孔隙率为15％～25％，透水系数大于0.5mm/s，抗压强度不低于20MPa.在保证路面力学性能和耐久性的同时，合理的配比能提高透水性能。以透水混凝土为例，一般包括水泥、骨料（如碎石、沙子）、水等，其配比均为1⁚1.5⁚0.4，达到一个比较好的水平，透水混凝土的孔隙结构、力学性能等都是通过调整这些材料的比例来优化的。

透水路面能够通过其多孔结构迅速吸收和排放雨水，有效减少地表积水，降低城市内涝的风险。根据实验数据，透水沥青路面的透水系数可达1.0mm/s以上，在暴雨天气下，其排水效率可提高80%以上，如表2所示[3]。

3.5 环保型路面的降噪与降温性能优化

环保型路面除了透水性能外，降噪与降温性能也是重要指标。多孔路面材料的降噪原理主要基于声波在多孔介质中的传播特性。当声波进入多孔材料时，会在孔隙间反射、散射并逐渐转化为热能，从而实现降噪效果。研究表明，多孔沥青路面的降噪效果可达5～10dB，显著提升道路周边的声环境质量。在降温方面，多孔路面材料能够通过其多孔结构促进水分的蒸发，带走热量，从而降低路面温度。实验数据表明，在炎热的夏季，多孔沥青路面的温度可比传统硬化路面低5～10℃，有效缓解城市热岛效应[4]。

在研究路面多孔材料之外，研究还对路面的降噪和温升性能进行了优化。如在路面结构中设置隔音层或反射层，使降噪作用得到改善；在路面材料中加入增强降温作用的相变材料或热反射材料。为了达到最佳降噪降温效果，可以按照特定的需要和条件来选择和组合。

环保路面性能的优化和研究是一个纷繁复杂的系统过程。研究要从透水性、降噪性、冷却性等多个方面入手，对透水材料的选用与配比、多孔路面材料的降噪原理和效果、路面材料对地表温度的冲击和降温措施等多个方面的研究，都要进行深入的研究。研究能够不断优化环保型路面的性能设计，通过科学的实验验证和资料分析，为现代道路工程提供一个更加绿色低碳的、可持续的解决办法。

3.6 路面耐久性与抗老化性能提升

为了提升路面的耐久性和抗老化性能，优先选用具有优异耐久性和抗老化性能的材料，如高性能沥青、改性沥青、高强度骨料等。所以可再生材料的应用也需考虑其耐久性和抗老化性能，确保在长期使用过程中能够保持稳定。

在结构设计方面，可以采用复合式结构、多层结构等设计方式，以分散荷载、减少应力集中，从而延长路面的使用寿命。并在施工过程中，应严格控制施工温度、压实度、摊铺厚度等关键参数和强施工过程中的质量监控和验收工作，及时发现并处理施工中的问题，确保路面质量达到预期目标，另外可以在路面材料中加入抗老化剂、抗氧化剂等添加剂，用表面处理技术，如封层、微表处等，以提高材料的抗老化性能以延长路面的使用寿命。

4 环保型路面施工与维护技术

4.1 施工工艺的创新与优化

透水性能优化方面通过对透水混凝土孔隙率、透水系数和抗压强度的综合考量，确定了最佳配比为水泥⁚骨料⁚水=1⁚1.5⁚0.4。该配比下的透水混凝土不仅具有良好的透水性能，还保证了足够的力学强度和耐久性。透水性能测试公式：

ｋ＝Ｑ÷（T×A）

其中，K为透水系数，Ｑ为渗透量，T为时间，A为路面面积，这一公式能够准确反映透水混凝土在规定时间内的透水能力。

透水混凝土路面通过其特定的材料配比（水泥⁚骨料⁚水=1⁚1.5⁚0.4）实现了良好的透水性能，其透水系数达到1.2mm/s，远高于传统硬化路面。在抗压强度方面，透水混凝土路面表现出色，满足使用要求，而传统硬化路面虽然通常具有较高的抗压强度，但在透水性方面则明显不足。耐磨性和耐久性方面，透水混凝土路面被描述为能够长期稳定运行。总体来看，透水混凝土路面在透水性能、抗压强度和应对极端天气方面优于传统硬化路面，但在耐磨性和耐久性方面缺乏具体数据，无法进行直接比较。传统硬化路面在抗压强度方面可能具有优势，但在透水性和应对暴雨天气方面则表现较差。

为了提升降噪与降温性能，项目团队选择了多孔沥青路面作为主要路面材料。多孔沥青路面因其独特的多孔结构特性，在降噪与降温方面表现出巨大的优势，与传统的硬化路面相比，多孔沥青路面能够更有效地吸收和消散行驶车辆产生的噪音，同时通过其多孔结构促进水分的蒸发，从而带走更多的热量，有效降低了路面的温度。如表3所示，多孔沥青路面与传统硬化路面在降噪效果、降温效果的对比[5]。

降噪效果测试公式为：

lq=l1-l2

降温效果公式为：

T=T1-T2

其中，lq为降噪效果，l1改造前噪声水平，l2改造前噪声水平，T为降温幅度，T1为改造前路面温度，T2为改造后路面温度。

在降噪性能方面，多孔沥青路其降噪效果达到了8至10分贝与噪声污染水平成功降低了接近10个百分点，提升了道路周边区域的声环境质量并为周边居民营造了一个更加宁静和谐的居住环境。在降温方面，多孔沥青路面的多孔结构通过促进水分的蒸发，该路面能够有效带走大量热量，从而实现路面温度的显著降低。

4.2 施工质量控制技术

在环保型路面的施工质量控制技术需要从原材料的选择与检验、配合比的设计与优化、施工过程的全方位监控等方面进行质量把控。原材料的选择与检验通过对水泥、骨料、沥青等关键材料进行严格的质量检验，满足设计要求和相关标准的同时建立与供应商稳定的合作关系，保障从源头上材料的质量；配合比的设计与优化根据路面使用需求和环境条件，科学合理地确定材料比例，达到最佳的力学性能、透水性能和耐久性；严格控制搅拌、运输、摊铺、压实等关键环节的质量，在施工过程中采用先进的施工工艺和设备和建立健全的质量管理体系、严格的质量检验、完善的评定制度确保每一步施工都符合规范。

4.3 养护与修复技术的应用

环保型路面的日常维护侧重于路面的清洁、保养，通过定期清扫、冲洗，及时清除路面上的杂物、积水，保持路面的整洁和美观；环保型路面的预防性养护则使用封层、微表处等技术处理手段对路面进行提前保护和修复，以减少病害的发生，从而降低养护成本。路面出现严重病害时，立即采用修复技术进行修复，不可拖延时间，否则可从一个微小的问题发展成一个比较严重的问题，使用维护过程中需要病害类型和病害严重程度，选择合适的修复材料和工艺，如局部修补、整体翻修等，确保修复后的路面恢复原有的力学性能和耐久性。在采用科学的养护与修复技术下可以确保环保型路面在长期的使用过程中都保持良好的性能状态，为城市交通的顺畅和环境的可持续发展做出贡献。

5 总结

本研究通过采用透水混凝土及多孔沥青路面技术，使道路透水、降噪、降温性能得到显著改善，为城市环境的改善和可持续发展提供了有效的解决方案。透水混凝土路面，使地面积水得到有效降低减少城市内涝隐患率；多孔柏油路面则使交通噪音明显降低，周边居民居住的环境大大改善，城市热岛效应也得到有效缓解。本研究的环保型路面的结构优化技术的广泛应用，为其他城市的道路改造提供了有益的借鉴和借鉴。研究通过这一实践，深刻认识到改善城市环境，促进城市可持续发展，环保型路面技术发挥了重要作用。

参考文献：

[1]张翰琳，文磊.环保型橡塑沥青超薄磨耗层的开发及性能研究[J].公路，2024，69（06）：20-28.

[2]甘肃首条环保型高掺量全厚式低碳橡胶路面试验段成功铺筑[J].中国轮胎资源综合利用，2022（11）：38-39.

[3]张俊庆.环保型固化剂在公路工程路面冷再生底基层中的应用[J].交通世界，2022（17）：56-58.

[4]王永刚.环保型固化剂在高速公路路面底基层工程的应用技术研究[Z].河北省，石家庄市公路桥梁建设集团有限公司，2022-06-02.

[5]王燕春.公路工程环保型改性沥青SMA路面施工技术分析[J].散装水泥，2022（01）：95-97.