沥青路面用铁绿(环境友好型绿色道路研究进展与展望)

Posted 2023-05-31

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沥青路面用铁绿(环境友好型绿色道路研究进展与展望)

摘要

交通运输行业作为经济建设的先行者，是中国绿色高质量发展的重点研究对象。为进一步推进我国道路领域绿色、高效发展，对国内外绿色道路相关技术研究进展、热点前沿、存在问题及其对策进行综述，并对绿色道路的发展前景进行展望。从多学科交叉以提高道路性能入手，系统归纳现阶段不同类型功能型道路的材料组成、生产工艺和应用技术，着重阐述自调温道路、自愈合道路以及自俘能道路的应用机理、方式和现状；基于再循环利用理念，介绍再生沥青混合料(RAP)、建筑固废和废塑料等材料在道路中的应用技术及方式方法，阐述大宗工业固废在道路应用中的影响因素，针对目前大宗工业固废路用利用中存在的问题，提出合理的改善方法和建议；对冷补、温拌和清洁化等绿色道路施工工艺与技术从工艺、实施角度等方面进行总结与评估。本综述可为绿色道路的设计与开发提供参考和借鉴，促进道路工程绿色化的创新与发展。

关键词：绿色道路；功能型道路；工业固废；绿色施工

2019年末全国公路总里程为501.25万km，公路密度为52.21 km/km2 ，公路养护里程为495.31万 km(占公路总里程的98.8%)。道路作为交通运输中的重要基础设施，在现代社会的发展中起着至关重要的作用。道路全生命周期中94.3%的碳排放来源于道路的建设阶段，建设阶段中使用沥青混凝土导致的碳排放占 21.66%，仅次于钢材的 26.47%[1] 。世界上近90%的路面由沥青铺筑，考虑到公路里程的逐年增加，必须特别注意减少道路原材料生产及施工过程中的能源消耗及温室气体排放[2] 。实施绿色道路建设是交通运输行业贯彻创新、协调、绿色、开放、共享发展理念，支撑交通强国建设，实现行业转型升级的重要举措。随着我国将“碳达峰、碳中和”写入政府工作报告，交通运输部相应提出推动绿色交通基础设施建设，推进废旧路面、建筑垃圾、工业固废等在交通建设领域的循环利用。“十四五”是全面开启交通强国建设新征程的关键时期，在现代化高质量综合立体交通网络建设的带动下，绿色道路建设将进入快速发展阶段。绿色道路领域涉及面广泛，但总体来说，其在实际工程应用中仍未大规模推广。本文综合近几年来国内外学者的最新研究成果，基于节能环保、资源再利用等目的，从功能型道路、资源再利用技术及绿色施工工艺 3 个方面出发，对环境友好型绿色道路进行如图1所示分类阐述，以期促进中国绿色道路的发展。

1功能型道路技术

1.1 自调温道路

沥青结合料是具有低温黏弹性和高温流变性的温度敏感性材料。温度变化引起的应力循环会使沥青混合料变硬，加速沥青路面老化，降低道路使用寿命[3] 。自调温道路利用可抑制温度升高(降低)材料的自身特性达到调节路面温度的目的，从而减少沥青道路产生车辙、裂缝和拥包等病害的可能性[4] 。目前，关于自调温道路的研究主要有相变调温道路[5] 、热反射道路[6] 和热阻式道路[7] 等。

1.1.1 相变调温道路

根据相变形式，可将相变材料分为固−气、液 −气、固−液和固−固相变储热材料[8] 。相变调温道路是通过在路面材料中加入相变材料(PCMs)降低路面升温和降温速度，限制温度峰值，延缓极端温度出现[9] 。目前，在道路领域常用的相变材料主要是固−固相变材料和固−液相变材料。

固−固相变材料[10] 采用预聚体法合成聚氨酯相变材料(PUPCMs)。PUPCMs 具有相变焓大、相变温度选择范围广、循环热稳定性好等优点。已有研究表明，采用 PUPCMs 对沥青进行改性可改善其在低温(−18 ℃)下的使用性能[11] 。

固−液相变材料分为有机化合物、无机盐水合物和共晶化合物3类[12] 。研究者多采用化学惰性优良、价格低廉的有机相变材料(醇类、烷烃及石蜡) 作为路面储热材料[13] 。

在沥青路面材料中直接掺入PCMs会出现高温渗漏、降低沥青混合料路用性能等问题。为了消除这些影响，定型相变复合材料(CPCMs)应运而生。JIN 等[14] 以聚乙二醇复配二硬脂酸乙二醇酯，再与陶粒结合制备了CPCMs，其相变温度和熔化热分别在 54~60 ℃和 29−50 J/g 范围内，在替换沥青混合料中的骨料后，表面的最大减温可达 9.1 ℃。ZHANG 等[15] 发现膨胀石墨和聚乙二醇复合材料具有良好的高温稳定性，CPCMs的加入使材料的导热系数提高到0.2914 W/(m·K)，热扩散系数提高到 0.207 6 mm2 /s。然而，CPCMs 的加入降低了沥青混合料的延性和强度，增加了路面疲劳开裂的风险，提高沥青路面材料与CPCMs的相容性及其强度问题将成为重点研究方向。

相变微胶囊是以不同类型的 PCMs 为核心物质，无机聚合物或天然聚合物作为微胶囊壁材制备而成。相变材料的微胶囊化过程既可以通过喷雾干燥或包衣过程等物理方法进行，也可以通过凝聚法或界面聚合等化学方式进行[16] 。通常用于微囊化的壳材料有机聚合物、SiO2、TiO2等[17] 。微胶囊化的优点体现在：增加了热交换表面，提高了材料热传递，降低了与周围材料的反应性，并且 PCM的体积可以在不影响其周围结构的前提下进行扩展[18] 。相变微胶囊的使用可以解决相变沥青混合料在加热过程中相变材料渗漏和沥青性能退化问题[19] ，还可以直接添加到混凝土等路面材料中。

综上所述，相变材料掺入沥青混合料的方式主要有直接掺入法、骨料浸渍法和微胶囊化法。这些方法都有其优点，但也各有其局限性：直接掺入法易于操作，但在多次热循环后会发生泄漏[20] ；骨料浸渍法可以为PCMs提供足够的机械强度，然而，应用于路面材料中时，其吸热能力和温度调节效果有限[21] ；微胶囊化方法可以保护工作物质不受外界环境的影响，但其热稳定性和传热效率难以满足沥青路面的温度调节要求[22] 。

1.1.2 热反射道路

热反射道路通过在道路表面涂覆与公路养护中雾封层类似的功能性涂层，提高路面层热反射率，从而达到降低道路表面及其内部温度的目的，减小路面的车辙病害和城市的“热岛效应”[23] 。在路面上涂覆高反射率涂料的方法对道路的力学性能负面影响较低，因此受到研究者们的关注[24]。

热反射涂层原理如图2[25] 所示。目前，在太阳热反射涂层中常用的原材料有丙烯酸树脂、有机硅树脂、不饱和树脂及环氧树脂等基料[26] ，颜填料则有二氧化钛、氧化铁红、氧化铁黄和氧化锌等。通过选择合适的树脂、颜填料以及恰当的设计配比可以将大部分(85%)的太阳光反射出去[23] 。有研究表明，以金红石TiO2、空心微珠、SiO2、消光粉等1种或多种作为功能填料制备热反射涂层，可以有效降低路面温度，且降温能力随着涂层的厚度增加而增强，但到达一定厚度后降温能力会趋于稳定[27] 。现有研究表明，太阳热反射涂料的发展呈现出高耐性、长效性、环境友好性的趋势。随着耐紫外线性能优良的树脂如改性丙烯酸树脂、聚硅氧烷树脂、含氟树脂等的不断开发，在选择合适的颜填料的情况下，完全可以推动长寿命道路的发展。此外，与该技术有关的研究方向主要有：1) 根据可见光和近红外区域太阳辐射的不同影响，研究近红外反射涂料用于路面以避免眩光问题[28] ；2) 对低温路面涂料的研究不仅集中在光学性能方面，还开始涉及路面性能和路面涂层耐久性等问题[29] 。

目前，国外已有一些将热反射技术应用到道路工程中的实例，但反射涂层材料仍存在价格昂贵，且没有完善的评价体系等问题。基于国内夏季高温持续作用下车辙病害严重的特点，对热反射道路进行进一步的探索十分必要。

1.1.3 热阻式道路

热阻式道路是热阻集料作为普通碎石集料的替换材料，通过降低路面的热物性参数，提高道路热阻能力，达到降低道路表面温度的目的[7] 。目前，常用的热阻材料有膨胀蛭石、耐火铝矾土和页岩陶粒等[30] 。ANTING等[31] 通过对比多种废弃陶粒材料在道路中使用的效果，发现全瓷砖降温效果最好，可使路面温度降低6.4 ℃。MENG等[32] 采用等体积陶瓷替代SMA−13中10%~50%粗骨料的方法改变混合料热物性参数，有限元分析结果表明，当陶瓷替换量为 40% 时，与 4 cm 厚的 SMA− 13表面层相比，表面底部温度降低5.2 ℃。热阻集料凭借着独特的孔结构、低导热系数和成本低等优点，在未来的道路工程领域有着广阔的应用前景。但热阻集料应用于沥青混合料时会导致沥青用量增加，对路用性能产生不利影响。

1.1.4 保水道路

基于多孔沥青混凝土道路衍生出的保水道路是一种功能型道路，通过在多孔沥青混凝土的孔隙中填充具有保水性能的泥浆，可使道路在养护硬化后具有吸收储存水分的特性。在高温条件下，保水道路通过水分蒸发吸收大量潜热，缓解局部热岛效应、为行人和车辆保持舒适的道路环境。目前，保水泥浆多采用磨细的高炉矿渣粉、粉煤灰、碱激发剂(通常为熟石灰)和水为主要原料。此外，添加硅灰、水泥和减水剂等添加剂，可以提高保水沥青混凝土道路的抗冻性、强度和工作性[33] 。保水道路的降温能力与道路表面含水量和热反射率密切相关。在夏季高温作用下，保水道路与传统沥青混凝土道路相比，可降低道路表面温度 10~15 ℃。目前，有关保水道路的研究仅限于室内试验和现场试验。基于保水道路对周围环境的冷却作用是通过蒸发滞留水来实现，保水道路在周期性降雨和季节性高温地区具有潜在的应用前景。

1.1.5 自调温道路发展前景

综上所述，未来对自调温道路的研究趋势主要有：

1) 需不断探索路用相变材料的制备工艺，并从沥青的化学结构、官能团等微观表征入手，改善相变材料与沥青材料的相互作用方式，提高其相容性；

2) 开发出廉价实用的新型热反射涂层材料，并建立明确的评价体系以指导实际路面设计施工，推进热反射涂层材料在道路工程中的应用；

3) 优化热阻集料性能，提高热阻沥青路面路用性能；

4) 对保水道路的吸水性、保水性、强度和路用性能等进行深入研究。此外，改善保水道路在寒冷地区的施工方法以及提高其冻融耐久性等方面的研究也值得进一步关注。

1.2 自愈合道路

自愈合技术通过利用沥青材料的自我修复特性引起研究者们的关注。沥青道路在使用过程中受温度、荷载等外界因素影响易产生裂缝，基于表面能理论和分子扩散性质，沥青材料具有内在的自愈合能力[34] ，可在静止期或高温下自动修复内部裂缝，但由于低温和沥青老化，自愈合效率非常低[35] 。沥青路面的自愈合过程是裂缝形成和发展的逆过程，通过加强沥青材料的自愈合能力，可以抑制沥青路面的开裂，延长沥青路面的使用寿命[36] 。目前，自愈合道路研究的主要方向有感应加热、研制自愈合微胶囊、纳米黏土改性沥青和微胶囊，主要采用感应诱导加热愈合方法和在沥青材料中添加基于微胶囊技术的辅助愈合剂来提高沥青道路的自愈合性能。

1.2.1 基于感应加热技术的自愈合道路

基于感应加热技术的自愈合道路已经从实验室探究阶段发展到实际应用。该道路主要是通过在沥青路面材料中添加导电纤维或填料(如碳纤维、石墨、钢纤维、钢渣和导电聚合物聚苯胺等)，在沥青产生微裂纹时导电纤维等材料会在其周围形成闭合回路，将通电后产生交变磁场的线圈置于其附近产生涡流，当涡流遇到材料的电阻时产生热量，将沥青熔化以实现裂缝闭合的目的[37] 。导电纤维和填料的类型、形状和尺寸对沥青路面的自愈合性能有决定性影响。WU等[38] 对添加了导电纤维、炭黑和石墨作为导电介质的沥青路面进行感应加热，证明在混合料中添加导电纤维比添加导电填料的路面更有效地增加导电性。在道路工程中，钢纤维、钢渣等含有磁性成分的材料已被广泛作为自愈合道路中的填料应用。由于钢渣是一种固体废弃物[39] ，又具备感应加热的特性，因而受到研究者们的青睐。GARCÍA等[40] 在沥青胶浆中添加导电填料和纤维(石墨和钢丝绒)，发现可以利用该材料进行感应能量加热。LI等[41] 对钢渣组成的导电沥青混凝土进行感应加热，发现其具有良好的自修复性能，钢渣的掺入可有效提高沥青路面的自愈合效率。感应加热自愈合过程如图3[42] 所示。

目前，该研究中尚未解决的问题是导电纤维或填料的氧化(腐蚀)会导致导电性丧失，因此采用碳纤维或导电聚合物进行替代成为了自愈合道路方向研究的热点。此外，一些导电添加剂也可以提高沥青混凝土的耐久性和路面系统的使用寿命。

1.2.2 基于微胶囊技术的自愈合道路

基于微胶囊技术的自愈合道路主要是通过模拟生物创伤的自愈合来实现沥青路面裂纹的主动修复[43] 。目前与该技术有关的主流研究方向有2个：一是通过将含有愈合剂(多采用葵花籽油) 的微胶囊装入沥青材料中[44] ，当沥青中出现微裂缝时，裂缝周围的微胶囊破裂并释放出愈合剂，在分子扩散的作用下，愈合剂逐渐填充裂纹；二是将含有愈合剂微胶囊和催化剂分散在沥青材料中，当沥青材料产生微裂纹时，微胶囊破裂，愈合剂流出，与沥青中分布的催化剂相互作用，使裂纹自动愈合[45] 。微胶囊自愈合过程如图4[46] 所示。

当前在道路领域应用的自愈合微胶囊技术有3种方式：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] 为外壳材料，制备出具有微米级核壳结构的微胶囊并添加在沥青结合料中；2) 采用纤维材料对愈合剂进行封装，TABAKOVIĆ等[50] 用海藻酸钙涂层油制备了海藻酸分隔纤维包裹愈合剂，将该材料加入沥青材料可提高拉伸强度和自愈合性能；3) 将毫米级自愈合胶囊用作沥青混合料中的细集料， AL-MANSOORI等[51] 使用海藻酸钙包覆葵花籽油，添加进沥青混合料可以有效提高低温下的自愈合性能，且不会影响其力学性能。

1.2.3 纳米黏土改性沥青路面材料

传统的聚合物改性沥青价格高、工艺复杂、环境污染大，而纳米黏土改性沥青具有价格低廉、储量丰富、加工方便、资源消耗低等特点，符合当前发展绿色路面材料的要求[52] 。目前，黏土沥青改性剂多采用层状硅酸盐材料如蛭石、高岭石和蒙脱石等，此类材料的特点是具备层状结构，厚度一般为1 nm，具有高纵横比和表面能。与传统的微型复合材料相比，黏土沥青改性剂实现等效性能所需的负载量要低得多[53] 。黏土改性沥青可以有效地防止沥青中挥发性成分的流失，限制沥青大分子链在高温条件下流动，并在热氧化老化过程中阻碍氧气的渗透[54] ，改善沥青材料的老化、流变和热性能。在高表面能驱动下，纳米黏土颗粒在沥青材料中会倾向于朝着裂纹尖端移动，从而阻止裂纹扩展并修复受损的沥青路面材料[55] 。此外，将黏土材料应用于沥青混合料可以改善沥青混合料的力学性能，如增大刚度模量、增大抗剥离强度、增大抗湿破坏强度、防止裂缝和增大抗蠕变能，尤其是当掺量为1.5%时，黏土改性沥青混合料表现出性能优越的拉伸强度和湿敏性能[56] 。TABAKOVIĆ等[57] 发现采用3%和5%掺量的有机黏土改性沥青，可提高其抗疲劳特性，这表明纳米黏土材料可用于改善沥青混合料的自愈合性能。然而，目前对纳米黏土自愈合技术的研究较少，有关纳米黏土颗粒对自愈合沥青混合料性能的长期影响的成果不多。

1.2.4 自愈合道路发展展望

基于目前已有的自愈合道路研究成果，开发新一代自愈合道路需要朝着3个方向发展。

1) 将自愈合材料与智能应用传感器结合，开发设计路面损伤传感器和修复触发元件应用于道路系统，实现智能路面结构与自愈合材料一体化，使路面具备自感知、自修复的能力。在理想情况下，传感器元件应为路面系统的结构部件，且不会破坏路面系统的基础功能。

2) 探究路面多种自愈合机制。迄今为止，应用于自愈合道路中较成熟的技术仅有感应加热和自愈合微胶囊，其他自愈合机制尚处于待开发阶段。为开发自愈合道路的额外潜力，需开发新型自愈合材料并明确其机制，以满足更广泛的性能要求。例如将SMA纳米材料应用于道路工程可有效解决因路面疲劳产生开裂等问题。

3) 完善道路自愈合评估机制。目前关于自愈合道路评估机制的研究多采用单次加载−间歇方法[46] ，对如何量化自愈成功率的理解仍然有限，为此，需进一步对自愈合道路在实际应用中的行车安全性、路用性能等因素进行综合分析评定，并对自愈合材料在沥青混合料中的工作机理和疲劳载荷下沥青材料中的微胶囊材料的释放行为进行研究。

1.3 自俘能道路

道路在承担交通功能的同时，在其内部及周边会产生大量的热能和机械能。例如，沥青道路吸收太阳辐射导致热能在路面内积聚；当车辆轮胎通过时，车辆荷载会产生大量机械能。近年来，在全球能源短缺、环境污染和气候变化的背景下，从路面收集能量已成为研究热点。目前，关于自俘能道路的研究主要有压电集能道路[58] 、光伏发电道路[59] 和热电集能道路[60] 等。

1.3.1 压电集能道路

压电集能道路主要是利用压电路面技术，将车辆荷载产生的部分机械能转化为电能。压电集能道路系统示意图如图5[61] 所示。压电集能道路系统包括压电发电装置的力−电转换模块和压电采集 −存储模块。力−电转换模块利用压电材料如锆钛酸铅(PZT)、钛酸钡(BT)等，它们具有独特的晶体结构，车辆荷载作用导致结构变形，形成电偶极子从而产生电势差，再通过采集−存储模块对电能进行采集及存储。

目前有关压电集能道路的主流研究方向有 2 个：一是基于压电材料与道路材料相结合的集能路面技术，制备出具有压电效应的复合材料应用于路面铺装[62] 。由于受到材料性能和制备工艺的限制，压电复合材料产生的压电效应并不理想，此外，压电复合材料应用于道路时会对路用性能产生不利影响，因此，人们对该方向的研究较少[63] ；二是基于嵌入式压电能量采集器的压电集能道路[64] ，通过在路面嵌入压电能量采集器进行能量转换，考虑到振幅和加载时间会显著影响输出功率等，在城市巷道中采用嵌入式压电能量采集器可能是较理想的选择[65] 。该技术在路面集能方面有广阔的应用前景[66] ，如何提高压电集能采集器与道路交通环境的匹配程度、实现能量高效率转化等问题仍然亟待解决[67] 。此外，将压电能量采集器应用到沥青道路中时，由于沥青的摊铺温度接近压电材料的居里温度，会导致压电效应自动消失[68] ，基于以往研究，将压电装置应用于道路中时需要由混凝土块或砂浆块保护[69] ，优化压电装置的封装结构和材料或将成为以后该研究的热点。

1.3.2 光伏发电道路

道路覆盖大部分地表，沥青道路可以直接吸收阳光辐射，将光伏发电技术用于辅助道路建设时，可以在不增加土地的情况下有效缓解能源供应压力[70] 。采用光伏太阳能电池板替代传统道路时，以光伏技术为基础，使用低压分布式发电装置为主要设备制备光伏发电道路。一种光伏发电道路结构示意图如图6[71] 所示。该道路可以从太阳能中收集能量，并在路面和路基中垂直传播，达到能量转换储存的目的。在道路中铺设光伏板或将对道路的路用性能产生影响，如何在确保道路整体结构形态宏观稳定的前提下确保光伏发电技术的合理应用将成为以后研究的重点。

目前，光伏发电道路主要通过采用太阳能板代替传统的沥青混凝土或水泥混凝土铺设道路等方式，将光伏板吸收的太阳能转化为电能[72] ，相关研究阶段尚处于实验室模式。VENUGOPAL等[73] 根据能量平衡原理，建立了预测光伏发电道路运行温度的数学模型，发现当道路最高运行温度为 85.98 ℃时，年发电量可达84 kW·h/m2 ，综合能效为8.6%。此外，EFTHYMIOU等[74] 研究了光伏发电道路对气候的影响，发现光伏发电道路的路面温度比普通道路温度低8 ℃，环境温度比普通道路温度降低约0.8 ℃，可用于降低城市热岛效应。

1.3.3 热电集能道路

热电集能道路通过利用嵌入路面结构中热电模块两端的温差产生电压将路面(尤其是沥青路面) 吸收的热量转化为电能，其主要结构模块如图7所示[75] 。除了用于传统沥青路面的材料外，还包括热传导、热电转换和冷却模块。当太阳辐射使沥青路面温度升高时，热量会通过均热板传递到温差发电器(TEG)的热侧，在热侧和冷侧之间产生温差，并产生电压输出。

基于塞贝克效应[76] 和温度梯度的方法[63] ，有2 类热电集能系统应用在道路结构中：1) 在路面中嵌入管道系统，在热水(通过吸收路面热量加热)和冷水(从附近水源(如河流)循环)之间产生温差运行热电集能系统，从而实现能量转换[77] ；2) 在路面上安装热电电池，通过道路表面和路基土壤之间的温差运行热电集能系统，该方法使用热释电材料发电，热释电材料通过温度波动产生临时电压。WU等[78] 将高导热材料连接到路基上，通过计算机仿真模拟技术优化了热电集能系统的结构设计，确保在较大温度梯度下实现能源利用，输出功率估计高达0.02 W，每天可产生的总能量预计可达1 kJ。

1.3.4 自俘能道路发展前景

综上所述，不同集能道路各有其优缺点。压电集能道路凭借着效率高、结构简单等特点具有很大的推广价值，但目前仍然没有建立起完整的压电道路储能理论体系，实际应用案例较少[65] 。基于光伏发电技术的光伏发电道路已得到较大发展，如何满足透明覆层对路面强度、刚度和耐久性的要求将成为该方向以后研究的重点[79] 。基于温差越大产生电压越高的特性，如何充分利用路面结构内部或路面与周围环境间的温度梯度提高能量转换效率将成为热电集能道路研究中的关键问题。为了从道路上获取更多的能源，有必要整合各种技术以克服单一应用的局限性。

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过在道路表面使用可重复利用的光催化材料，在阳光作用下促使汽车尾气中的CO2和有害气体(NOx和NO等)转换为对人和环境无害的N2等物质，达到分解尾气和缓解城市热岛效应目的。基于以往研究，现阶段将光催化材料应用于道路中的方式有表面喷涂[80] 、直接拌合[81] 、采用光催化材料对沥青(沥青混凝土的黏结成分)进行改性[82] 共3种。常用的光催化材料主要有二氧化钛(TiO2)、氧化锌(ZnO)等。

目前，对 TiO2材料的研究多集中在如何在可见光作用下提高光催化效率、研制光催化负载材料以及建立系统评价理论体系等方面。通过添加金属离子或非金属离子改性 TiO2可以制备具有高催化效率的材料。TiO2在道路工程中的应用有2种方式：1) 利用 TiO2制备水性涂料，直接涂覆在道路表面[83] ；2) 将TiO2用作填料，在混合料的混合过程中掺入[84] 。由于TiO2在混合过程中易发生团聚现象，表层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沥青路面涂层方法，该方法采用含有 TiO2的水泥砂浆粉作为摊铺材料，用环氧树脂将其黏结在沥青路面表面，实验结果表明，该方法可以达到持久的降解效率，但由于环氧树脂和沥青的热膨胀性能不同，在温度波动下，环氧沥青界面会发生开裂。FAN等[87] 将碳改性二氧化钛(C-TiO2)光催化剂悬浮在去离子水中，喷涂到沥青表面，然后进行热处理，将光催化剂颗粒部分嵌入到沥青表面。氧化锌(ZnO)作为 TiO2的替代材料已经在多相光催化领域中得到广泛应用，但 ZnO 替代 TiO2会导致光催化效率的大幅降低，在相同条件下，光催化效率降低 39%~ 78%[88] 。

此外，自然环境中含有丰富的非金属元素，易于合成新型非金属半导体光催化材料石墨相氮化碳(g-C3N4)，其因具有有机污染物降解和人工光合作用等优异性能受到研究者广泛关注[89] 。然而， g-C3N4受到其比表面积、高光激发电子和空穴复合速率以及可见光范围内光吸收的限制，应用于光催化道路中的效果并不理想[90] 。此外，对g-C3N4进行改性和进一步优化对今后应用于道路工程领域的研究具有重要的指导意义[91] 。YANG等[92] 以Fe掺杂g-C3N4制备了新型光催化剂，研发出废气降解效率较高的光催化沥青路面，当Fe掺入量为1%时，其光催化性能明显优于纯g-C3N4，在金属卤化灯照射30 min内对NO降解率可达75.43%，比纯g-C3N4 提高24.65%。

目前，有关光催化道路的研究成果尚未在大型工程中得到应用，受自然环境限制的影响(光照强度、环境温度、湿度和风等)，汽车尾气在光催化道路上的分解效率不高，如何提高光催化材料与道路路用性能的契合度，提高尾气分解效率和道路耐久性将成为今后研究的重点方向。

1.4.2 主动除冰雪道路

主动除雪化冰道路是指通过改变传统路面的材料组成及结构设计，使得路面在降雪过程中不用借助外部作用，即可主动完成融雪化冰。目前有关主动除冰道路的研究主要有自应力弹性道路、能量转换道路、路面涂低冰点添加剂和基于超疏水材料的主动除冰雪路面涂层技术等。

自应力弹性道路主要是通过在道路表面添加一定量的高弹性材料，改变路面与轮胎的接触特性。通过弹性材料的高变形特性使得交通荷载对路面产生的应力起到去除冰雪堆积的效果。该道路技术主要包括橡胶颗粒沥青路面和镶嵌类铺装技术。近年来，常用的弹性材料是从可回收轮胎中获得的橡胶颗粒。此外，有研究表明，提高路面构造深度和粗糙度可使冰雪层在车辆荷载不均匀应力作用下很难结冰，如多孔沥青混凝土道路的应用可有效保持路面清洁。能量转换除冰道路主要是在路面内铺设加热管道和电缆，通过电力、太阳能电池板或天然气加热技术产生的热量提高路面温度，达到融化路面冰雪或防止路面结冰的目的[93] 。除上述2种主动除冰道路技术外，通过在路面材料中添加低冰点材料的方法也可以达到融冰雪的目的，常用的岩盐(NaCl或CaCl2)能有效降低冰点，防止路面结冰[77−78, 94] ，但对环境并不友好，研究者们正在寻找更有效的环保替代材料。

此外，基于超疏水材料可有效降低基质表面覆冰量及冰与基质表面间的附着力等自身材料特性，将超疏水材料制备为抗凝冰涂层应用于道路领域可达到道路主动防冰除冰的效果。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层材料。基于超疏水材料制备的抗凝冰涂层技术是一种施工简便、性价比高、能耗低的主动智能除冰雪技术，为冬季道路的疏水防冰提供新思路，推广应用前景广阔。但从实际工程应用来看，该技术和评价理论尚不成熟。制备超疏水涂层作为超薄罩面，喷涂在道路路面表面，容易受到车辆荷载、阳光等复杂外界因素的影响产生脱落、路用性能变差和导致道路主动除冰雪能力消失等问题，此外，超疏水材料昂贵，大规模生产、使用受到限制。

自应力弹性道路目前仅在实验室和道路试验中使用，需要提升其在环境因素和交通流量影响下的主动除冰雪能力。能量转换除冰道路具有环保和高除冰效率等优点，但是该功能型道路施工难度大，目前仅应用于机场道路、桥梁和大坡度纵坡路段，降低其施工费用、改善施工工艺将成为以后研究热点。应用于路面的低冰点材料易随着时间而流失，其主动融冰雪性能会变差甚至消失，后期需进一步研究具有长效性保持技术。此外，开发出适用于道路的新型超疏水材料是主动除冰雪涂层技术研究中的重点。

1.4.3 降噪道路

交通噪声主要由轮胎和路面之间的相互作用产生。影响轮胎/道路噪声的因素包括路面特性(骨料特性、纹理深度、空隙率等)、轮胎特性(胎面花纹和深度、轮胎类型和压力等)、环境因素(温度、路面湿度、灰尘等)和驾驶员的人为因素(车速) [95] 。采用适当的路面材料可有效降低轮胎/路面噪声。

目前降噪道路主要采用的路面类型有弹性沥青混凝土路面和多孔沥青混凝土路面。弹性沥青混凝土路面是将废旧轮胎制成的橡胶颗粒替换混合料中的集料或者改性沥青形成的路面结构。弹性沥青混凝土路面的减振降噪性能测试方法主要包括轮胎振动衰减测试、路锤测试、反复载荷测试、车辆振动测试和轮胎振动模式测试。与普通沥青路面相比，弹性沥青混凝土路面可使轮胎的垂直振动减小9.67%。振动衰减比普通沥青路面大 20%~25%。使用碎橡胶改性沥青混合物铺筑路面可使交通噪声减少约5 dB[96] 。此外，适当增加橡胶颗粒的粒径和质量分数也可以有效提高减振和降噪性能。

多孔沥青混凝土路面主要采用具备孔隙降噪特性的多孔沥青混凝土(PAC)材料作为路面材料降低路面噪声。多孔沥青混凝土材料含有大量连通孔隙，可增强路面的声阻抗，明显减弱轮胎和路面之间的“空气泵送作用”[97] ，有助于能量耗散、减少噪声源产生的噪声[98] 。影响多孔沥青混凝土路面降噪的因素主要有多孔沥青混凝土路面材料孔隙率的数量、空间分布和孔径。基于现有研究发现在道路表面铺设2层PAC具有更好的降噪效果， 2层PAC由25 mm厚的上层(粗骨料粒径在4~8 mm 之间)和 45 mm 厚的下层(粗骨料粒径在 11~16 mm 之间)组成[99] 。

目前，国内外对降噪道路的研究主要集中在道路结构和材料等方面，首先，针对降噪道路的降噪机理研究不够。在不同因素影响下，路面降噪性能会发生改变，因而必须完善不同类型降噪道路的降噪机理。其次，在采用多孔沥青混凝土道路降噪时，会面临随着时间推移剥落和降噪效果丧失等问题，在保证降噪道路路用性能的同时，如何使其保持更持久的降噪效果，延缓其降噪性能衰减，是当前研究的重点。

1.4.4 自发光道路

现阶段有关自发光道路的研究多集中于混凝土领域。研究者们通过向混凝土中添加磷光体、改变混凝土的微观结构以及在混凝土表面涂覆发光材料等方法实现混凝土道路在夜间发光的目的[100] 。目前应用在自发光道路中的发光材料多为荧光材料[101] 、磷光体(硫化锌) [102] 、发光纤维[103] 。

荧光材料多应用于道路标志中，研究表明添加荧光材料的道路标志比非荧光道路标志对驾驶员更醒目[104] 。磷光体作为一种传统发光材料，其特性与荧光材料的特性相似，由于硫化锌的发光能力弱且发光时间短，因此，该类材料在道路工程中的应用受到限制[105] 。基于早期自发光道路研究中使用的发光材料存在发光强度低和时间短等问题，研究者通过使用稀土离子掺杂长余辉发光材料从而提高长余辉材料发光亮度和余辉时间，目前，某些稀土离子掺杂的碱土铝(硅)酸盐长余辉材料已进入实用阶段，但在道路中掺入该材料后的路用性能以及对环境的污染仍有待研究。

将荧光材料与聚合物混合而成的发光纤维在吸收激发光 5~10 min 后，可连续发出蓝、绿、黄光(由纤维内部使用的发光材料确定)，其发光时间可超过10 h(人眼见的最低亮度) [106] 。目前用于制备发光纤维的发光材料主要是SrAl2O4复合Eu2+ 、Dy3+ 和Sr2MgSi2O7复合Eu2+ 、Dy3+ ，它们可以发出蓝或绿等不同颜色的光。人们对具有长余辉的红色荧光材料的研究较少[107] 。LYU 等[108] 采用化学沉淀法和溶胶−凝胶法制备了SrAl2O4复合Eu2+ 、Dy3+ 的硅− 聚合物杂化壳包覆持久性荧光粉，发现优化后的 SiO2−聚合物杂化壳涂层使 SrAl2O4复合 Eu2+ 、Dy3+ 的持久性荧光粉的耐湿性和有机相容性分别提高 71.72%和33.33%。发光纤维凭借高效、节能、使用寿命长和环境友好等优点引起了研究者们的广泛关注[109] 。

基于夜间道路标志可见度低以及道路照明设施应用带来的巨大的能源消耗和光污染等现状，对自发光道路的研究十分有必要。目前关于发光混凝土的研究较少，其研究体系尚未建立。将荧光粉直接掺入混凝土中会降低道路强度和耐久性，在混凝土表面涂覆荧光粉涂层易受到磨损和水破坏，其耐久性和耐磨性有待进一步研究。根据以上问题，研究者们应致力于开发契合道路路用性能的发光材料和具有良好机械增强性能的添加剂。此外，开发新型发光混凝土制备方法和系统评价发光混凝土性能的理论也亟待发展。

2资源再利用技术

2.1 路面再生

我国的公路里程尤其是高速公路的总里程逐年速加[110] 。伴随着我国高速公路的快速发展，许多沥青路面已进入翻修和养护阶段。沥青路面的修复每年会产生大量的废料[111] ，据估计，我国每年生产约7.9亿t 再生沥青混合料(RAP)，并且由于中国的道路养护需求仍在不断增长，这一数字近年来可能会急剧增加[112] 。因此，如何高效利用回收路面材料近年来成为道路工作者的研究热点。

2.1.1 热再生技术

沥青再生技术分为热再生技术和冷再生技术。

厂拌热再生将回收沥青混合料在沥青拌和厂中破碎、筛分后以适当的比例与新集料、新沥青以及一定量的再生剂等拌制成热拌再生混合料[113] 。由于其再生混合料适用性广，成为最常用的热再生技术。但目前 RAP 在实际工程应用中掺量较低，其原因是当RAP的掺量较高时，会带来再生沥青混合料的质量难以控制以及拌和温度偏低所带来的难以压实的问题，这也是厂拌热再生技术急需解决的问题[114] 。马辉等[115] 针对此类问题，以江苏淮安大桥 2006 年服役的 SMA-13 型 RAP 为研究对象，通过实验分析RAP掺量的影响因素，发现要提升RAP的掺量，可以在实际工程应用中添加一定量的再生剂，降低细集料在RAP中的比例或者通过对RAP中的细集料进行特殊处理，使其降低 RAP 的油石比偏差，或者通过对 RAP、新集料的加热温度进行限制，以提升RAP的掺量。楼婧[116] 针对高掺量回收沥青再生混合料路用性能衰减问题，以某高速公路面层铣刨料为RAP的旧料来源，对高掺量热再生配合比重新设计，通过路用性能实验系统分析了高RAP掺量对其路用性能的影响，发现表面RAP的掺入可明显提高热再生沥青混合料的高温性能，而且随着RAP掺量提升，其混合料的高温性能提升显著，但低温性能以及水稳性能明显降低。左锋等[117] 针对RAP掺量对再生沥青混合料路用性能的影响进行了探究，发现当混合料中RAP的掺量较低时，RAP的掺量适当提升会使得混合料的高温性能、抗疲劳性能以及水稳性能有较大提高，但低温性能下降明显，因此，在气温较低的地区不宜使用较高RAP掺量的混合料；当RAP掺量较高时，会显著降低新旧沥青间的混溶均匀性，使沥青混合料的高温性能、抗疲劳性能、水稳性能以及低温性能明显降低。左锋等[120] 推荐RAP的最佳掺量为30%。

再生剂的合理运用对于回收沥青再生混合料性能至关重要。ZHANG等[118] 人为恢复RAP料中老化黏合剂流变性能，以保持回收热沥青的路用性能，并通过实验探究了4种再生剂即软质黏合剂、植物油、废机油和复合再生剂对掺入了 60% 的 RAP再生沥青混合料机械性能以及RAP中老化黏合剂流变性能的影响，发现老化效应导致沥青变得更硬、更有弹性。由于内部存在润滑成分，采用废机油作为再生剂时，很难获得相应再生效果。老化沥青具有较高零剪切黏度，这是由于沥青分子尺寸增大，分子间纠缠效果得到改善。虽然软质黏合剂和废机油可以降低老化黏结剂的零剪切黏度，但很难减少沥青分子间的纠缠。但植物油和复合再生剂可以恢复老化黏结剂的剪切细化行为。BONICELLI等[119] 通过实验研究了再生剂和塑体聚合物对高RAP掺量沥青混合料长期性能的影响，发现当再生剂和塑体聚合物在一定配合比下，高 RAP 掺量的沥青混合料具有良好的路用性能。试验表明，在混合料中掺入0.2%的再生剂与8.0% 的塑体聚合物时，其刚度及抗永久变形能力最佳。再生胶与塑体聚合物的配比对混合料的刚度有显著影响。在低温时，再生剂的使用可使材料适当软化，刚度降低，避免混合料出现裂缝以及变脆；在高温下，塑性聚合物的存在可以使得混合料刚度增加，有助于防止混合料产生永久变形。塑性聚合物的掺入有利于平衡再生胶的效果，混合料抵抗永久变形的能力随聚合物剂量增大而增大，对提高较高RAP掺量的沥青混合料路用性能具有重要意义。

热再生沥青的老化也是学者们关注的重点。GRILLI等[120] 选择特定的再生剂，通过实验探究了再生剂对摊铺沥青机械性能的影响以及老化对再生沥青机械性能的影响。实验结果表明：长期老化对原始沥青以及再生沥青具有相似的影响，但再生沥青原本经过了长期老化作用，其老化时间比原始沥青的老化时间早。选用特定的再生剂会显著改善老化沥青的机械性能，再生剂在恢复经长期老化的沥青的机械性能上具有很大潜力。

使用回收再生沥青可以在一定程度上降低温室气体的排放。CHEN 等[121] 以修筑某一路面为实例，基于沥青混凝土路面寿命周期评估方法，对含回收再生沥青的沥青路面温室气体的排放进行了量化。采用二氧化碳随时间变化而衰减的函数以捕捉时间效应，分析了RAP在混合料中的质量分数、水分质量分数、混合料的混合效率对原料和生产阶段的影响以及RAP质量分数对路面全寿命周期的影响，发现当混合料中的RAP质量分数增加时，温室气体的排放量逐渐减小，但RAP的使用带来的环境效益会随着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，在实际工程应用时，要尽可能减少混合料的含水量。

2.1.2 冷再生技术

沥青的冷再生技术如今已广泛应用于路面建设中，在我国将近有 4 000 km 道路上装有由乳化剂黏结的冷再生沥青混合料，90% 以上 RAP 可用作环境温度下的冷再生沥青混合料[122] 。汪德才等[123] 发现早期黏聚力随放置时间、拌和用水量和乳化沥青用量的增大而先增大后减小。影响早期黏聚力最显著的因素是乳化沥青的用量以及拌和用水量，其次是乳化沥青的本身性质，RAP 的掺量则对早期黏聚力的影响最小。养生时间与黏聚力的关系呈对数关系，黏聚力随养生时间延长，前期增长较快而后期增长较慢。掺入布敦岩沥青 (BRA)、再生剂(RA)以及采用丁苯橡胶 (SBR)改性乳化沥青的方式对其冷再生混合料早期黏聚力有着明显改善作用，其中BRA对其改善效果最明显。

泡沫冷再生工艺是一种较为节能环保的道路施工工艺，很多学者针对泡沫冷再生沥青的特点进行了研究。陈谦等[124] 为能够科学化评价泡沫沥青冷再生混合料的路用性能，选取了合适的路用性能评价指标，并基于功效系数法建立了泡沫沥青冷再生混合料路用性能的评价模型，通过实验得出了沥青的最佳发泡条件如下：发泡温度为 155 ℃，发泡用水量为3.0%，最佳含水率为6.8%。在添加剂为水泥、剂量为2%、泡沫沥青质量分数为3%时所得的混合料各项路用性能指标较优。LI 等[125] 采用间接抗拉强度和形变强度实验，研究了泡沫沥青再生混合料养护的早期强度特征，并采用图像处理和分析的方法识别出泡沫沥青再生混合料试件的断裂界面特征，并采用统计学方法和双参数Weibull模型分析了气孔在试件内的数量和分布。实验及分析结果表明，前期对试件的烘干时间对试件的间接抗拉强度、形变强度有显著影响，特别是在养护期的前 3 d 强度增长速度较快，在养护早期特别是养护后的3 d内，添加剂水泥对早期强度起重要作用，泡沫沥青只影响混合料的长期强度。泡沫沥青冷再生混合料的强度与含水率有关，当水分蒸发、含水率降低时，混合料试件的强度增加。在混合料的断裂面沥青的覆盖面较低，早期的断裂路径会沿着水膜发展，随着养护持续，2个封闭的气孔会相互连接成为1个气孔，对混合料内部封闭空间的破坏往往不可逆，但采用双参数Weibull模型分析，发现混合料中气孔数量的微小变化对试件中气孔分布几乎无影响。

再生剂也对泡沫沥青冷再生混合料的性能有较大影响。仝佳等[126] 采用生物油为再生剂，在混合料的拌和阶段使用生物油与RAP拌和，由于生物油再生剂的掺入导致RAP表面上的老化沥青再生并获得黏结力，能够增强混合料内部黏结强度，增强混合料的整体结构。生物油再生剂在混合料的掺量同样也会显著影响混合料的路用性能，马歇尔稳定度、劈裂强度、无侧限抗压强度等均随生物油再生剂的掺量先增大而后减小，其最佳掺量为2%，此时，混合料的路用性能将达到最优水平。通过铺筑试验进一步证实，当生物油再生剂掺量为2%时，铺筑试验段在经过一段时间后无明显的车辙以及反射裂缝，路用性能明显强于未掺入再生剂的泡沫沥青冷再生混合料。

冷再生沥青混合料的微观结构同样也是研究的热点之一。LIN等[122] 采用已使用8 a的现场道路乳化沥青冷再生混合料(CRME)取样，与实验室自制的 CRME 相比具有较低的空隙率，这可能是多年的行车荷载压实所致。此外，两者具有相似的微观结构，但现场取样的 CRME 中含有较多的水泥水化产物以及C-S-H凝胶和较少的氢氧化钙。现场取样的 CRME 的沥青砂浆−骨料界面更加粗糙，纤维化的C-S-H含量更高，且实验室制作的CRME 界面微观结构相比现场取样来说更加均匀，这是因为实验室自制的 CRME 具有更加精确的混合与压实过程。现场取样的 CRME 的宏观与微观照片均能明显观察到RAP的断裂界面，但实验室自制的 CRME 看不到，表明交通荷载会显著增强水泥的水化，从而可显著加强水泥−沥青砂浆与集料的界面黏附性，因此，在 CRME 服役过程中应重视其长期性能以及微观结构的发展。LI等[127] 研究了添加剂水泥对泡沫沥青冷再生混合料的微观结构影响，通过扫描电镜分析混合料表面的形态特征，发现未掺有水泥的混合料中聚集体呈现出较平滑的界面，掺有水泥的混合料表面上成簇覆盖着针状结构的水化产物C-S-H，针状结构的水化产物填充了由水分蒸发后留下的空隙，从而使得 CRMF 变得更加致密，同时也将原有气孔分为多个，因此，水泥的掺入也改变了气孔的分布。水泥的水化产物穿透了沥青膜，两者间的相互作用，增强了泡沫沥青与集料间的黏结性，使其抗水损坏能力提高，CRMF 的冻融实验结果也证明了这点。CT测试结果表明，随着水泥的掺入，混合料内的气孔数量增加，而具有较大孔径的气孔数目降低。混合料在经过冻融实验后，由于冻融过程使得一些气孔在弱界面处发生破坏，而一些气孔会沿着弱界面拓展连成较大孔径的气孔，混合料的小气孔数目增加有利于提高间接抗拉强度，而大气孔数目增加会降低间接抗拉强度。将水泥作为添加剂时，建议其掺量不大于2%。

2.2 工业固废

大宗工业固废是指在工业领域中年产出大于 1 000万t，且对环境造成严重污染或存在安全隐患的固体废弃物[128] ，主要包括矿渣、钢渣、赤泥、煤矸石、粉煤灰等。将大宗工业固废应用于道路工程建设中能够解决道路工程建设中对矿物需求量巨大的问题，但工业固废本身性能不稳定且对环境存在潜在的危害，因此，建立工业固废在道路领域中的科学应用体系是目前亟待解决的问题。

我国大宗工业固废年增长约为36亿t，年堆存量净增 100 亿 t，历史堆存量已经超过 600 亿 t [129] 。目前道路领域中研究较多且技术比较成熟的有废橡胶、粉煤灰和矿渣等。这里主要介绍矿渣、钢渣、赤泥、煤矸石和粉煤灰在道路工程领域中的部分研究应用现状。

2.2.1 钢渣

钢渣作为炼钢过程中的副产品，其力学特性优异，且具有棱角丰富、高碱性等特点，被认为是优质的筑路材料[130] 。目前，发达国家在道路工程建设中对钢渣的利用率高达32.4%~49.7%，我国在道路工程建设中对钢渣的利用率仅有 7.6%[131] 。与发达国家之间的差距主要有以下原因：1) 钢渣体积安定性不良的问题未得到有效解决，制约了其在道路领域中的应用[132] ；2) 较高的孔隙率导致去除钢渣中水分的加热时间更长，沥青消耗量更多，成本提高[131] 。国内外围绕钢渣的陈化技术[133] 、钢渣骨料的界面黏结性能及机理[134] 、钢渣沥青混合料路用性能的优化[135] 、钢渣沥青混合料水稳定性[136] 等进行了深入研究，促进了钢渣体积安定性技术和水稳定性技术的发展，推动了钢渣在道路领域中的应用发展，但钢渣骨料再生技术和原材料处置依然是钢渣应用到道路领域中关键的技术问题。

一些发达国家在钢渣应用到道路工程建设中有了成功的案例，并且出台了钢渣集料和钢渣沥青混凝土相关的国家标准和行业标准。我国首条钢渣沥青路面试验段于1997年12月在上海市宝山区杨行镇富杨路铺筑完成，我国首条钢渣沥青混合料高速公路试验段于 2015 年 8 月底在宜张高速当枝段铺筑完成，为将钢渣变废为宝起到了示范作用[137] ，并建立了 GB/T 25824—2010“道路用钢渣”和GB/T 24765—2009“耐磨沥青路面用钢渣” 等规范。

2.2.2 铜渣

铜渣是铜在冶炼或转炉过程中产生的副产品，每生产1 t铜大约产生2.2 t铜渣[137] 。2019年我国铜渣排放量高达 3 000 万 t 左右，累计堆存已达 3 亿 t [138] 。铜渣主要含有铁橄榄石、磁铁矿、硫化物等，其主要氧化物成分为氧化铁(68.29%，质量分数，下同)和二氧化硅(25.84%) [126] 。经过粉碎和一定的技术处理后，铜渣可以作为沥青混合料的填料，铜渣含有少量毒元素的渗滤液会与覆盖在沥青膜上的沥青中和，降低环境危害性[140] 。MODARRES等[141] 用铜渣粉(CSP)替代石灰石(LSP)，通过间接拉伸强度、弹性模量和疲劳试验，对比了 6% LSP，4% LSP+2% CSP，2% LSP+4% CSP 和6% CSP这4种骨料总重量掺量下热拌沥青混合料(HMA)的力学性能，发现在 6% CSP 掺量下， HMA的间接拉伸强度、韧性指数、弹性模量、疲劳寿命相比于其他掺量分别平均上升 10.2%， 8.5%，7.5% 和 21.6%，同时，其重金属污染浓度远小于标准值。ZIARI等[142] 用铜渣替代温拌沥青中的石灰石骨料，发现当铜渣掺量为 20% 时，沥青混合料的马歇尔稳定度、间接拉伸强度、弹性模量、高温性能和低温性能最优。

2.2.3 赤泥

赤泥是氧化铝在精炼过程中产生的工业废料，其主要成分是氧化铝[143] 。精炼生产1 t氧化铝产生 0.6~2.5 t赤泥，目前全世界每年产生大约1.2亿t赤泥，累计总量已超过27亿t [144] 。由于赤泥的压缩特性与黏性土相似，摩擦特性与沙土相似，因而决定了其能够用作建材和填料[145] 。赤泥在道路工程中主要是用于替代沥青混合料中的石灰粉[144] 和复配锰渣，以改良沥青混合料性能[146] 、铺筑半刚性基层等。

未处理过的赤泥抵御水损害能力较低，在浸水条件下其抗剪程度大幅度降低，因此需要进行稳定处理。2017 年济青高速公路扩建工程将改良拜耳法赤泥用于路床填筑，通过现场取样及检测实验，发现其路基质量均满足规范要求[147] 。山东滨州北海静脉产业园采用改良拜耳法赤泥填筑 100 m路基，其强度和模量均比传统石灰或水泥改良土路基的高，通过地下水监测，改性赤泥路基对地下水的预估影响低于III类地下水限值，环境污染风险较小[148] 。

2.2.4 煤矸石

煤炭是我国的主要能源，分别占全国能源和消费结构的71.7%和62.1%，且煤矸石是煤炭生产过程中产生的最多的固废[149] 。我国煤矸石产量巨大，2020 年预计超过 7.29 亿 t，累计超过 50 亿 t。美国、英国等发达国家对煤矸石的利用率超过 90%，我国目前对煤矸石的利用率仅为64%，与发达国家还有很大差距，其中，用于道路、建筑领域的比例较小[150] 。煤矸石与碎石土相似，具有较大强度与较强水稳定性，可用于填筑道路路基或底基层，但在施工过程中，若直接受雨水淋溶，则其微量有害元素Hg会扩散，从而对土壤和地下水产生污染[151] 。将煤矸石磨成粉，经过一定处理后可替代矿粉加入沥青，相比于矿粉，活化煤矸石粉具有更小粒度、更大比表面积、更粗糙表面，通过对沥青的表面润湿作用及界面吸附作用，可显著提升沥青的高温性能，但会降低其低温性能，故应用前需确定其最佳粉胶比[152−153] 。

2.2.5 粉煤灰

粉煤灰燃煤发电是排放的一种固体废弃物，我国是煤炭利用大国，每年产生大量的粉煤灰，据统计，2016年和2017年我国的粉煤灰量分别为6.55 亿 t 和 6.86 亿 t，根据相关模型估计，到 2024 年我国粉煤灰产量将达到9.25亿t。粉煤灰以粉末形态在有水的情况下与氢氧化钙等碱性物质能够生产具有水硬性的胶凝材料，这决定了其被用于建材和交通行业的潜力。一些发达国家对粉煤灰已经实现100%的综合利用。我国在建筑业比较发达的东南部对粉煤灰的利用率非常高，而在建筑业欠发达的中西部地区粉煤灰利用率不足15%[154] 。国内外对粉煤灰在道路领域中的研究主要集中在替代石灰石用于沥青混合料中[155] ，或用于提高道路稳定类基层材料性能[156] 、冷再生长期性能和层间黏结性能[157] 等。

综合利用粉煤灰不仅能够解决粉煤灰对环境污染的问题，同时还能将粉煤灰变废为宝。未来应该将粉煤灰研究重点从道路工程的应用扩展至建筑建材和农业领域的利用。

2.3 建筑固废

建筑固废主要是指房建基础设施建设、拆除以及修补过程中产生的废料，主要包括混凝土块、弃砖、废弃的沥青混凝土以及掉落地上的砂浆等。随着我国经济的高速发展，城市化建设已经进入高速发展时期，随之而来产生了大量建筑固体废弃物。据不完全统计，我国每年产生70亿t左右的建筑固废[158] 。将这些建筑固废应用到道路建设中不仅能够解决建筑固废对环境造成的污染问题，同时又解决了道路工程建设中对大量原材料需求的问题。

建筑固废的主要成分是无机化合物，占比在 90% 以上，同时还有少量的金属、塑料和木料，因此，建筑固废具有化学性质稳定、耐酸碱等特点，是道路工程建设中优质的可再生原材料。目前，建筑固废在道路工程中的利用形态包括再生集料和再生微粉[159] 等。

2.3.1 建筑固废集料再生

与公路工程建设中采用的天然集料相比，由于建筑固废本身成分而存在孔隙率大、密度和强度低、吸油率和吸水率高等缺陷，若将未经过技术处理的建筑固废直接用于道路建设中，则会使混合料强度、低温性能以及水稳定性都无法满足现行规范要求，因此，建筑固废再生集料改性技术的研发是解决这些问题的关键。目前，国内外关于建筑固废集料已有的改性技术包括再生混凝土集料强化技术[160] 、高浓度 CO2强化再生集料技术[161] 、再生集料抗冻耐久性技术[162] 、再生集料透水混凝土技术[163] 、再生集料渗透结晶强化技术[164] 、再生集料微粉强化技术[165] 等。

1) 再生混凝土集料强化技术采用火山灰材料预处理再生混凝土骨料，使再生混凝土骨料的力学性能和耐久性能得到显著提高，或者通过加速碳化提高再生混凝土骨料的性能以及通过某种微生物碳酸盐沉积提高再生混凝土骨料的性能[130] 。

2) 高浓度CO2强化再生集料技术利用CO2与再生集料老层砂浆中的水化硅酸钙、氢氧化钙产生反应生成可以改善再生集料性能的碳酸钙[166] 。

3) 再生集料抗冻耐久性技术采用水泥浆对再生骨料进行包裹处理，使其物理性能得到改善，密实性能得到提升，抗冻性能得到优化[167] 。

4) 再生集料透水混凝土技术利用再生粗骨料、电炉渣以及添加剂和采用不同品种的废弃水泥来协同改善再生骨料混凝土的透水性能[168] 。

5) 再生集料渗透结晶强化技术使用辅助材料对再生集料表面进行覆盖使其渗透到集料裂缝中，有效填充再生集料自身的裂缝，使再生集料结构变得密实，力学性能得到有效强化[164] 。

6) 再生集料微粉强化技术使用碱性微粉对再生集料表面进行活化处理后能有效提高再生集料的力学性能[165] 。

从20个世纪90年代开始，国外已经开始大规模利用建筑固废。我国在1991年合肥到南京的高速公路维修中使用了再生集料替代天然集料。同济大学于2004年在校园内部采用再生集料作为骨料铺筑了一段路，沿用至今[169] 。我国现行的有关建筑固废的规范有 JGJ/T 240—2011“再生骨料应用技术规程”、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无机混合料”等，在我国道路建设中已经在基层、底基层和面层结构中使用。

2.3.2 建筑固废再生微粉

建筑固废中除了粒径较大的骨料之外还有粒径较小的粉末，将经过再生技术处理后的建筑固废中粒径小于0.16 mm的颗粒统称为再生微粉。再生微粉中含有具有一定活性的氧化钙和二氧化硅颗粒，经过活性激发处理后能够用来制备混凝土所需的胶凝材料。目前，建筑固废再生微粉应用于制备胶凝材料的技术较成熟，但建筑固废再生微粉技术应用于道路工程领域还相对有限，仅用于替代矿粉和用于路基回填。建筑固废孔隙率大、密度和强度都低、吸油率和吸水率都高等缺点限制了其在道路领域中的应用。JC/T 2548—2019 “建筑固废再生微粉”的发布为建筑固废再生微粉在应用中提供了行业中的技术指导和依据。

根据国内外研究，建筑固废中的废陶瓷和废玻璃能够作为粉末填料应用于道路领域中[170] ，如能将废陶瓷粉用于替代热拌沥青中部分矿粉[171] 、陶瓷废料用于改善路面的高温稳定性和水稳定性[172] 等。掺配比例对路用性能的影响规律、优化混合料的级配设计等是此类研究的重点。

国外的一些发达国家对建筑固废的利用率超过 90%，美国对建筑固废的利用甚至接近 100%，而我国每年产生70亿t左右的建筑固废，但对这些建筑固废的利用率不足，对此造成了巨大的资源浪费。因此，应该有效地将建筑固废再生骨料以及建筑固废再生细粉有效合理且符合性能要求地应用到道路领域中，继续完善建筑固废再生骨料和再生细粉技术，使其性能满足路用性能，从而促进建筑固废在道路领域中的应用。

2.4 废轮胎

我国是轮胎生产大国，同时也是废轮胎产生大国，2019 年我国废轮胎产生量约 1 300 万 t，具有广阔的回收利用前景[173] 。WANG 等[174] 以天津塘承高速公路为例，估算出使用废轮胎破碎成的胶粉替代苯乙烯−丁二烯−苯乙烯嵌段共聚物(SBS)作为沥青改性剂，可降低能耗 47.18% 并减少 CO2排放量 17.06%。将废轮胎应用于路面材料，在节能减排、减少“黑色污染”方面拥有巨大的潜力。

目前，废轮胎主要利用技术相对成熟的热解法，对产物中热解炭、热解油、热解气来进行回收利用[175−176] 。废轮胎热解生成的产物炭黑能增强沥青的润湿性，提高沥青与集料的相容性[177] 。FENG等[178] 将粒径为25 μm和150 μm这2种炭黑通过熔融直掺法加入沥青，发现沥青的高温性能大幅提升，且大粒径炭黑比小粒径炭黑对提高沥青耐老化能力影响更显著。然而，热解炭仅有助于改善沥青的高温性能，热解油对沥青改性的局限性大[179] ，它们均不能大剂量使用在沥青中。WU 等[180] 发现在 300 ℃下轻微热解的废轮胎具有质量分数超过 80% 的溶胶组分，这种液态弹性体能均匀地分散在沥青中并改善沥青的流变性能，有望替代 50% 以上沥青作为黏结剂使用。通过废轮胎碎胶改性废轮胎的热解冷凝物，其热解产物还可以作为老化沥青的再生剂使用[181] 。RŽEK等[182] 通过标准力学试验和流变试验证明，在沥青混合料中使用这种替代性再生剂时，沥青再生率高达60%。

将废轮胎破碎成的胶粉加入到路面材料中，普遍采用湿法与干法。湿法将胶粉直接加入到沥青中，通过胶粉与沥青的相互作用，使沥青的流变性能得到提高，但制备过程中需要特定的设备，成本较高；干法则将胶粉替代一部分细集料，相比于湿法，干法的工艺更加简单，且能在沥青混合料中加入更多胶粉，具有更好的经济效益，但由于胶粉与沥青的黏结强度差，沥青混合料需要更长的养护发育时间，导致使用干法制备含有大量胶粉的沥青混合料抗疲劳性能与刚度模量比常规沥青混合料的低[183−187] 。CHAVEZ 等[188] 综合干法与湿法利弊，提出半湿法，通过采用类湿法预处理胶粉后，再像干法一样替代细集料制备沥青混合料。这种方法无需使用特定设备，便能保持通过湿法获得的优异性能，具有广阔的应用前景。

将废轮胎磨成的胶粉与其他材料复合，克服改性沥青的缺陷，增强改性沥青的性能，可以对废弃物进行综合利用。非晶态 α −烯烃共聚物 (APAO)与胶粉复合能改善胶粉与沥青的相容性，保证改性沥青的储存稳定性，使其具有更好的抗老化性能[189−191] ，与掺入质量分数为 15% 的胶粉的沥青混合料相比，掺入15%胶粉+4% APAO能在不显著降低低温性能的情况下，进一步提高混合料的高温性能与疲劳性能[192−193] 。此外，还有研究者将胶粉与SBS[194] 、有机蒙脱土(OMMT) [195] 、层状复合金属氢氧化物(LDHs) [196] 等复合，测得其改性沥青性能均有一定程度提升。同时，通过表面处理，使胶粉与玉米秸秆[197] 、废塑料[198] 等废弃物复合利用，这对解决污染问题，促进可持续循环利用提供了新的思路。

2.5 生物沥青

石油是一种不可再生资源，作为原油加工的副产品，日益加剧的环境问题也促使人们去寻找替代品来减少或取代石油基沥青的使用。广义上，生物沥青是基于动物粪便、农林作物等生物质制备的具备沥青功能的材料，一般指用生物质的转化产物生物油替代部分沥青与沥青混合制备的混合物[199] 。生物沥青由于其原料在自然界来源广泛，生产过程对环境友好，成为近年来新型道路材料的热点。

为提高生物油产量，生物油制备方法多采用快速热解法及水热液化法。快速热解法通过 10~ 200 ℃/s的速度快速升温到500 ℃附近，蒸汽停留时间控制在1 s左右，使生物质分解成生物炭及挥发物，再将挥发物冷凝为生物油[200] ；水热液化法则以水为反应媒介，在 200~350 ℃的高温、5~ 25 MPa的高压条件下使生物质中的大分子物质分解转化为生物油等产物[201] 。水热液化法中，可选择加入有机溶剂作为反应媒介以进一步提高生物油产量。PAN 等[202] 在不同温度、不同反应媒介条件下对樟树木屑进行水热液化，在乙醇与水的共溶剂中获得61.5%的生物油最高产率，与纯水媒介中的生物油相比，最高产率提高 20% 以上，比纯乙醇媒介中的生物油最高产率提高 30% 以上。MASOUMI 等[203] 对微藻进行水热液化研究，发现以体积比为1꞉3的水与甲醇作为反应媒介，在临界温度为 272 ℃、临界气压为 11.5 MPa 时生物油最高产率达47%，相比于纯水媒介提高32%，相比于纯甲醇媒介提高2%。

大量研究表明，生物油改性沥青具有优异的低温及中温性能。高温性能取决于生物油的类型及掺量。相应地，生物沥青混合料具有比常规沥青混合料更好的低温性能与抗疲劳性，但高温稳定性较差[200] 。曹雪娟等[204] 采用热液化法将木屑制备成生物质重油，以0%，5%，10%，15%和20% 的掺量加入50号基质沥青制备的生物沥青，其玻璃化转变温度、车辙因子及复数剪切模量随掺量增大而降低，当生物油掺量为 20% 时，黏附等级从5级下降为4级。曾梦澜等[205] 将蓖麻油植物沥青与基质沥青混合得到的调和沥青制备沥青混合料，发现随生物沥青含量增加，沥青混合料的高温稳定性与水稳定性降低，低温性能增强。

沥青老化后会产生明显的蜂窝状结构，导致沥青不均匀性增加，更容易产生开裂现象。生物油能物理性填充沥青的分子间隙，同时通过部分化学键结合，恢复老化沥青性能，因而可作为老化沥青的再生剂使用[206] 。ZHANG等[207] 采用木屑快速热解后得到的生物油，在 15% 掺量下，经生物油再生后老化沥青的低温性能等级比原始沥青都有所提高。GONG 等[208] 将废食用油制备的生物柴油残余物在100 ℃时蒸馏，对除水及挥发物后剩余的生物油进行试验，发现生物油的掺入明显提高了老化后沥青的工作性能与流变性能，特别是以刚度与m值为特征的低温性能，同时，1.75%掺量的生物油能使TFOT老化后的SBS沥青三大指标恢复到初始水平。

生物油与沥青具有良好的相容性及稳定性，但在生物油中含有大量亲水官能团及组分[208] ，在冰岛使用旧菜籽油与乙酯型鱼油作为沥青改性剂的路段中，生物油大量覆盖骨料而影响了骨料与沥青的黏结，导致路面层的沥青渗出并大量流失[209] 。目前人们对生物油与基础沥青在微观尺度上的相互作用机理尚不清楚，生物沥青的长期应用性能仍待验证[210] ，同时，如何减少种类繁多的生物材料对沥青改性的影响差异，完善并规范生物沥青制备及应用体系，还有待进一步研究。

2.6 废塑料

根据ASTM D7611，塑料制品可分为聚对苯二甲酸乙二醇酯(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)与其他共 7 种。废塑料具有难降解性，被人们称为“白色污染”。我国作为材料生产大国，塑料代谢规模庞大，作为资源损失的关键节点，废塑料的回收利用引起了人们的广泛关注[211] 。废塑料的焚烧与填埋会对空气及土地造成污染，而自然中的动物无法将食物与进入生态环境中的塑料区分，导致误食摄入塑料颗粒并累积，对自身生命健康造成危害，并通过生物放大作用最终危害到人类[212] 。

废塑料用于道路路面铺设的概念于20世纪90 年代被提出，众多学者对废塑料的利用进行了探索。废塑料在道路领域中的利用主要集中于 LDPE，HDPE，PET和PP这4种生活常见用品[213] 。废塑料与废轮胎同属于废弃聚合物，可以通过干法或湿法用于沥青路面。湿法是在与集料混合之前将废塑料加入沥青作为改性剂，这种方法主要适用于低熔点的废塑料；干法则将废塑料在添加沥青前与集料一同混合，这种方法主要适用于高熔点的废塑料[214] ，在使用废塑料制备沥青混合料前，应对所用废塑料热学性能进行测试。MOVILLA-QUESADA 等[215] 采用干法将废 PET， HDPE和PVC在180 ℃下与集料融成聚合体，等体积替换部分沥青，再与沥青混合制备沥青混合料，发现聚合体具有比沥青更高的硬度，从而增加了混合物的整体硬度，所制备的沥青混合料在中高温下性能表现更好，而在低温下更容易开裂。MASHAAN 等[216] 采用湿法于 180 ℃时在沥青中掺入废PET，相比于原始沥青，在25 ℃时掺入8%废 PET的改性沥青疲劳因子下降50%，掺入废PET的改性沥青在50~76 ℃时的车辙因子提升30%以上，显示出更好的中高温性能。

对于大多数废塑料，单独使用对沥青进行改性将降低沥青的低温性能[217] ，解决途径是与其他材料复合使用。程培峰等[218] 将回收后的白色聚丙烯编织袋(WPP)和灰绿色聚丙烯编织袋(GPP)与 SBR复配对沥青进行改性后，与集料混合制备AC16型沥青混合料，WPP/SBR沥青混合料动稳定度是基质沥青混合料的 3.67 倍，GPP/SBR 沥青混合料动稳定度是基质沥青混合料的 5.42 倍，同时， WPP/SBR 与 GPP/SBR 改性沥青混合料的弯拉应变、冻融劈裂强度比与残留稳定度均显著提升，复配后的沥青混合料兼顾具有优异的高低温性能及水稳定性。

利用废塑料铺设的道路性能也在实际中得到验证。VASUDEVAN 等[219] 将废聚乙烯(PE)，PP 和 PS 在 170 ℃时融化并覆盖集料，然后与温度为 160 ℃的沥青混合制备集料−聚合物−沥青混合物，废塑料的加入使沥青的消耗量减少 10%，使用该混合料铺设的1 500 km农村及公路道路在24月后仍保持良好的性能。VASUDEVAN等[217] 在2008年拍摄的照片显示，印度Chennai地区于2002年利用废塑料铺设的 Jumbulingam road 在 6 a 后表面仍呈现无坑洞、无裂纹、无变形、无边缘缺陷的良好状态，同时，印度的 Veerbadhra Street(2003 年铺建)、Vandiyur Main road(2004 年铺建)、Vilachery Main road(2005 年铺建)、Canteen road(2006 年铺建)表面状态也表现良好。废塑料的使用能减少沥青用量，改善沥青混合料性能，有助于环境保护。但需注意的是，利用塑料铺设的道路可能会产生微塑料，在对废塑料利用方法及改性性能进行研究的同时，还需考虑废塑料道路是否会对周围环境造成不利影响。

3绿色施工技术

3.1 冷补施工工艺

近年来，随着交通运输行业的发展，路面病害较以往明显增多。路面病害会显著影响行车的舒适性及其安全性，因此，路面坑槽修补材料成为了道路材料研究的新方向[220−221] 。当热拌沥青混合料用于路面坑槽的修补时，对于地点较分散且工程量较小的路面修补工作来说，不仅因为用量较少难以生产，施工单位也会对热拌沥青混合料的保温与修补工作感到力不从心[222] ，而且使用热拌沥青混合料极易受到天气的影响，尤其是在雨季和冬季不适合使用[223] 。冷补沥青混合料由于具有不受天气的影响、能节能减排、施工工艺简单、维修较方便以及剩料可以重复利用的特点，从而广泛应用于道路工程中[224] 。近年来，国内外学者对冷补材料进行了深入研究。

张争奇等[225] 将水性环氧组分以及 SBR 乳胶加入到溶剂型冷补沥青液中使其进行改性，通过实验探究了水性环氧组分以及 SBR 胶乳在冷补沥青液中分散性以及掺量、其他固化剂用量等因素对改性后的冷补沥青液性能的影响。通过正交实验结果评价其对原冷补沥青液改性后的性能增强效果，并提出了最佳掺量，发现经过水性环氧组分改性后的冷补混合料具有更好的黏结性和耐水性，提高了冷补混合料的抗水损性以及施工和易性。

马全红等[226] 将不同的矿质黏土以及稀释剂与沥青复合，通过试验探究了不同种类的矿质黏土和稀释剂对改性后沥青路用性能的影响，并通过实验数据评价了不同的矿质黏土以及稀释剂对沥青及其混合料的路用性能，发现矿质黏土类型对冷补沥青混合料路用性能影响较小，但稀释剂的种类对沥青混合料路用性能有较大影响。

LIU等以苯乙烯-丁二烯-苯乙烯作为主要添加剂，乙烯-乙酸乙烯酯共聚物为黏合剂，邻苯二甲酸二正丁酯为增塑剂，聚苯乙烯为成膜剂，通过微胶囊和聚合物加强技术研制了可用于冷补沥青混合料的新型聚合物改性沥青，并通过坑洞实地修补测试评价了该材料的修补效果，发现由改性剂、黏合剂和成膜剂组成的添加剂可通过引入相应的官能团来改善沥青黏合剂的低温性能。微胶囊均匀地分布在添加剂中，固化后添加剂与沥青之间具有很强的相容性。与传统的冷补沥青混合料相比，新型聚合物改性沥青(PMA)的黏度较低，可对冷混合物的可加工性产生积极影响，同时，PMA混合物还具有很强的内聚力，可防止坑洼斑块脱落和脱黏。PMA混合物的稳定性高于传统的冷补沥青混合料的稳定性，PMA冷混合物的良好存储性确保了施工过程中的可操作性以及操作过程中所需的强度。此外，由于PMA混合物具有优异的抗冻融性，在低温和潮湿条件下仍具有较好的性能，可用于冬季和雨季的坑洼维修。

GENG 等[228] 将烹饪废油以及柴油进行混合，通过试验探究烹饪废油用作冷补沥青稀释剂的可行性，发现稀释剂含烹饪废油以及沥青含稀释剂在一定的范围内，可使冷补沥青具有合适的黏度与施工性能。在冷补沥青混合料中沥青(使用了混有烹饪废油的稀释剂)含量在一定范围内不会明显影响冷补沥青混合料的强度。烹饪废油可用作冷补沥青稀释剂，提出了烹饪废油在稀释剂以及含有烹饪废油作为稀释剂沥青在冷补沥青混合料的最佳掺量，进一步减少了施工成本，更加经济、环保。

3.2 温拌施工工艺

近年来，由于环境保护的需要，温拌沥青混合料相对于传统的热拌沥青混合料具有能够有效降低沥青混合料的拌和温度、降低对能源的消耗以及对环境友好的特点，已成为国内外科技人员关注的热点之一[229−230] 。沥青混合料的温拌施工工艺指的是在不改变沥青混合料的配合比及其其他施工工艺条件下，通过其他技术手段能够使沥青混合料的拌和温度较热拌沥青混合料降低 30~ 40 ℃，同时能够保持与热拌沥青混合料相同甚至更优的技术指标[231] 。由于沥青混合料温拌施工技术的有效运用能够明显降低沥青混合料的拌和温度，因此，与传统的热拌沥青混合料热拌工艺相比，能大幅降低加热沥青混合料所带来的能源消耗，进而有效控制温室气体及有毒气体排放，有利于路面施工人员的身体健康以及加快沥青路面的施工进程，是一种环境友好的施工工艺。实现温拌施工技术的核心在于降低沥青混合料在拌和以及压实过程中的黏度，从而降低其在拌和以及压实时的温度，改善沥青的流动性[232] 。因此，温拌施工工艺研究主要围绕着“降黏”。目前，温拌施工工艺主要有以下几个大类。

3.2.1 发泡降黏温拌技术

间接(含水助剂)技术通常采用诸如合成沸石或其他潮湿的集料之类的含水助剂与沥青混合，助剂中的水会随着沥青混合料在拌和过程中温度升高从而产生大量的泡沫，导致沥青的黏度以及拌和温度降低[233] 。直接(水基)技术通过添加少量水使沥青黏结剂发泡，将冷水注入热沥青中与之混合，在与热沥青的混合过程中水会不断蒸发。蒸发后的水蒸气会被沥青包裹，可使热沥青体积膨胀数倍，从而产生大量泡沫，导致沥青黏度暂时降低，从而改善了沥青混合料的可加工性和骨料涂层[234] 。但这种影响的持续时间有限，随时间推移会衰减，泡沫沥青的体积会有一定程度减小，因此，需要在其制备完毕后尽快使用，其中冷水也可以被其他液体所取代，从而延长泡沫衰减的持续时间[235] 。

3.2.2 有机添加剂降黏温拌技术

根据胶体理论，沥青的胶体结构是以沥青质为胶核，胶质被吸附在沥青质表面，逐渐向外扩散形成胶团，胶团分散于芳香分和饱和分中。有机添加剂降黏温拌技术主要是使用有机材料作为温拌助剂，将其加入到沥青或沥青混合料中，在高温条件下，温拌助剂溶解入沥青中，通过调整沥青组成，降低沥青的黏度和混合料的拌合温度[236] 。有机添加剂由蜡组成，在混合过程中加入到沥青混合料中，当温度高于熔点时，蜡会降低混合物黏度，当混合物冷却时，蜡凝固成微小且均匀分布的颗粒，从而增加硬度。常用的蜡有费托蜡、蒙坦蜡和脂肪酸酰胺。蜡的种类和数量必须根据沥青混合料的使用温度进行调整，以确保满足沥青混合料的性能需求。若使用温度超过所用蜡的熔点，则不能保证蜡具有满意的性能[237] 。

3.2.3 化学添加剂降黏温拌技术

化学添加剂降黏温拌温技术是指以乳化剂或表面活性剂为基础的温拌技术。这类温拌技术不仅可以通过改变沥青黏度来降低混合料的拌合温度，而且能在不影响沥青性能的前提下，实现较低拌合温度下沥青与集料之间黏附力提升[238] 。乳化剂类温拌技术是采用乳化沥青替代普通热沥青与集料进行拌合，乳化沥青中的乳化剂可以提升沥青与集料间的黏附力。乳化沥青中含有大量水分，遇到加热的集料会迅速破乳形成水蒸气，从而进一步改善沥青混合料的和易性。

表面活性剂类温拌技术是将表面活性剂的浓缩液直接加入到沥青混合料中进行拌合，表面活性剂可在混合料内部形成结构性水膜。该水膜在沥青混合料温度降低时，可以有效阻止其黏度降低，从而达到温拌效果[239−240] 。与有机添加剂相比，化学添加剂并不依赖于降低黏度来实现较低的混合和压实温度，化学添加剂作为乳化剂或黏附促进剂可用于达到不同目的。化学添加剂与表面活性剂、聚合物或不同添加剂结合可以改善涂层性能，改善混合物的和易性，并在较低温度下更有效地压实。使用化学添加剂所获得的降温效果取决于所选产品[241] 。此外，特定添加剂的质量分数对所需的温度降低有很大影响。SANIJ等[242] 研究了增强 WMA 沥青材料的性能，发现质量分数为 0.15% 的 ZycothermTM作为沥青黏合剂的硬度降低剂能提高材料弹性模量、蠕变和水分敏感性。此外，与基础黏合剂相比，添加ZycothermTM提高了旋转黏度和延性。

温拌剂对沥青路用性能的影响与所选温拌剂的种类有关。一般来说，适量温拌剂的加入并不会显著降低沥青的路用性能。宋云连等[243] 将RH和 Evotherm这2种温拌剂掺入SBS改性沥青及AH-90 基质沥青，探究温拌剂种类及掺量对沥青性能的影响，发现与原始沥青相比，在使用厂家建议的掺量下，掺入3% RH的2种沥青在28~46 ℃时模量及抗车辙性能小幅度降低，46 ℃后影响逐渐减弱直至消失；掺入0.6% Evotherm温拌剂的2种沥青在 28~52 ℃时模量及抗车辙性能显著提升，但随着温度升高，提升效果减弱；在0，2%，3%和4% 掺量下，RH掺量越大，这2种沥青的模量及抗车辙性能越差；在 0，0.3%，0.6% 和 0.9% 掺量下， Evotherm 掺量越大，SBS 改性沥青模量及抗车辙性能越强，而基质沥青模量及抗车辙性能提升幅度越小。XU等[244] 对含有较高比例RAP黏结剂的温拌沥青的流变性能进行了研究，温拌剂采用R(聚乙烯蜡基白色粉末，通过降低沥青的黏度起到温拌效果)和M(以表面活性剂为基础的琥珀色液体，可通过增强集料涂层，可加工性和附着力起到温拌效果)，发现RAP含量增加对沥青胶浆具有增强作用，可以显著降低沥青胶浆的线性黏弹性应变极限；当 RAP 含量一定时，R 型温拌剂能够提高沥青胶浆的高温稳定性，M 对沥青胶浆的高温性能影响可忽略不计。

考虑到经济效益和环境效益以及油价上涨和原始材料稀缺等因素，在温拌沥青(WMA)混合料中使用再生沥青混合料(RAP)在世界范围内变得越来越普遍，也是温拌技术发展的一大趋势。使用 RAP 是一种保护环境、节省生产和建筑成本、废料利用的好方法[245−246] 。使用RAP不仅可以节省材料和成本，还可以改善沥青混合物的某些性能[247] 。但在热沥青混合物中利用更多的RAP存在固有的局限性。RAP 由已经老化的沥青黏合剂组成，因此，RAP的主要问题之一是RAP黏合剂在与热混合沥青(HMA)加热和混合过程中存在二次老化现象，这种老化过程使沥青路面更容易过早开裂，这可通过将再生沥青与普通温拌沥青混合，并使用合适的添加剂以及黏合剂予以缓解[248−249] 。VALDÉS-VIDAL等[250] 将再生温拌沥青掺入普通温拌沥青中，用于高速公路试验段，通过结果评估，推荐天然沸石为温拌沥青的添加剂，Evotherm 为温拌沥青的改性黏合剂量，发现当采用合适的添加剂、黏合剂以及适宜的温拌沥青掺量时，其路用性能与热拌沥青混合料相比差异不大，并且具有明显的环境优势。

3.3 清洁化施工工艺

资源短缺和环境污染是全世界人类面临的普遍问题。沥青路面的建设对生态环境和社会产生重要影响[251] 。在传统的路面施工中存在较多污染源，对生态环境产生不可逆转的损害。传统沥青路面所造成的污染现象有主要有粉尘、气味、废水、废料、废液、有害气体、噪声以及视觉污染等。这些污染普遍存在于沥青混合料的拌和、运输以及摊铺碾压等过程中，其中，沥青混合料的拌和及摊铺碾压是整个沥青路面施工中污染最严重的环节，对路面清洁化施工是当今社会建设工程文明施工的重要要求[252] 。路面的清洁化施工就是在路面施工过程中，各个施工环节以及施工工序均要做好清洁化工作，从而避免在施工过程中产生对环境的污染[253] ，其中沥青烟是产生污染的主要来源之一。沥青烟主要是沥青罐、重油罐加热和装卸时产生的烟气以及搅拌站拌锅下料口产生的沥青烟气，一般夹杂着一定浓度的烟尘，呈棕褐色或黑色，有强烈的刺激作用[254−255] 。经研究和动物实验证实，从煤焦油、沥青和有机溶剂中提炼出来的3-4苯并芘是强致癌物质，经常从事沥青摊铺压实的工人，其癌症发病率高[256−257] 。路面要实现清洁化施工，可采取如下措施[258−259] ：

1) 改变沥青路面施工中的能源类型，尽可能在路面建设机械以及沥青混合料加热时使用较清洁的能源，这不仅可以减少对环境的污染，而且可在一定程度上降低建设成本。

2) 降低骨料中水分的含量，使用含硫量低的沥青以及使用更加先进的脱硫脱硝设备。由于在道路施工中所产生的二氧化硫以及氮氧化物主要来源于沥青以及骨料的加热，因此，可通过降低骨料的堆积高度，建立1个排水设施以及地面平整的堆放场来降低骨料含水量，通过脱硫脱硝设备去除骨料中的有害杂质，从而降低污染物的排放，这在一定程度上可节约能源，降低施工成本。

3) 使用散装沥青。使用瓶装沥青时，使用前必须将铲斗拆除。目前，许多沥青混合站开始使用散装沥青来避免该过程。此外，新的沥青加热罐利用废热来加热桶装沥青，提高了能源利用效率。总之，在沥青加热过程中，使用散装沥青可以有效地减少该环节的能耗并减少碳排放。

4) 在振动筛废料溢出口增加搜集装置，将回收的超粒径料利用传送带直接返回料场，加工成石粉，实现废物利用。

5) 采用大功率引风机，安装消音器，设置单独的引风机房，以降低噪声。

在隧道沥青路面进行施工时会产生大量沥青烟尘，影响路面施工清洁化。隧道施工期间，沥青烟通常无法迅速消散，严重损害施工人员的身体健康。HONG 等[260] 提出采用一种新的聚氨酯 (PU)超薄摩擦层进行施工，该聚氨酯(PU)超薄摩擦层在隧道中具有低环境影响和优异的路面性能，并可以在室温条件下进行施工，具有较低的全球变暖潜能和能耗；由于聚氨酯与骨料之间界面结合优异，因此，聚氨酯混合料(如PU/OGFC和PU/ AC)均具有优秀的机械性能，且与传统的沥青混合料相比，PUM具有更好的防滑性能与噪声吸收性能，并且从安全方面来看 PU 具有更好的阻燃性能，与传统的沥青混合料相比不会在施工期间产生较多烟尘，显著降低了施工过程中对环境的污染，这对于隧道路面的清洁化施工具有重要意义。

4结论及展望

1) 在设计功能型路面时，满足特定用途的功能时应保证对原有道路路用性能无不利影响。目前对功能型道路的研究大多集中于实现单一功能上，未来对功能型道路的研究应该朝着向实现多种功能发展。

2) 目前对于固废的清洁化回收利用具有技术要求高、投资要求大、回报周期长等不利特点，导致其再生利用率低。未来需对固废清洁化回收利用方法进行深入研究，以降低回收利用成本，提高回收利用效率，建立可行简易的工业废物回收利用体系。

3) 对温拌技术、冷补技术、清洁化施工技术为代表的绿色施工工艺研究，应着重于如何消除其应用局限性、降低物料成本等方面。

参考文献：略

来源：《中南大学学报:自然科学版》 2021年第7期

作者：王海成金娇刘帅高玉超李锐冯明珠熊剑平 LIU Pengfei

广西交科集团有限公司长沙理工大学交通运输工程学院广西道路结构与材料重点实验室亚琛工业大学道路工程研究所