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

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，TABAKOVI?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] 。TABAKOVI?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

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。

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