城市道路施工中新型材料的应用与性能评估
 
 摘要
 
随着城市化进程持续加快与交通荷载不断增大，传统筑路材料在耐久性、环境适应性与维护成本等方面的局限性日益凸显，制约了城市道路服役品质的进一步提升。本文系统梳理了当前城市道路施工中应用较为广泛的新型材料，涵盖透水混凝土、排水沥青混合料（OGFC）、橡胶改性沥青、温拌再生沥青混合料、建筑垃圾再生骨料稳定层及钢渣沥青混合料等主要类型，分析了各类材料的技术特性、关键性能指标与施工工艺要点，并结合工程实测数据对其路用性能进行了定量评估。研究表明：高性能透水混凝土28 d抗压强度可达30.8 MPa，透水系数3.05 mm/s；OGFC路面空隙率18%～25%，排水与抗滑性能突出；橡胶改性沥青路面平均噪声值较普通路面降低1～3 dB；温拌再生沥青混合料在加入新型温拌剂后最大弯拉应变值提高12.03%；建筑垃圾再生骨料稳定层90 d无侧限抗压强度可达6.12～10.17 MPa；钢渣沥青路面建设期碳排放较常规混合料降低18.21%。新型材料的应用有效提升了城市道路的服役性能与环保效益，为市政工程建设提供了多元化的技术路径。
 
关键词：城市道路；新型材料；透水混凝土；排水沥青；橡胶改性沥青；再生骨料；性能评估
 
 
 1 引言
 
城市道路作为城市基础设施的重要组成部分，其建设质量与服役性能直接关系到城市运行效率和居民出行体验。传统筑路材料——普通水泥混凝土、热拌沥青混合料及天然碎石基层——在长期服役过程中暴露出诸多不足：不透水路面加剧城市内涝风险；热拌沥青施工温度高、能耗大、排放大量有害烟气；天然砂石资源过度开采造成生态破坏；路面噪声污染严重影响沿线居民生活品质。这些问题不仅制约了城市道路的可持续发展，也对材料创新提出了迫切需求。
 
近年来，随着材料科学与工程技术的持续进步，一批新型筑路材料相继问世并在城市道路工程中得到应用。从透水混凝土到排水沥青路面，从废旧轮胎橡胶改性沥青到温拌再生混合料，从建筑垃圾再生骨料到钢渣沥青混合料，新型材料的类型日趋丰富、性能持续优化。这些材料的应用不仅改善了路面的力学性能和耐久性，还在雨洪管理、噪声控制、资源循环与碳减排等方面展现出显著优势。在建材发展导向等行业期刊的持续关注下，新型道路材料的工程应用研究日益深入。本文基于现有研究成果与工程实践数据，系统分析各类新型材料的技术特性与性能表现，以期为城市道路施工中的材料选择与工艺优化提供参考。
 
 2 路面铺装类新型材料
 
 2.1 透水混凝土
 
透水混凝土是海绵城市建设的核心材料之一，其根本特征在于具备连通孔隙结构，能使雨水迅速渗入地下。与传统密实混凝土不同，透水混凝土通常不掺或少掺细骨料，依靠粗骨料表面包裹的水泥浆体在硬化后形成骨架-孔隙结构。
 
试验研究表明，透水混凝土的性能受水胶比和骨料级配的显著影响。当水胶比从0.25增大至0.34时，实测孔隙率和透水系数呈线性下降趋势。在骨料级配方面，当级配为1∶2时试件综合性能最优，28 d抗压强度达30.8 MPa，透水系数为3.05 mm/s。在工程应用层面，优化后的透水混凝土路面28 d抗压强度超过25 MPa，透水系数高达2.5 mm/s，在满足慢行交通承载需求的同时展现出卓越的雨水渗透能力。透水混凝土作为具有良好透水性的建筑材料，在城市慢道等公共基础设施建设中，可促进地面水的自然渗透和降低城市热岛效应。
 
透水混凝土的施工关键在于配合比设计、成型工艺与养护控制。水胶比过低会导致水泥浆体不足、骨料粘结不良；水胶比过高则浆体过多、堵塞孔隙。实际工程中需根据目标孔隙率和强度要求，通过试验确定最佳配合比，并在摊铺、碾压和养护各环节严格控制质量。
 
 2.2 排水沥青混合料（OGFC）
 
开级配抗滑磨耗层（OGFC）是排水沥青路面的典型代表，其设计空隙率较大，一般在18%～25%。OGFC依靠高空隙率实现路面雨水的快速横向排出——对于以排水为主要目的OGFC，其孔隙率最佳范围为20%～25%——并利用粗糙的表面纹理提高抗滑性能。此外，多孔结构赋予了OGFC良好的吸音降噪功能，使其在高温多雨、潮湿易滑以及居民区周边的城市道路中具有天然的应用优势。由于黏聚力较低而内摩擦角较高，OGFC的粗集料要求较普通路面更高。
 
OGFC的胶结料通常采用高黏度改性沥青，其在60 ℃下的黏度可达20000 Pa·s，能够有效粘结大粒径集料并抵抗路面水损害。施工过程中需严格控制高黏沥青的施工温度区间及碾压工艺，确保混合料的压实度与空隙率满足设计要求。
 
OGFC在城市道路中的应用已有较多成功案例。在排水性能方面，OGFC明显优于其他沥青混合料，尤其是在水平排水方向，其渗透系数随水力梯度增加显著提升。不同级配类型对OGFC排水效果存在影响，其整体渗透性能并非水平和垂直渗透系数的简单叠加。在城市道路施工中，OGFC因其排水性能和抗滑性能突出、降噪效果明显而应用日益广泛。需要指出的是，OGFC的高空隙率也带来了耐久性方面的挑战——孔隙堵塞、老化等问题需要通过定期养护加以应对。
 
 3 改性沥青类新型材料
 
 3.1 橡胶改性沥青
 
橡胶改性沥青是将废旧轮胎加工成的橡胶粉掺入基质沥青中制备而成的改性材料。这一技术路径同时解决了两个问题：一是废旧轮胎堆积造成的“黑色污染”——我国每年产生废旧轮胎超3亿条；二是传统沥青路面高温稳定性与低温抗裂性不足的性能短板。
 
橡胶改性沥青的性能优势已在大量工程实践中得到验证。在路用性能方面，橡胶粉的掺入显著改善了沥青的低温变形性能和高温黏度性能。在降噪效果方面，橡胶改性沥青路面相较于传统路面可降低噪声1～3 dB，其中传统路面噪声水平通常在71～73 dB之间，而橡胶改性沥青路面噪声水平可控制在68～70 dB范围内。室内试验研究表明，沥青掺量与胶粉掺量越大，混合料降噪性能越好。橡胶沥青及混合料在减薄路面、延长路面使用寿命、延缓反射裂缝、减轻行车噪声等方面具有独特优势。
 
在资源化利用规模上，橡胶改性沥青已在多地得到推广应用。橡胶沥青混合料具有优良的高温稳定性、低温抗裂性和抗水损害能力，其抗老化性能和抗疲劳性能优于其他改性沥青混合料。橡胶改性沥青的施工关键在于橡胶粉的细度与掺量控制、拌和温度与时间的确定，以及摊铺碾压工艺的优化。此外，温拌橡胶沥青混凝土路面施工方法相较于普通热拌橡胶沥青混凝土，可显著减少拌和及施工过程中产生的废气和粉尘。
 
 3.2 温拌再生沥青混合料
 
温拌再生沥青混合料将温拌技术与沥青路面再生技术相结合，在降低施工温度的同时实现旧路面材料的循环利用。传统热拌沥青混合料施工温度多在160 ℃以上，不仅能耗高，还造成沥青在高温下的老化与有害烟气排放。温拌技术通过在沥青中掺入温拌剂，可将施工温度降低30～40 ℃。
 
基于新型温拌剂的就地温拌再生沥青混合料研究表明：再生沥青混合料在加入新型温拌剂后，动稳定度降低了5.53%，最大弯拉应变值提高了12.03%，抗弯拉强度值提高了5.76%，残留稳定度提高了4.11%，TSR值提高了4.21%。这表明新型温拌剂在保证再生沥青混合料高温性能的同时，有效提升了混合料的低温抗裂性能，且抗水损害性能也得到了提升。温拌沥青技术的应用可以减少施工过程中的多余能耗排放，实现道路路面长期稳定运行，有效降低道路全生命周期维护成本。
 
温拌再生技术的环境效益同样显著。沥青固废精细分选实现旧料高掺量再生，机械发泡温拌工艺显著降低施工能耗。在城市道路改扩建工程中，温拌再生沥青混合料既解决了旧路面材料的处置难题，又降低了新建路面的材料成本与碳排放。
 
 4 基层与路基类新型材料
 
 4.1 建筑垃圾再生骨料稳定层
 
建筑垃圾再生骨料应用于道路基层，是建筑废弃物资源化利用的重要方向。通过将拆迁建筑垃圾中的混凝土块、砖瓦等进行破碎、筛分，可获得满足一定级配要求的再生骨料，替代天然碎石用于水泥稳定或二灰稳定基层。
 
室内试验与试验段铺筑结果表明，建筑垃圾再生骨料稳定层在合理配合比设计下能够满足城市道路基层的性能要求。建筑垃圾再生骨料制备二灰稳定碎石基层的试验段研究通过筛分试验、无侧限抗压强度试验（1d、3d、7d、14d、28d）等室内试验，获取了材料颗粒级配、抗压强度等核心技术指标。研究表明，随着废弃砖掺量的提高，混合料压碎值由21.5%增至32.15%，最佳含水率由14.07%增至19.51%，最大干密度由1.874 g/cm³降至1.678 g/cm³；90 d无侧限抗压强度从未掺废弃砖时的10.17 MPa下降至掺入50%废弃砖时的6.12 MPa。水泥含量的增加能有效提高无机混合料的无侧限抗压强度；再生骨料无机混合料的抗压回弹模量比普通骨料无机混合料小，能使路面基层的刚度减小，提高结构层的柔度。
 
在工程应用层面，建筑垃圾再生骨料的应用已具备一定规模。据相关统计，中国每年产生约20亿吨建筑固废，综合利用率不足40%。再生骨料的应用还面临一些技术挑战，如再生骨料吸水率大、性能离散大等问题，需通过优化级配、控制掺量及添加外加剂等措施加以克服。
 
 4.2 钢渣沥青混合料
 
钢渣是钢铁生产的工业固体废弃物，将其替代天然骨料用于沥青混合料，实现了“以废代石”的资源化利用。钢渣骨料的多孔结构对沥青混合料低温抗裂性能的影响机制尚需进一步研究。
 
在技术性能方面，采用钢渣碳化处理可提升骨料价值并封存碳元素。在碳减排方面，根据全生命周期测算，每1000 m³钢渣沥青混合料AC-13C在建设期全过程碳排放能够减少34.95 t碳排放，相较于常规沥青混合料降低18.21%。有研究指出，通过工艺-掺量协同优化，碳排放可减少27.2%。钢渣在道路水泥稳定基层中的应用研究表明，不同水泥含量（2%、4%、6%）和钢渣掺量（0～100%）的水泥稳定混合料，其压实特性和力学性能随龄期（7d、28d、90d）呈现规律性变化。
 
钢渣的应用既解决了钢铁行业固废处置难题，又减少了天然矿石的开采。在建设科技领域，钢渣沥青混合料路面已在多地成功铺筑。全组分固废温拌再生沥青混合料采用环氧沥青作结合料，全部采用废旧沥青路面材料与钢渣作为矿料，实现了对多种固废资源的循环利用。
 
 5 新型材料综合性能评估
 
基于上述各类新型材料的试验数据与工程实测结果，可从力学性能、功能性能、环境效益和经济效益四个维度进行综合评估。
 
力学性能方面，高性能透水混凝土28 d抗压强度可达30.8 MPa；建筑垃圾再生骨料稳定层90 d无侧限抗压强度为6.12～10.17 MPa；温拌再生沥青混合料抗弯拉强度值提高5.76%；橡胶改性沥青的高温稳定性和低温抗裂性均优于普通改性沥青。新型材料在力学性能上已具备替代传统材料的条件。
 
功能性能方面，OGFC凭借18%～25%的空隙率实现优异的路表排水与抗滑性能；透水混凝土透水系数可达2.5～3.05 mm/s；橡胶改性沥青路面降噪1～3 dB。这些功能特性是传统材料所不具备的，为城市道路解决内涝、噪声等顽疾提供了新途径。
 
环境效益方面，钢渣沥青路面建设期碳排放较常规降低18.21%；建筑垃圾再生材料应用可消纳大量固废；温拌技术降低施工能耗30%以上；废旧轮胎橡胶沥青实现固废资源化利用。新型材料的环保价值十分突出。
 
经济效益方面，有研究表明高性能混凝土强度提高18%，改性沥青路面车辙发展速率降低32%，预制构件技术缩短施工周期45%，全生命周期成本比传统方案节约15.4%。尽管部分新型材料的初始成本较高，但从全生命周期考量具有明显的经济优势。
 
 6 结论
 
（1）透水混凝土是海绵城市建设的关键材料，通过优化水胶比（0.25～0.34）和骨料级配（1∶2为优），28 d抗压强度可达30.8 MPa、透水系数3.05 mm/s，兼顾了承载与透水双重功能。
 
（2）OGFC排水沥青路面空隙率18%～25%，兼具排水、抗滑与降噪功能。在水平排水方向渗透系数随水力梯度增加显著提升，适用于多雨城市道路与居民区路段。
 
（3）橡胶改性沥青路面相较于传统路面可降低噪声1～3 dB，橡胶粉掺入改善了沥青的低温变形性能和高温黏度性能，实现了固废资源化与交通降噪的协同。
 
（4）温拌再生沥青混合料可将施工温度降低30～40 ℃。加入新型温拌剂后最大弯拉应变值提高12.03%、抗弯拉强度值提高5.76%，兼顾了旧料再生与低碳施工。
 
（5）建筑垃圾再生骨料稳定层90 d无侧限抗压强度为6.12～10.17 MPa；钢渣沥青路面建设期碳排放较常规降低18.21%。固废基材料在道路工程中的应用兼具力学可行性与显著环保效益。
 
 
 参考文献
 
[1] 道路透水混凝土性能试验研究[J]. 工程技术研究, 2025(21).
 
[2] 城市道路排水性沥青混合料OGFC应用研究[D]. 长安大学.
 
[3] 废旧轮胎橡胶改性沥青路面施工关键技术及降噪效果研究[J]. 交通世界, 2025(35).
 
[4] 基于新型温拌剂的就地温拌再生沥青混合料路用性能研究[J]. 工程质量, 2025, 43(12): 54-61.