面向未来低碳道路养护的超薄罩面功能性研究综述

工程（英文） ›› 2024, Vol. 32 ›› Issue (1) : 90 -108. DOI: 10.1016/j.eng.2023.03.020

研究论文

郭猛 ^a^,^b ,
张瑞 ^a^,^b ,
杜修力 ^a^,^b ,
刘鹏飞 ^c

作者信息 +

A State-of-the-Art Review on the Functionality of Ultra-Thin Overlays Towards a Future Low Carbon Road Maintenance

Meng Guo ^a^,^b^,^* ,
Rui Zhang ^a^,^b ,
Xiuli Du ^a^,^b ,
Pengfei Liu ^c ,

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Received	Accepted	Published
2022-11-08	2023-03-21
Issue Date
2024-06-12

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摘要

截至2021年，中国公路养护总里程达到525万公里。超薄罩面作为最常用的路面养护技术之一，可以显著提高路面的经济效益和环境效益。为了促进超薄罩面的低碳发展，本文主要研究了超薄罩面几种功能性的作用机理及影响因素。首先，对超薄罩面的抗滑性能、降噪性能、抗车辙性能和抗裂性能进行了评价。结果表明，优质集料可使超薄罩面的抗滑和抗车辙性能提高5%~20%。优化后的级配及改性胶结料可将超薄罩面的噪声降低0.4~6.0 dB。高黏度改性胶结料可使超薄罩面混合料的抗车辙性能提高10%~130%。玄武岩纤维可使超薄罩面的抗裂性提升20%以上。由于超薄罩面具有更薄的厚度及更好的道路性能，其基于性能的工程成本与传统罩面相比，可降低30%~40%。另外，研究了超薄罩面的几种环保功能，包括融雪除冰、废气降解和路面降温。由于超薄罩面的厚度较薄，有利于氯化物融雪材料向路表的扩散。因此，自融雪超薄罩面的融雪效果较好。此外，含有光催化材料的超薄罩面混合料可以分解20%~50%的尾气污染物。彩色超薄罩面最高能够将路面温度降低8.1 ℃。而含有热阻材料的超薄罩面的上下表面温差最高可达12.8 ℃。此外，本文总结了功能型超薄罩面在全世界的一些典型工程应用。本综述有助于研究人员更好地理解超薄罩面的功能性，同时可促进未来多功能低碳道路养护的实现。

Abstract

Highway maintenance mileage reached 5.25 million kilometers in China by 2021. Ultra-thin overlay is one of the most commonly used maintenance technologies, which can significantly enhance the economic and environmental benefits of pavements. To promote the low-carbon development of ultra-thin overlays, this paper mainly studied the mechanism and influencing factors of several ultra-thin overlay functions. Firstly, the skid resistance, noise reduction, rutting resistance, and crack resistance of ultra-thin overlays were evaluated. The results indicated that the high-quality aggregates improved the skid and rutting resistance of ultra-thin overlay by 5%-20%. The optimized gradations and modified binders reduced noise of ultra-thin overlay by 0.4-6.0 dB. The high viscosity modified binders improved the rutting resistance of ultra-thin overlay by about 10%-130%. Basalt fiber improved the cracking resistance of ultra-thin overlay by more than 20%. Due to the thinner thickness and better road performance, the performance-based engineering cost of ultra-thin overlay was reduced by about 30%-40% compared with conventional overlays. Secondly, several environmentally friendly functions of ultra-thin overlay were investigated, including snow melting and deicing, exhaust gas purification and pavement cooling. The lower thickness of ultra-thin overlay was conducive to the diffusion of chloride-based materials to the pavement surface. Therefore, the snow melting effect of self-ice-melting was better. In addition, the ultra-thin overlay mixture containing photocatalytic materials could decompose 20%-50% of the exhaust gas. The colored ultra-thin overlay was able to reduce the temperature of the pavement by up to 8.1 °C. The temperature difference between the upper and lower surfaces of the ultra-thin overlay containing thermal resistance materials could reach up to 12.8 °C. In addition, numerous typical global engineering applications of functional ultra-thin overlay were summarized. This review can help better understand the functionality of ultra-thin overlays and promote the realization of future multi-functional and low-carbon road maintenance.

关键词

道路养护 / 超薄罩面 / 融雪除冰 / 尾气降解 / 路面降温 / 低碳

Key words

Road maintenance / Ultra-thin overlay / Snow melting and deicing / Exhaust gas purification / Pavement cooling / Low-carbon

Highlight

● Ultra-thin overlay has various eco-friendly functions and reduced cost by 30–40%.

● High-quality aggregates improved the skid resistance by 20%.

● Optimized gradation reduced the noise by 6.0 dB.

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郭猛,张瑞,杜修力,刘鹏飞. 面向未来低碳道路养护的超薄罩面功能性研究综述[J]. 工程（英文）, 2024, 32(1): 90-108 DOI:10.1016/j.eng.2023.03.020

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1 引言

目前，许多国家都有庞大的公路网，路面养护工作变得越来越重要。截至2021年年末，我国公路养护里程达到525万公里，占公路总里程的99.4%。全年公路养护费用达2.4万亿元，占国内生产总值的2.7%。路面养护已成为近年来公路建设的重中之重[1]。而预防性养护技术可以增强路面的功能性，降低路面的养护成本，具有较好的经济效益和环境效益[2]。路面养护措施通常包括雾封层、稀浆封层、纤维碎石封层、微表处、薄层罩面和超薄罩面[3‒10]。而与其他路面养护技术相比，超薄罩面的功能性更加全面[11]。因此，超薄罩面通常被用来提高路面的整体性能（包括防滑、降噪、抗车辙、抗裂等）[12‒13]。作为一种罩面，它既可用于旧路面的养护，也可用于新路面的施工[14]。此外，超薄罩面还具有环保的功能，如路面降温和尾气降解等[15‒16]。因此，可以用于环境友好型路面的施工。因为具有显著的功能特性，包括较低的能耗、环境污染、交通干扰和较高的成本效益，超薄罩面成为最常用的路面养护技术之一[17]。此外，超薄罩面也是农村公路低碳升级的有效养护技术。通过对传统路面层与超薄罩面分别进行生命周期成本分析[18]，结果显示，与传统表面层相比，超薄罩面在高车流量和低车流量条件下的应用成本均更低。在30年的总分析期内，结果清楚地表明了超薄罩面在降低初始成本、最大限度地减少交通延误和更好地处理繁忙交通方面的优势[19]。因此，超薄罩面技术的研究和进一步发展将有助于各国政府实现碳达峰和碳中和的目标，从而为全球气候治理做出巨大贡献。

超薄罩面技术起源于法国，最初主要用于提高路面平整度和增加抗滑性能[20]。此后，美国和欧洲的研究人员对超薄罩面技术进行了全面的研究，使超薄罩面在近几十年中得到了快速发展[21]。超薄罩面的定义因国家和机构而异。在中国，压实厚度在(20 ± 5) mm的沥青混合料面层被称为超薄罩面[11,22‒24]。法国和其他几个欧洲国家的超薄罩面厚度通常为15~20 mm [11,25]。在美国的一些州（得克萨斯州、密歇根州、纽约州等），超薄罩面厚度通常小于1 in（1 in = 0.0254 m；通常为3/4 in，约19 mm）[13,26]。这种罩面的厚度不及传统磨耗层的一半，因此可以快速恢复路面功能，减少材料和能源消耗[22]。实践证明，超薄罩面可以有效提高路面的抗滑性和抗车辙性能[23,27‒28]。此外，它们还可以提高路面的抗裂性和降噪性能[29‒30]。尽管超薄罩面具有较好的道路功能，但目前仍存在一些限制其应用的技术缺陷。Cedric等[31]的研究表明，一些超薄罩面由于其较低的厚度和较高的孔隙率而容易产生拥包和松散病害。Gardziejczyk [32]发现，半开级配和开级配超薄罩面的表面孔隙很容易发生堵塞，这会导致其降噪和排水性能的快速衰减。学者试图通过改善超薄罩面的材料特性和级配设计来克服上述限制。研究表明，使用高性能材料可以显著改善超薄罩面的功能特性[28,33]。此外，由于骨架结构的稳定性，优化的级配设计有利于提高超薄罩面沥青混合料的耐久性[22,34]。

除了基本的道路功能外，研究人员还在超薄罩面混合料中添加了一些功能材料，使得超薄罩面展现出环保功能，如融雪除冰、尾气降解和路面降温[14,35‒36]。研究表明，增加功能材料的用量可以增强超薄罩面的环保功能[37]。然而，功能材料的添加可能会对超薄罩面的基本道路性能产生不利影响[35]。因此，应严格控制功能材料的性质及用量。超薄罩面技术的研究和发展将有助于中国政府实现碳达峰和碳中和的目标，从而为全球气候治理做出巨大贡献。

基于目前超薄罩面技术的研究成果，本文系统介绍了超薄罩面的功能机理及主要功能的影响因素。然后总结了超薄罩面在全球工程中的几个典型应用。本文最后也指出了超薄罩面在路面工程中的未来研究方向。本文总体研究内容如图1所示。

2 超薄罩面的抗滑功能

抗滑性是路面的必要功能之一。无论是旧路面养护还是新路面施工，超薄罩面的设计始终要确保其抗滑性[20]。超薄罩面比传统的混合料面层厚度更薄，因此需要对其混合料进行专门设计。目前，研究人员主要从级配、集料和胶结料三个方面研究超薄罩面的防滑功能，如图2所示。以下介绍了这些因素对超薄罩面抗滑性的作用机理及影响，并讨论了限制超薄罩面应用的一些关键问题。

2.1 级配对超薄罩面抗滑性能的影响

级配是影响超薄罩面抗滑性能的主要因素之一。为了确定超薄罩面抗滑性能的最佳级配，Hajj等[38]使用动态摩擦系数测试仪（DFT）和三轮磨光装置（TWPD）比较了六种不同级配的超薄罩面混合料的抗滑功能。结果表明，粗集料较多的混合料具有较好的抗滑性能。这类混合料粗糙的表面轮廓提供了较高的宏观纹理深度，有效地增强了车辆轮胎的抓地力，并在路面抗滑方面发挥了重要作用[39]。

另一项关于多孔超薄沥青罩面（PUAO）的研究也证明了这一结果[40]。本研究采用三分之一比例的小型移动载荷仿真器（MMLS3），通过加速磨耗试验，研究了PUAO的抗滑性。结果表明，与密级配超薄沥青罩面（DUAO）相比，PUAO混合料的平均纹理深度（MTD）要高出0.6~1.1 mm，说明PUAO具有更好的抗滑性能。600 000次磨光循环之后，DUAO的摩擦数（FN；F60）低于PUAO。此外，根据对空隙率在16%至24%之间的PUAO的防滑性能的研究发现，在一定范围内，PUAO的抗滑性能随着空隙率的增加而逐渐提高。这是因为更多的空隙丰富了混合料的宏观结构。然而，混合料的空隙率对其抗滑性能的积极影响存在一个临界值（约20%）。更具体地说，当空隙达到临界值时，继续增加空隙率并不能进一步提高超薄罩面的抗滑性。

除了增加空隙率外，研究人员还试图改进混合料级配的设计方法，以优化超薄罩面混合料的粗集料骨架，从而提高超薄罩面的抗滑功能。Son等[41]开发了最大公称粒径为4.75 mm的沥青玛碲脂碎石混合料（SMA）超薄罩面。该混合料的级配设计采用了贝利法。摩擦试验结果表明，4.75 SMA的FN略高于最大公称粒径为12.5 mm的SMA（12.5 SMA）。尽管纹理深度要小0.7~1.0 mm，但4.75 SMA的沥青饱和度（VFA）比12.5 SMA低约2%，这导致沥青膜变薄，从而减少了沥青对罩面层抗滑功能的不利影响。此外，4.75 SMA在级配设计中需对集料进行额外筛分，这增加了制备成本。然而，最小显著差异试验的结果表明，与传统罩面层相比，这种类型的级配设计提高了超薄罩面的功能性（如抗滑性）。因此，综合考虑沥青混合料罩面的性能和成本，4.75 SMA超薄罩面的应用成本比12.5 SMA罩面低30%~40%。

Yu等[22]提出了一种新型的高韧性超薄磨耗层（HUFC）。其级配设计基于改进的粗集料空隙填充法（CAVF）。该混合料的摩擦系数和构造深度分别集中在60~80摆值（BPN）及0.9~1.1 mm。此外，厚度仅为1.0~1.5 cm的HUFC混合料表现出与传统罩面相似的抗滑性。基于压力膜和激光扫描的结果表明，HUFC的级配设计使得粗集料之间能够充分接触，形成稳定的骨架结构。这抑制了轮胎载荷下骨料的空间旋转。此外，含较多细粒砾石的级配结构分散了混合料表面的应力集中，从而减少了混合料表面的磨损。

2.2 集料对超薄罩面抗滑性能的影响

集料是沥青混合料中车辆轮胎的主要接触介质[42]。超薄罩面的抗滑功能与集料性能密切相关。

Beyene等[43]发现酸不溶物含量（按石料总质量计约5%）较低的石灰石是超薄黏结磨耗层（UTBWC）的不良选择。这种石灰石的莫式硬度值为3，比长石和石英低50%。通过骨料磨光设备对含有这种石灰石骨料的UTBWC试样进行磨光，观察到UTBWC的摩擦系数在磨光100 000次后小于0.25，而对照试样的摩擦系数为0.3或更大。因此为了提高抗滑性，建议使用酸不溶物较高的集料。

此外，Deng等[44]使用金刚砂作为骨料开发了聚氨酯超薄磨耗层（PUTWC）。采用MTD和BPN评价骨料尺寸和类型对混合料抗滑功能的影响。研究发现，含2~3 mm金刚砂的PUTWC的BPN值比含1~3 mm的高出约6，而含2~3 mm金刚砂的PUTWC的MTD值分别比含1~3 mm和含1~2 mm的高出约0.2和0.4。这是因为具有较大颗粒尺寸的金刚砂具备多棱角、近似立方体的形状，这优化了超薄罩面混合料的表面结构。此外，在PUTWC中添加了陶瓷后发现，金刚砂PUTWC的抗滑性能超过陶瓷PUTWC。这是由于2~3 mm金刚砂表面粗糙，提高了混合料摩擦系数。相反地，由于表面光滑，陶瓷的摩擦系数降低，导致混合料抗滑性能较差。此外，还使用分子动力学（MD）模拟方法计算了骨料（金刚砂或陶瓷）与聚氨酯（PU）黏合剂之间的界面相互作用。相对浓度分布表明，金刚砂与PU之间存在较强的相互作用。这进一步表明，金刚砂超薄罩面比陶瓷超薄罩面具有更好的耐磨性和抗滑性。

Liapis和Likoydis [45]使用电弧炉（EAF）炉渣作为骨料来制备薄层罩面混合料。结果表明，电弧炉渣和安山岩的磨光值（PSV）分别为64和56。电弧炉渣罩面层在通车后的平均抗滑值为55.3，比天然安山岩罩面层高出约5%。经过30及41个月的道路通行后，EAF炉渣罩面层的宏观结构深度约为安山岩骨料罩面层的1.3倍。以电弧炉渣为唯一集料组分的超薄罩面的抗滑性能大大提高。这证明了工业废渣在增强超薄罩面功能方面的应用前景。

2.3 胶结料对超薄罩面抗滑性能的影响

研究表明，超薄罩面抗滑性能与混合料的压实效果有关，胶结料被认为是影响混合料压实效果的重要因素。为了延缓路面的抗滑衰减，学者采用了多种类型的胶结料来增强超薄罩面的压实度。

先前的研究采用了一种改性超薄磨耗层混合料（M-UWM），该混合料使用了以多链聚烯烃改性剂改性的沥青。结果表明，与未改性的超薄磨耗层混合料（UWM）相比，M-UWM具有更大的构造深度。经车轮加载实验后，M-UWM的纹理深度降低比例比UWM低约15%。此外，现场纹理深度测试显示了M-UWM在道路运营过程中具有良好的长期防滑功能[28]。

此外，Guan等[46]设计了聚烯烃及苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS）改性沥青（PSA）混合料。聚烯烃添加剂的分子量为10 000~15 000 g·mol^-1，熔点为90~140 ℃。聚烯烃占沥青混合料的质量比为0.35%。结果表明PSA混合料具有良好的抗滑耐久性。这是因为聚烯烃在135 ℃时没有增加沥青的黏度，但在60 ℃时却显著增加了沥青的黏度。因此，PSA能够提高混合料的压实度，并增强其应用过程中的抗剥离能力，从而提高混合料的防滑功能。

Ding等[24]研究了易压实、高耐久性（ECHD）超薄罩面混合料的防滑功能。改性剂和SBS改性沥青是ECHD改性沥青的主要成分。基于改进的铺砂法和摆式磨擦系数测定仪，研究发现在10 000次磨光后，基质沥青混合料、SBS改性沥青混合料和ECHD超薄罩面沥青混合料的纹理深度分别下降了31%、29%和25%，摆值分别下降了20%、18%和16%。研究表明ECHD改性剂提高了混合料的压实度，从而提高了混合料的抗滑耐久性。

Hong等[47]研发了一种PU/超薄磨耗层（UFC）混合料。该混合料使用PU作为黏合剂。结果表明：PU/UFC混合料的平均构造深度（MPD）值是沥青混合料的1.05倍左右。模拟磨光300 min后，PU/UFC混合料的构造深度衰减率低于对照组的普通沥青混合料。这归因于PU黏合剂优异的耐磨性和黏性[48]。未来，更多其他类型的高性能黏合剂可被用来增强超薄罩面的防滑功能。

2.4 总结分析

表1 [22,24,28,38,40‒41,43‒47]对影响超薄罩面抗滑功能的因素进行了总结和分析。目前对抗滑型超薄罩面级配设计的研究主要集中在增加纹理深度和优化骨架结构上。然而，这两种方法分别存在具有临界值和成本增加的问题。与增加空隙率相比，采用改进的级配设计方法对混合料的骨架结构进行优化具有更广阔的研究前景。酸不溶物含量较低的石灰石的莫氏硬度不足，导致在磨光过程中混合料摩擦系数的急剧下降和超薄罩面的抗滑性的降低。由于表面粗糙，与陶瓷相比，金刚砂可以更好地提高超薄罩面的抗滑功能。与1~2 mm和1~3 mm的金刚砂相比，2~3 mm的金刚砂可以更好地优化超薄罩面的纹理结构，从而提高混合料初始抗滑性。此外，由于EAF炉渣具有比安山岩骨料更高的PSV，因此在30~41个月的交通运营后，含EAF炉渣的罩面混合料的平均SRV比含安山岩的罩面层高了约5%。60 ℃黏度较高且135 ℃黏度较低的改性沥青胶结料可以确保胶结料的黏结功能和混合料的压实效果。这会增强混合料的初始抗滑功能，并减少在交通荷载下的路面层的后期抗滑衰减。但这些高性能骨料和胶结料可能会增加超薄罩面的材料成本。而使用工业废渣作为超薄罩面的抗滑骨料，不仅能确保抗滑性能，还解决了材料成本问题[49]。上述研究有助于为超薄罩面混合料选择更优质、更环保的抗滑骨料。

3 超薄罩面的降噪功能

交通噪声是环境噪声污染的重要来源。随着交通行业的发展，交通噪声污染日益严重，路面降噪技术因此成为了目前的热点话题。轮胎对路面的噪声主要归因于轮胎振动和轮胎泵吸效应[50]。为了提高降噪功能，研究人员从级配和材料两个方面研究了超薄罩面降噪的效果和机理。

3.1 级配对超薄罩面降噪功能的影响

许多研究分析了具有不同级配的超薄罩面混合料的降噪性能。

Hong等[47]通过阻抗管法评估了PU/沥青混凝土（AC）和PU/开级配抗滑磨耗层（OGFC）超薄罩面的降噪性能。根据测量的入射声能和反射声能计算了混合料的吸声系数。结果表明，PU/AC在1270 Hz左右的吸声系数最大，为43%。然而，PU/OGFC在1425 Hz时表现出8%的最大吸声系数。此外，与PU/AC相比，PU/OGFC样品在更宽的频率范围内表现出更高的吸声系数，这意味着其具有更好的降噪性能。这是由于OGFC混合料具有丰富的孔隙结构，可以大大降低路面和轮胎之间的泵吸效果。此外，噪声可以在混合料孔隙内部传播，这也消耗了部分噪声能量，从而降低了噪声源的强度，有效地控制了轮胎对路面的噪声[51]。超薄罩面的泵吸效果和降噪机制如图3所示[50]。

基于统计传递（statistical pass-by, SPB）方法，Gardziejczyk [32]研究了超薄沥青混凝土（VTAC）和SMA的噪声水平。其中，VTAC 8的空隙率为12%~15%。结果表明，与密级配混合料相比，VTAC由于空隙含量较高，最大声级降低了约6 dB。然而，VTAC 8在1000 Hz频率下的最大声级在三年后增加了约10 dB。这可能是由于使用沙子清除多孔路面上的黑冰导致了路表孔隙堵塞。因此，为了增强多孔超薄罩面的降噪功能，应特别注意冬季的道路维护方式。Cedric等[31]基于SPB和近距法（CPX）评估了空隙率为11%~25%的薄层降噪沥青层（TAL）的声学性能。结果表明高空隙率的混合料表现出最大的初始降噪量[高达6 dB(A)；A为计权分贝]。然而，根据SPB和CPX测量结果，TAL的噪声在2.5~3年内分别每月增加了0.02~0.14 dB(A)和0.05~0.20 dB(A)。这种噪声的增加与混合料松散有关。此外，具有高空隙率的TAL表现出更高的易松散性，因此该类型混合料难以同时实现优异的耐久性和降噪性能。

这一结论与Vaitkus等[52]的结论一致。Vaitkus等优化了最常见的传统AC混合料，设计了两种类型的立陶宛SMA混合料。由于具有较高的吸声性和较高的MTD，与密级配混合料AC相比，具有改进级配的两种超薄罩面混合料表现出更好的降噪性能。然而，在冻融循环后，NMAS为8 mm的混合料的质量损失约为NMAS为5 mm的混合料的两倍，表明较高的空隙含量可能会降低混合料的耐久性。因此，在易发生冻融循环的地区，建议使用空隙率为5%~8%的低噪声路面。

然而，较大的空隙率不一定会产生更好的降噪效果。Jiang等[40]评估了PUAO混合料的降噪效果。当空隙率从15.8%增加到24.4%时，PUAO混合料的吸声系数的峰值也随之增加，但与峰值相对应的吸声频率从400 Hz移动到1250 Hz。因此，当设计混合料的空隙率时，必须综合考虑混合料的吸声系数和频率特性，以实现更好的降噪功能。

HUFC超薄罩面具有良好的降噪性能。HUFC混合料的骨架由粒径较小的骨料组成，形成了更丰富的路面纹理结构，从而可以对噪声声波进行多次反射及干扰。与AC-13和SMA-13相比，HUFC-8的噪声分别降低了5.9 dB和4.3 dB [22]。这表明，超薄罩面可以通过级配设计优化混合料的表面纹理来实现降噪功能。

3.2 添加剂对超薄罩面降噪功能的影响

除了级配优化外，几种类型的添加剂也被用来提高超薄罩面的降噪功能（表2 [33,53‒54]）。研究表明，高黏度改性沥青和橡胶颗粒都是良好的阻尼材料。这些材料可以储存汽车轮胎产生的一部分振动能量，另一部分能量通过阻尼材料的相对位移和内摩擦过程以热量的形式耗散[55]。此外，一些降噪超薄罩面，如反应型活性橡胶改性断级配沥青混合料（RAR-ThinGap）[53]、沥青橡胶超薄罩面（ARUTL）[33]和超薄AC沥青混合料（UFAC）[54]，均为高阻尼的聚合物复合材料。因此，可以利用阻尼材料内部的黏度机制，有效减少轮胎的冲击和振动，从而降低轮胎对路面的噪声[56]。目前关于降噪超薄罩面的研究主要集中在环保材料（橡胶）和高黏度改性剂方面。而在未来，可以提高路面降噪性能的其他道路材料也将成为路面研究的主题。

3.3 总结分析

混合料级配的变化会导致微观孔隙特征（如孔隙的数量和大小）的变化，进而影响混合料的峰值吸声系数和吸声频率。因此有必要对超薄罩面混合料的级配进行优化，并基于路面噪声的主要频率范围设计合适的空隙率。多孔超薄罩面一般是道路降噪的较好选择。PU/OGFC超薄罩面的最大吸声系数是PU/AC超薄罩面的两倍。与密级配混合料相比，空隙率为12%~15%的VTAC最大声级降低约6.0 dB。但道路所处位置不利、养护方法不当或冬季系统清理不到位等都会导致降噪型超薄罩面的孔隙堵塞。这可能使路面最大声级提高0.7~10.0 dB。此外，高空隙率会导致超薄罩面的耐久性变差，混合料的质量损失将成倍增加。而专门的级配设计形成的较大的宏观构造深度可以保证混合料的降噪功能。因此，未来的研究重点应放在具有优化的表面纹理和低空隙含量的降噪超薄罩面上。此外，橡胶添加剂可使超薄罩面的噪声降低0.4~5.0 dB。然而，橡胶的加入也对超薄罩面的基本路用功能产生了一些不利影响。因此，需要严格控制橡胶的用量。表3 [22,31‒33,47,52,54]详细介绍了影响超薄罩面降噪功能的因素。

4 超薄罩面的抗车辙功能

沥青路面通车后，在高温条件或长期反复的车辆荷载作用下可能会产生车辙病害[57]。虽然超薄罩面通常被用作磨耗层，但其应具有一定的抗车辙能力。考虑超薄罩面层厚度较薄，研究者一般侧重于通过优化级配和使用高性能材料来提高其抗车辙性能。

4.1 级配对超薄罩面抗车辙功能的影响

研究表明，级配类型对超薄罩面的抗车辙性能有很大影响。Hajj等[38]对比了六种不同级配的超薄罩面的抗车辙性能。汉堡车辙试验（HWTD）结果表明，细粒式级配的混合料在试验开始时就立即发生了剥落和车辙，而粗粒式级配的混合料经过了10 000次左右的车辙循环后才开始出现剥落现象。在15 000次车辙循环之前，粗粒式级配混合料的车辙深度均小于12.5 mm [38]。这归因于路面压实后粗粒式级配的超薄罩面沥青混合料内部集料形成的紧密嵌锁结构，使得混合料内部的内摩擦角增大[58]。因此，粗粒式级配混合料的抗车辙性能一般比细粒式级配混合料要好得多。

然而，通过级配优化，细粒式级配的混合料也能表现出良好的高温稳定性。Son等[41]采用基于贝雷法的级配设计，对4.75 SMA的抗车辙功能进行了评价。车辙试验结果表明，在经过50 ℃的20 000次车辙试验后，4.75 SMA的车辙深度仅比12.5 SMA的车辙深度深0.2 mm。因此，虽然NMAS较小，但与较粗级配的混合料相比，4.75 SMA的抗车辙性能并没有表现出明显的差异。这是因为优化后的级配保证了混合料合适的骨架结构，从而保证了较薄罩面层的密实性。

Cui等[34]采用基于CAVF法的级配设计对超薄磨耗层（UTWC）-10的抗车辙性能进行了评价。车辙试验结果表明，UTWC-10的动稳定度值比OGFC-7高77.2%，比NovaChip-B高36.9%，表明UTWC-10具有更好的高温稳定性。这归因于这种级配设计方法对超薄罩面混合料的石料骨架的强化，使得混合料的稳定性增强。这也为超薄罩面的级配设计方法提供了新的思路。

除了优化级配设计方法外，Jiang等[40]发现空隙率的增加对混合料的抗车辙功能有不利影响。当空隙率从15.8%增加到24.4%时，PUAO的动稳定度值下降了约60%。当空隙率超过20%时，动稳定度呈快速下降趋势。因此，为保证超薄罩面的抗车辙功能，混合料的空隙率应小于20%。此外，由于超薄罩面厚度较小，底层结构也会影响其性能。前期工作表明，以PUAO为上层、AC为下层的双层试样表现出比PUAO试样更好的抗车辙性能。

4.2 高性能材料对超薄罩面抗车辙功能的影响

除了优化级配外，使用高性能材料也可以增强超薄罩面的抗车辙功能[49]。

超薄罩面通常采用高性能改性沥青（表4 [59‒61]）。在SBS改性沥青的基础上，Wang等[59]用SBS/乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物（PTW）高黏度改性沥青制备了一种超薄罩面。采用增韧剂PTW和纳米ZnO作为改性剂。车辙试验结果表明，以SBS/PTW改性沥青为胶结料的混合料动稳定度值达到10 227 次·mm^-1，约为SBS改性沥青混合料的1.3倍。这可以解释为增韧剂和纳米材料能够改善聚合物在沥青中的分散性，从而提高沥青的高温性能[62‒63]。

Zhao等[62]使用SBS/改性碳纤维（MCF）改性沥青作为超薄罩面混合料的胶结料，并通过车辙试验研究了其高温稳定性。结果表明，与含5.0% SBS改性沥青的混合料相比，含5.0% SBS + 0.8% MCF及6.0% SBS + 0.8% MCF改性沥青混合料的动稳定度值分别提高了约10%和20%，说明增加MCF和SBS的掺量可以有效增强超薄罩面混合料的稳定性。这是由于SBS和MCF增加了沥青的黏度和韧性。6.0% SBS + 0.8% MCF的改性沥青适用于超薄罩面。

在SBS/MCF改性沥青的基础上，Zhao等[63]将丁苯橡胶（SBR）作为改性剂，制备了SBS/MCF/SBR改性沥青。结果表明，添加了0.8%的MCF和2.0%的SBR后，超薄罩面混合料的动稳定度提高了约130%。由于优异的高温性能，0.8% MCF + 5.0% SBS + 2.0% SBR复合改性沥青大大提高了超薄罩面的抗车辙功能。

此外，超薄罩面的抗车辙功能还与集料性质有关。Rahman等[64]通过HWTD试验研究了4.75 mm超薄罩面的抗车辙性能。本研究使用的骨料来自US-160和K-25（美国堪萨斯州的两个项目）。结果表明，上述混合料的车辙性能具有集料类型、来源的特异性。与US-160混合料相比，大部分K-25混合料较难出现车辙，K-25集料来源的花岗岩集料组成的骨架结构使混合料的车辙次数增加了约2000次。研究发现，这些花岗岩骨料通常呈立方体形状，具有许多接触点和线。因此，更容易形成稳定的咬合结构，在重复应力作用下更难滑动和改变切面[65]。

几种工业固体废物也已被用于增强超薄罩面混合料的抗车辙功能。Wan等[66]使用钢渣代替透水沥青混凝土（PAC）的所有骨料，并通过车辙试验研究了其高温车辙性能。结果表明以钢渣为骨料的PAC-5混合料的动稳定性比对照组普通骨料混合料高20%。此外，钢渣的机械强度更高，可以在沥青混合料中形成坚固的骨架结构。沥青与钢渣之间具有很强的黏结性，也提高了超薄罩面的高温稳定性。

4.3 总结分析

粗粒式超薄罩面沥青混合料一般比细粒式混合料表现出更好的高温稳定性。但通过优化级配设计，细粒式超薄罩面混合料也能具有良好的抗车辙性能。此外，混合料的空隙率与动稳定度之间存在线性负相关的关系。因此，在级配设计时，应对超薄罩面混合料的空隙率进行控制。为了提高超薄罩面混合料的抗车辙性能，未来可采用更加优化的混合料级配设计方法。

一些高性能改性沥青，如橡胶改性沥青、高黏度改性沥青等，由于具有良好的抗变形能力，能够增强超薄罩面的抗车辙功能。此外，超薄罩面的抗车辙性能具有集料类型及来源特异性。高性能集料，如花岗岩集料，可以提高混合料抗车辙能力。利用工业固体废弃物作为骨料也可以增强超薄罩面的抗车辙功能，这为低成本环保型超薄罩面的设计提供了思路。未来可采用更多的高性能胶结料及集料替代物来增强超薄罩面的抗车辙功能。

超薄罩面抗车辙功能的影响因素分析见表5 [33‒34,40‒41,54,59,62‒64,66]。

5 超薄罩面的抗裂功能

由于温、湿度变化和车辆荷载等因素，沥青路面可能会出现裂缝[67]。然而，由于罩面的厚度较薄，更容易产生裂缝。这可能导致罩面的早期破坏，缩短罩面的使用寿命。为提高超薄罩面的抗裂性能，混合料的级配和组成材料对抗裂性能的影响一直是近期众多研究的重点。

5.1 级配对超薄罩面抗裂功能的影响

级配对超薄罩面的抗裂性能有较大的影响。Garcia-Gil等[68]通过Fénix试验对比了7种不同级配的薄层罩面混合料的抗裂性能。结果表明，NMAS和细粒集料含量会影响混合料的抗裂性能。细集料含量较低、NMAS较小的混合料韧性进一步提高。结果表明，与NMAS相比，细粒含量对罩面混合料的延度影响更大。因此，在进行薄层罩面设计时，应特别注意降低细集料含量，以提高抗裂性能。

为了节约集料和沥青，Budiarto等[69]设计了厚度为12~15 mm的超薄面层热拌沥青混合料（UTSHMA），并对其抗裂性能进行了评价。间接拉伸强度（ITS）试验结果表明，UTSHMA的ITS值比普通沥青混凝土磨耗层（AC-WC）大118 kPa。这是因为粗粒式级配的UTSHMA具有更高的最佳沥青用量，使混合料具有更高的弹性，从而提高了抗裂性能。

超薄罩面沥青混合料的级配除了影响混合料的最佳沥青用量外，还可以通过改变黏层油的喷洒量来影响抗裂性能。通常，在铺筑超薄罩面之前，需要喷洒黏层油，以确保超薄罩面与下层路面之间的牢固黏结[70]。Ahmed等[29]通过断裂实验测量了现场芯样的断裂能。结果表明，随着黏层油用量的增加，间断级配薄层罩面（TBO）混合料表现出更好的抗裂性能。而密级配混合料存在黏层油用量的界限值，超过界限后其抗裂性能降低。间断级配混合料的最佳黏层油用量为0.90 L·m^-2，而密级配混合料的最佳黏层油用量仅为0.67 L·m^-2。这表明，TBO混合料的不同级配类型具有不同的最佳黏层油用量，从而改变了混合料的抗裂性能。然而，研究中使用的试件样品仅来自于七个实验场地。未来，为进一步扩大研究范围，应研究更多具有不同级配类型的超薄罩面。

5.2 高性能材料对超薄罩面抗裂功能的影响

目前，聚合物改性沥青（PMA）由于具有较高的性能而常被用于超薄罩面[71]。Garcia-Gil等[68]研究了不同温度下两种沥青对超薄罩面抗裂性能的影响。Fénix试验结果表明，与聚合物改性沥青（PMB）45/80‒65沥青相比，常规B35/50沥青在整个试验温度范围内提高了混合料的刚度。当试验温度为5 ℃时，B35/50沥青混合料的TSI值比PMB 45/80‒65沥青混合料的TSI值大600 kN·mm^-1左右。此外，由于胶结料具有较高的变形能力，PMB混合料表现出更好的延展性。因此，采用PMB 45/80-65制备的混合料具有较好的抗裂性能。然而，随着温度的降低，由于沥青胶结料的硬化过程，所有混合料之间的抗裂性差异减小。因此，未来的研究可以进一步开发具有更低温度敏感性的PMA。

一些学者尝试在混合料中添加高性能材料来提高超薄罩面的抗裂性能。Chen等[33]设计了一种反应活化橡胶（RAR）改性的间断级配超薄混合料RAR-ThinGap。RAR颗粒包括62%的细橡胶颗粒，22%的软质沥青胶结料和16%的填料。结果表明，由于RAR改性胶结料的高黏度，RAR-ThinGap的断裂能是对照样品的5倍以上。此外，RAR-ThinGap的裂后行为也得到了极大的改善。此外，由于橡胶良好的弹性，RAR混合料的疲劳寿命是传统混合料的50倍以上。这可为RAR在超薄罩面混合料抗裂性能中的作用提供更好的证明。

Mogawer等[72]研究了橡胶沥青（AR）对超薄罩面（ultra-thin lift overlay, ULO）的影响。采用湿法工艺将原始胶结料与废橡胶粉（GTR）共混制备了一种AR胶结料。采用AR或PMA改性胶结料制备的混合料表现出相似的低温抗裂性能。但与PMA沥青混合料相比，AR沥青混合料在混合料抗疲劳开裂性能和抗反射裂缝性能方面表现较差。此外，与AR颗粒较大的AR胶结料相比，AR颗粒较小的胶结料在反射裂缝试验中表现更好，在疲劳试验中表现更差。因此，为了提高超薄罩面的抗裂性能，需要控制GTR的尺寸，选择性能更高的改性材料。

除了橡胶外，Lou等[73]研究了玄武岩纤维（BF）含量和长度对UTWC抗裂性能的影响。结果表明，在UTWC混合料中添加0.2%的3 mm的BF，混合料的断裂能提高了21.0%，弯曲指数提高了54.2%。这是因为BF在混合料内部形成了三维网络，分散了混合料内部的部分应力，减少了集料的相对运动，从而限制了裂缝的发展。然而，含量过量及长度过长的BF对其在混合物中的分散有负面影响。因此，应根据超薄罩面混合料的类型选择合适的BF长度和掺量。

5.3 总结分析

综上所述，级配对超薄罩面混合料抗裂性能的影响主要体现在4个方面：细集料含量、NMAS、最佳沥青用量及黏层油用量。然而，这些结论仅限于特定级配的超薄罩面。未来应系统研究上述四个方面对其他级配超薄罩面抗裂性能的影响。此外，PMA胶结料的应用可以提高超薄罩面的抗裂性能。在超薄罩面混合料中还可以加入环保材料，如橡胶等。这些材料对混合料的影响有待进一步研究。纤维已被证明具有优异的抗裂性能，未来可在超薄罩面中使用更多种类的纤维。表6 [29,33,68‒69,72‒73]比较了高性能材料和级配对超薄罩面抗裂性能的影响。

6 超薄罩面的融雪除冰功能

6.1 超薄罩面的融雪除冰机理

为了减少冬季路面上的积雪，通常采用机械除雪、加研磨剂或加盐的方法除雪。然而，这些方法会对自然环境和交通基础设施产生不利影响[74]。目前，路面的环保型除冰雪技术通常包括自应力柔性技术、低冰点技术和能量转换技术[75‒77]。其中，低冰点技术和能量转换技术是自融雪超薄罩面的理想选择。

当冬季下雨或下雪时，自融雪超薄罩面中融雪剂的主要成分（大部分为氯盐材料）可释放出来，形成防冻液。防冻液在冰与路面表面之间形成隔离层，可以有效延缓路面上冰雪的形成[78]。此外，超薄罩面混合料的NMAS一般不超过10 mm，与传统罩面相比厚度较低。这使得其更有利于氯盐材料向路面表面的扩散。因此，超薄罩面的融雪效果优于常规加铺层[11]。图4 [79]为其融冰雪的机理示意图。

除了上述的低冰点技术外，近年来学者还利用能量转换技术来增强超薄罩面的融雪功能。Wan等[35]研究了钢纤维和钢渣对超薄磨耗层融雪功能的影响。研究表明，钢纤维增加了混合料的热扩散系数和导热系数，从而提高了磨耗层的感应加热效率。融冰试验表明，含3%钢纤维的混合料融冰速度是含1%钢纤维混合料的两倍以上。此外，由于钢渣在交变磁场中能够产生热量，抑制了其对热扩散率和导热系数的负面影响，从而缩短了融冰时间。然而，为保证超薄磨耗层的路用性能，混合料中钢纤维掺量不宜超过2%。此外，确定超薄磨耗层的最佳加热深度为20~28 mm。因此，建议磨耗层加铺厚度为20~25 mm。Li等[15]设计了一种导电超薄防滑磨耗层（CUAWC），并对其融雪性能进行了评价。导电功能层由环氧树脂胶、碳纤维和石墨组成。加入石墨、碳纤维等导电材料后，混合料的电阻显著降低，沥青路面具有了电-热转换能力。碳纤维和石墨在混合料中的质量的逾渗阈值分别为4%和25%。这些研究为融雪超薄罩面的发展提供了思路。

6.2 氯化物基自融雪超薄罩面的融雪除冰功能研究进展

冰雪与自融雪超薄罩面之间的防冻液的盐浓度影响路面的融雪除冰功能。通常采用溶液的导电性作为评价指标来表征溶液的盐浓度。因此，也可以通过溶液的导电性间接评价自融雪超薄罩面的融雪除冰性能[80]。Dou等[81]发现自融雪超薄罩面浸泡液的导电性随加盐量的增加而增加。当氯基材料掺量大于45%时，浸泡液的导电性改善效果更加明显。此外，含盐量为60%的混合料的浸泡液电导率约为0.59 μS·m^-1，比含盐量为45%的混合料的浸泡液电导率大43.9%。这说明含盐量对超薄罩面的融冰雪功能有很大的影响。

进一步的研究表明，当浸泡时间为240 min时，自融雪超薄罩面混合料在60 ℃下的电导率约为1.1 μS，比25 ℃下的电导率大0.7 μS。此外，对于分别加入3000 mL及4000 mL水浸泡的混合料样品，其浸泡液的电导率分别为0.4 μS和0.6 μS。另外，研究观察到自融雪超薄罩面混合料的孔隙率对其浸泡液电导率影响不大。最后，各影响因素与自融雪超薄罩面混合料浸泡液的电导率的灰色关联度排序为：含盐量>温度>加水量>孔隙率[82]。这进一步表明含盐量是影响超薄罩面融雪功能的最显著因素。

然而，盐化物的加入可能会对超薄罩面的基本路用性能产生不利影响。据研究，混合料的高温稳定性、水稳定性和抗裂性随着防冻型盐化物添加剂含量的增加而降低[83]。此外，防冻填料的粒径对沥青混合料的路用性能也有较大影响。具有较小颗粒的防冻填料的混合料通常表现出更好的抗车辙能力和水稳定性[80]。

综上所述，含盐量是影响超薄罩面融冰雪功能和基本路用性能的最显著因素。应根据实际应用情况对防冻添加剂的粒径进行选择。此外，当路面处于较低温度时，盐分的溶解速度明显减慢，超薄罩面混合料的融雪效果不明显。应采取其他有效措施清除冰雪，及时消除道路安全隐患[84‒85]。未来的研究可以进一步研究其他高效融雪剂在超薄罩面中的应用。

7 超薄罩面的尾气降解功能

7.1 超薄罩面的尾气降解机理

路面尾气降解技术主要是通过在路面上使用可重复使用的催化材料来减少环境中的有害气体[86]。目前，光催化技术被广泛应用于路面尾气降解。研究表明，TiO₂纳米颗粒由于具有优异的光催化活性、化学稳定性和可回收性，适合作为路面废气降解材料[87‒89]。在太阳光的作用下，路面表面的TiO₂纳米颗粒会使汽车尾气中的一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NO _x ）与氧气发生反应，生成对人体和环境无害的水（H₂O）、二氧化碳（CO₂）和硝酸盐[90]。图5显示了路面尾气降解的机理。

7.2 超薄罩面尾气降解功能的最新进展

目前，TiO₂在沥青混合料中的应用方式一般包括共混法和喷涂法[91‒92]。但由于常规罩面厚度较大，混合料中混入的TiO₂大部分被包裹，这极大地影响了TiO₂的光催化效果[11]。另外，较厚的罩面大大增加了TiO₂的消耗量。为了克服这一问题，Li [16]将光催化技术与超薄罩面技术相结合。在沥青混合料中掺入纳米TiO₂，制备厚度为15~25 mm的光催化超薄罩面。采用自行设计的尾气分解试验装置，研究了TiO₂对尾气污染物（CO、HC和NO）的降解效果。测试中，紫外灯的辐照度为25.0 W·m^-2。结果表明，在一定范围内，随着纳米TiO₂含量的增加，混合料对尾气污染物的降解效果增强。当纳米TiO₂含量为60%（矿粉质量比）时，90 min后NO、HC和CO的累积分解率分别约为50%、23%和28%。然而，TiO₂掺量较大的混合料抗车辙能力和水稳定性下降较为严重。因此推荐超薄罩面沥青混合料中纳米TiO₂的最佳掺量为矿粉掺量的60%。

Wang等[93]将纳米TiO₂添加到乳化沥青中制备了光催化涂层。通过自主研发的尾气降解试验装置，对涂覆光催化涂层的OGFC-10沥青混合料的尾气降解效果进行评价。设定紫外灯的辐照度为26.7 W·m^-2。当涂层中纳米TiO₂含量和喷涂量分别低于8%及333.3 g·m^-2时，废气累积降解率随纳米TiO₂含量和喷涂量的增加而增加。测试90 min后，NO、HC和CO的累积分解率的峰值分别为25%、40%和30%左右。而当纳米TiO₂含量和喷涂量超过这个范围时，由于单位面积上与尾气接触的纳米TiO₂粒子的有效数量有限，这种超薄罩面对尾气的降解效果没有显著提高。因此为保证路面的抗滑功能，纳米TiO₂喷涂量应限制在550 g·m^-2以下。此外，Wu等[94]发现纳米TiO₂添加量过多时易发生团聚，会降低超薄罩面的尾气降解效率。

综上所述，TiO₂在超薄罩面混合料中的应用方法主要有共混法和喷涂法。两种方法制备的光催化超薄罩面均能有效分解尾气中20%~50%的CO、HC、NO等污染物。通过增加纳米TiO₂的添加量和光催化涂层的喷涂量，可以提高光催化超薄罩面的尾气降解效果。然而，为了提高尾气分解效率，并保证光催化超薄罩面的路用性能，超薄罩面混合料中纳米TiO₂的掺量不宜超过矿粉掺量的60%。在不考虑工程损耗的情况下，最佳涂层喷涂量为333.3 g·m^-2。在未来的研究中，更多种类的尾气降解材料可尝试用于超薄罩面。此外，如何保证尾气降解材料在超薄罩面混合料中的长期性能的问题还有待进一步研究。

8 超薄罩面的路面降温功能

沥青材料对温度比较敏感，沥青路面在受到太阳光照射后会迅速升温，而高温则易引起路面病害[95]。此外，路面吸收的热量也会使城市环境温度升高，从而引起热岛效应[96]。为解决上述问题，众多学者提出了路面降温技术，通过特殊材料反射、阻隔或吸收热量，从而抑制路面温度的升高，减少路面病害[11]。目前，路面降温技术主要包括路面热反射技术[97]、相变调温技术[98]、热阻路面技术[99]、保水降温路面技术[100]等。而应用于超薄罩面的技术一般为路面热反射技术和路面热阻技术。

8.1 热反射超薄罩面路面降温功能的最新进展

近年来，具有较强降温效果的热反射罩面在沥青路面中得到了广泛的应用[101]。通过在沥青混合料中添加颜料，使罩面层的颜色发生变化，从而提高了路面对太阳辐射的反射率，降低了路面吸收的热量[97]。例如，Santamouris [100]研究发现，涂有白色颜料的路面涂层的总反射率可以达到80%，与普通路面相比路面温度可降低12 ℃。

Synnefa等[102]比较了六种不同颜色沥青薄层的光学和热学性质。彩色沥青薄层的太阳光反射率是普通黑色层的6.75（红色或绿色层）~13.75倍（灰白色层）。彩色薄层的日平均温度比普通黑色层低3.1 ℃（红色层）至7.7 ℃（灰白色层）。这说明热反射罩面的降温性能与混合料中颜料的颜色密切相关。浅色罩面层表现出更好的降温功能。

除了浅色颜料外，近红外颜料最近也被用于热反射型超薄罩面。Xie等[103]将近红外颜料氧化铁红添加到环氧树脂材料中制成高反射涂层。研究发现，氧化铁红的近红外反射率可以达到60%。基于此，Li等[14]提出了一种彩色超薄罩面混合料。以氧化铁红为填料，以透明水性环氧树脂（WER）的SBS改性乳化沥青为胶结料。氧化铁红表现出很强的反射太阳光的能力，并将超薄罩面混合料样品1.0 cm深处的温度降低了3.5 ℃。此外，由于WER是透明的，与沥青相比，WER中的吸热官能团更少。因此，WER可单独降低混合料温度1~2 ℃。而由氧化铁红及WER制成的彩色超薄罩面混合料最高可降温8.1 ℃。此外，与浅色颜料相比，该路面的近红外颜料的可见光反射率更低，因此可以避免路面眩光等问题[95]。然而，氧化铁红的加入对超薄罩面的耐磨性不利[104]。因此，应控制其用量。上述研究为热反射型超薄罩面所用路面颜料的选择提供了方向。图6 [105]显示了热反射型超薄罩面的路面降温机理。

8.2 热阻型超薄罩面路面降温功能的最新进展

具有较低热导率的热阻材料可被用于制备热阻型超薄罩面。热阻集料的种类和数量对热阻超薄罩面的降温性能有重要影响。

Wang [106]测量了不同陶瓷含量的SAC-10混合料的上下表面温度。混合料采用陶瓷等体积替代集料制备。研究表明，SAC-10的上下表面温差随陶瓷含量的增加而增大。当陶瓷掺量为80%时，温差达到12.8 ℃。这是由于陶瓷降低了路面的导热系数，从而阻止热量向路面内部传递。但考虑超薄罩面的路用性能，建议用陶瓷替代40%~60% （体积）的集料。

Zou等[107]研究了陶粒对超薄罩面混合料不同层位温度的影响。在相同光照条件下，掺加陶粒的SMA-10混合料各层温度均明显低于未掺陶粒的SMA-10混合料。当用陶粒替代40%的集料时，混合料2 cm和8 cm深度处的温差达到8 ℃。此外，添加陶粒的超薄罩面的导热系数明显低于未添加陶粒的超薄罩面。超薄罩面的陶粒最佳掺量为骨料体积的40%。

表7 [106‒107]总结了不同热阻超薄罩面的降温效果。

8.3 总结分析

综上所述，热反射型超薄罩面和热阻型超薄罩面均被证明具有优异的路面降温效果。由于较高的近红外反射率，氧化铁红使超薄罩面混合料的最高温度降低了3.5 ℃，而使用WER胶结料的氧化铁红超薄罩面混合料的最高温度降低了8.1 ℃。通过降低超薄罩面混合料的导热系数，热阻材料可以使混合料上下表面的温差达12.8 ℃。但为了保证超薄罩面的路用性能，混合料中颜料和热阻材料的用量不宜过大。在未来的研究中，更多种类的颜料和耐热材料可尝试应用于超薄罩面。此外，为了克服路面降温材料对超薄罩面路用性能的影响，还需要对其进行进一步的研究。

9 功能型超薄罩面在典型工程项目中的应用分析

超薄罩面由于其优异的功能性和经济效益，在世界各地的路面工程项目中得到了广泛的应用。为进一步促进超薄罩面在工程中的应用，对全球几个典型工程进行了调研。这些超薄罩面的类型和应用效果见表8 [12‒13,26,29,33,108‒119]。

根据表8所示的信息，可以得到以下结论。

（1）不同国家超薄罩面的类型和功能应用存在显著差异。NovaChip是目前中国使用最多的超薄罩面类型。主要用于恢复路面的抗滑功能和降噪功能。此外，中国还采用超薄路面（U-PAVE）、高工作性超薄沥青罩面层（HWU）等来增强路面的抗裂及抗车辙功能。类似地，其他国家的超薄罩面也通常用于改善防滑和降噪功能。但超薄罩面类型差异较大，如德国的Lärmoptimierter asphalt Deckschicht（LOA 5 D）和美国的新泽西OGFC改性沥青结合料（NJ MOGFC）。此外，发达国家大量采用超薄罩面来降低路面噪声，如比利时的TAL和美国的RAR-ThinGap。总体而言，这种差异可归因于中国薄层罩面的发展较晚。此外，在中国，超薄罩面通常用于恢复重载交通条件下高速公路的基本路面功能。因此，大量具有优良基本路面功能的NovaChip罩面被引入[22]。然而，超薄罩面在一些发达国家的发展较为先进，具有较多的应用经验。而且很多发达国家的超薄罩面应用项目的交通量和限速较低，周边人口较稠密。因此，人们开发了更多类型的超薄罩面来改善路面的特定功能（如降噪等），减少车辆交通对周围居民的不利影响[120]。因此，对于重载交通条件下的高速公路，NovaChip、LOA 5 D和NJ MOGFC是恢复路面抗滑及降噪功能的较好选择。此外，U-PAVE10和HWU可以提高公路路面的抗裂性能和抗车辙性能。对于交通量较低、周边人口密集的道路，可选择TAL和RAR-ThinGap来降低道路噪声对周边居民的不利影响。此外，超薄罩面的新功能，包括融雪除冰、尾气降解、路面降温等，由于研究不足，尚未应用于工程中。

（2）从粗集料类型来看，中国60%以上的超薄罩面工程采用玄武岩作为粗集料。然而，在其他国家，辉绿岩在超薄罩面中的应用更为广泛。研究表明，超薄罩面工程通常选择具有较低成本和良好性能的集料。玄武岩和辉绿岩具有耐磨、抗压强度高、沥青黏附性好等优点。这保证了超薄罩面骨架结构的耐久性和强度[121]。因此，玄武岩和辉绿岩是超薄罩面的良好骨料选择。而花岗岩为酸性石料，与沥青的黏附性较差。此外，石灰岩的抗磨能力较低。因此，花岗岩和石灰岩应避免作为超薄罩面混合料的粗骨料[43]。

（3）在实际工程中，高性能改性沥青是超薄罩面混合料的主要胶结料。其中，SBS改性沥青是中国工程应用中最常见的胶结料。在美国，通常采用高性能等级（PG）的沥青来制备超薄罩面。几种特殊的改性沥青，如GTR改性沥青和RAR改性沥青，具有良好的减振效果，可以显著提高超薄罩面的降噪功能[33]。此外，对于前述工程应用，混合料的沥青含量范围为4.2%~7.2%。其中，在中国，混合料的沥青含量低于5.4%的超薄罩面应用项目约占总项目数的四分之三，而其他国家的超薄罩面应用项目中的混合料的沥青含量均超过5.4%。这主要是所采用的超薄罩面类型不同导致的。根据工程经验，沥青含量较高的混合料一般耐久性较好。例如，美国得克萨斯州的超薄罩面（VTO）所需的最低沥青含量为6.0%，远高于常规50 mm密级配混合料的沥青含量（4%~5%）[13]。为保证大部分VTO混合料具有良好的稳定性、抗裂性和抗剥落性，目标沥青用量应在6.5%~7.5%之间。

（4）在这些超薄罩面工程中，超过2/3的罩面厚度在20~25 mm之间。其中，中国所有超薄罩面的厚度均为20~25 mm，而美国大部分超薄罩面的厚度在19 mm左右（3/4 in）。超薄罩面混合料的厚度主要取决于粗集料的NMAS、原路面状况和施工条件。在我国，超薄罩面主要用于克服重载交通带来的构造深度低、车辙深度大等路面问题[111]。可选用NMAS值较大的粗集料来增强罩面的抗滑性能和抗车辙性能。因此，超薄罩面混合料的设计厚度范围一般为20~25 mm。然而，由于几个国家试验路面的交通量较低，路面的车辙较少。大部分路面不需要铣刨或铣刨深度较小。因此，这些国家一般选择NMAS值较小的粗集料。而且，粒径较小的粗集料可以进入原路面纹理，增加路面层间的黏度。因此，一些国家超薄罩面的厚度范围通常为15~20 mm。一般情况下，对于抗滑性能衰减大、车辙严重的重载交通公路，宜采用大粒径超薄罩面，设计厚度为20~25 mm。对于车辙最小、铣刨厚度较小的路面，可采用集料粒径较小的超薄罩面，设计厚度为15~20 mm。此外，超薄罩面厚度的减薄给施工带来了很大的困难，尤其是施工温度的控制。研究表明，25 mm超薄罩面的摊铺降温速度是38 mm罩面的两倍[122]。因此，超薄罩面设计厚度不宜过低，否则会给路面压实造成较大难度，造成路面层间剥离或剥落。同样，在低温环境下也不应建造更薄的超薄罩面。

10 结论与未来研究方向

10.1 结论

超薄罩面是一种能够提高路面经济效益和环境效益的预防性养护技术。通过对混合料的级配和组成材料进行设计，超薄罩面可实现多种路面功能。目前，对超薄罩面功能性的研究还处于起步阶段，要充分发挥超薄罩面的功能性还有很长的路要走。根据对现有研究的回顾，可以总结出以下几点。

（1）级配设计对混合料抗滑性能的影响主要体现在增加构造深度和优化骨架结构两方面。然而，这两方面分别存在具有临界值及成本增加的问题。超薄罩面一般采用高性能的胶结料，既能保证胶结料的黏结作用，又能保证混合料的压实效果。一些环保型集料，如电炉渣，因其良好的物理性能，可将罩面混合料的抗滑性提高5%。

（2）混合料级配的不同导致孔隙特征的差异，进而影响混合料的峰值吸声系数和吸声频率。此外，通过特殊的级配设计形成较大的构造深度也是保证超薄罩面混合料降噪功能的良好途径。目前，超薄罩面降噪功能中使用的添加剂主要是环保型材料（橡胶）和高黏度改性剂。这些材料的使用为环保型超薄罩面的设计提供了进一步的思路。

（3）通过优化级配设计，细粒式超薄罩面混合料也能表现出良好的抗车辙性能。此外，混合料的空隙率与动稳定度之间存在线性负相关的关系，因此在级配设计中应控制超薄罩面混合料的空隙率。一些高性能的胶结料，如SBS/PTW和SBS/MCF/SBR改性沥青，由于其良好的抗变形能力，也可以提高超薄罩面混合料的抗车辙功能。一些工业固体废弃物同样也可以提升超薄罩面的抗车辙功能，这有利于环保型超薄罩面的发展。

（4）对于超薄罩面来说，细集料含量较低且NMAS较小的混合料抗裂性能可得到改善。级配类型也会影响超薄罩面混合料的最佳沥青用量和黏层油用量。在一定范围内，较高的沥青和黏层油用量可以提高超薄罩面的抗裂性能。PMA胶结料的应用同样提高了超薄罩面的抗裂性能。但随着温度的降低，PMA混合料的性能可能会下降。此外，BF有助于抑制裂纹的扩展。然而，较大的BF长度和含量对其分散性有负面影响。

（5）具有融雪功能的超薄罩面一般采用低冰点技术。含盐量是影响自融雪超薄罩面融雪功能的首要因素。超薄罩面的融雪化冰功能随着盐化物融雪剂掺量的增加而增强。但考虑超薄罩面的其他路用功能，盐化物的掺量不宜过高。

（6）光催化技术是实现超薄罩面尾气降解功能的主要技术。尾气降解功能采用光催化剂（主要为纳米TiO₂），使得汽车尾气与太阳光中的氧气发生反应，产生无害物质。在一定范围内，随着纳米TiO₂含量的增加，混合料的尾气降解效果增强。然而过多的光催化剂用量会降低尾气降解功能，并影响超薄罩面混合料的基本路用功能。

（7）具有路面降温功能的超薄罩面可分为两类：热反射型超薄罩面和热阻型超薄罩面。热反射超薄罩面的主要颜料为氧化铁红，而热阻超薄罩面的主要热阻材料为陶瓷和陶粒。混合料中陶瓷的最佳掺量为骨料体积的40%~60%。

（8）通过对各国超薄罩面典型工程应用进行分析，发现采用高性能的集料和沥青胶结料以及选用合适的级配类型是保证超薄罩面功能性的基本要求。此外，由于超薄罩面在世界各地的应用功能和施工条件不同，导致各地超薄罩面厚度有所差异。中国超薄罩面厚度一般为20~25 mm，而美国超薄罩面厚度一般为19 mm。未来，随着超薄罩面技术的发展，超薄罩面将朝着更低厚度、更环保的功能方向发展。

10.2 未来研究方向

（1）超薄罩面混合料的厚度普遍低于普通路面结构层，且超薄罩面的粗集料通常在混合料的集料中占比较大。因此，沥青胶结料较难约束超薄罩面沥青混合料的粗集料。普通的道路沥青在超薄罩面沥青混合料中不能起到有效的黏结作用，从而对超薄罩面的路用性能产生不良影响。因此，需要开发更高性能的改性沥青，以增强胶结料与集料之间的黏结特性。

（2）一方面，需要降低超薄罩面混合料的NMAS，另一方面，超薄罩面应具有较粗的级配，以确保更好的抗滑、降噪和抗车辙性能。这些要求是相互矛盾的。此外，与密级配超薄罩面相比，一些开级配或半开级配超薄罩面更容易产生开裂。因此，有必要对超薄罩面沥青混合料的级配进行针对性设计。

（3）目前，在保证超薄罩面路用性能的基础上，开发具有新功能的超薄罩面已经成为研究热点。

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