新型路面材料應(yīng)用研究

馮 振 葉巧玲

重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院

新型路面材料應(yīng)用研究

馮 振 葉巧玲

重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院

目前我國進(jìn)入了發(fā)展新階段，城市化的進(jìn)程也進(jìn)入了緊張發(fā)展階段。道路是城市的血管，其功能在于為城市發(fā)展提供交通基礎(chǔ)，道路的功能性非常重要且涉及的其他領(lǐng)域很多。在我國改革開放之后，中國特色社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)落實(shí)中，公路的建設(shè)也受到關(guān)注并經(jīng)受了大力發(fā)展。

新型路面材料；納米改性瀝青；道路建設(shè)

1 引言

我國當(dāng)前公路的總里程數(shù)共計(jì)已達(dá)133萬km，在全國所有道路中，高速公路總長已經(jīng)超出了11000km。國內(nèi)的公路規(guī)模位居世界前列，廣闊的需求空間為公路建設(shè)提供了大量的資金及技術(shù)，推動(dòng)了公路建設(shè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。公路建設(shè)中的材料對(duì)道路施工方式方法、工程造價(jià)、后期維護(hù)等多方面具有主導(dǎo)影響。新型的路面材料發(fā)展的非?？?，衍生出了多種多樣的新型路面材料。這些路面材料能夠克服傳統(tǒng)材料的落后性能，為交通提供更好的環(huán)境，保障交通通行安全與路面維修投入的降低。

道路的路面使用的材料大多是鋪設(shè)筑路材料在路基之上，這樣的層疊構(gòu)造是承載車輛提供行駛條件的基礎(chǔ)，道路為車輪提供推動(dòng)車輛前進(jìn)的摩擦力，但路面系統(tǒng)在實(shí)際投用之后遇到了多種多樣的問題。1.路面材料會(huì)經(jīng)受車輛行駛中所產(chǎn)生的重復(fù)作用，因此導(dǎo)致路面發(fā)生形變，并且在形變中破壞路面。2.道路所在地的日常溫度、地質(zhì)、水文狀況都會(huì)對(duì)路面的施工以及承載能力構(gòu)成影響。3.車輛行駛中的減速、加速都會(huì)產(chǎn)生激烈變化引起的摩擦力。以剎車為例，剎車時(shí)車輛輪胎產(chǎn)生的摩擦力甚至?xí)?dǎo)致輪胎在道路上留下車轍印記，這種變化比較劇烈的摩擦力一但在路面不夠平整的區(qū)域發(fā)生，極易引起車輛運(yùn)行的穩(wěn)定性，甚至發(fā)生交通事故。4.公路的抗滑性能非常重要，車輛的行駛都是依靠摩擦力，車輛的穩(wěn)定行駛也與道路的抗滑性能密切相關(guān)，保證公路的抗滑性能才能減少車輛的滑移危險(xiǎn)。5.車輛在道路上的行駛過程中，掀起的揚(yáng)塵具有污染作用[1]。

就以上路面產(chǎn)生的問題來看，需要進(jìn)行改變和創(chuàng)新，完善路面系統(tǒng)提供更安全、舒適的行駛環(huán)境給駕駛?cè)恕Ｄ壳搬槍?duì)以上問題要求路面應(yīng)當(dāng)具備更高的強(qiáng)度，并且在穩(wěn)定性上的要求也更嚴(yán)格，路面材料所能夠提供的穩(wěn)定性及平整度、摩擦阻力系數(shù)也都有新的指標(biāo)。新型的路面材料應(yīng)當(dāng)具備減損、低污染的能力[2]。當(dāng)前我國的道路主要仍是土石路面、水泥混凝土路面以及瀝青路面為主，在材料與技術(shù)不斷升級(jí)的推動(dòng)下，將會(huì)出現(xiàn)更多種類的路面，新型路面材料也會(huì)變得更加豐富，能夠滿足各類路面的需求[3]。

2 路面材料的現(xiàn)狀

2.1 土石路面

土石路面是最為傳統(tǒng)的筑路材料，目前在我國的大部分山區(qū)、落后農(nóng)村中，很多鄉(xiāng)村道路仍是土石路面為主。在一些工程項(xiàng)目工地上，一些臨時(shí)道路也選擇這種路面材料，因?yàn)檫@種路面的可塑性極強(qiáng)，成本非常低廉，其負(fù)面特性則主要是體現(xiàn)在穩(wěn)定性及平整度兩方面上。

常規(guī)的土石路面大多使用的石材和沙土作為主材，其中的石材大多都是地表風(fēng)化作用產(chǎn)生的碎石、拋石，這種石料可以不經(jīng)加工直接作為路面材料使用，直至20世紀(jì)60年代，我國仍以這種材料作為主要的道路路面施工用材。

2.2 水泥混凝土路面

水泥混凝土是目前所有工程中廣泛使用的建筑材料，在道路施工中，將水泥混凝土作為路面主要材料的道路比比皆是。水泥在拌合了骨料、外加劑等多種材料之后能夠制作出混凝土混合料，再經(jīng)過澆筑、壓制等施工后，混凝土硬化成型最終成為路面。這種水泥混凝土材料施工的路面具備極高的強(qiáng)度，路面的性能很穩(wěn)定，但是路面的摩擦力相對(duì)較小，多用在工廠內(nèi)部的路面上，在城市中的人行道、停車場(chǎng)以及廣場(chǎng)等產(chǎn)所的應(yīng)用也很多。隨著混凝土技術(shù)的發(fā)展，各類添加劑也變得豐富起來，這就使得利用混合料建造的路面具備多種多樣的形態(tài)和性能，路面的美觀度也較好[4]。

2.3 瀝青混凝土路面

瀝青混凝土路面采用的主要材料為膠結(jié)材料瀝青，并且混合粗細(xì)骨料以及礦物粉末在規(guī)定的配比下拌合加工成路面材料，然后利用鋪壓設(shè)備施工[5]。這種瀝青路面具有極強(qiáng)的柔韌性，形變的性能也很好，施工中可以不設(shè)置伸縮縫，采用這種材料的路面不僅平整度良好，連續(xù)性也比較優(yōu)越。在吸聲減震方面，瀝青路面也表現(xiàn)出其優(yōu)越性，能夠提供更安全平穩(wěn)的行駛環(huán)境供車輛高速的行駛，高速公路以及一級(jí)公路、高級(jí)路面的材料都是選擇這種材料施工。

3 功能型路面

3.1 高模量抗車轍瀝青混凝土路面

車轍是破壞導(dǎo)致路面變形的主要元兇，在瀝青路面的修補(bǔ)維護(hù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中表明，80%的維修養(yǎng)護(hù)是因?yàn)檐囖H導(dǎo)致的變形。瀝青混凝土路面所常見的開裂、水損問題都不及車轍引起路面變形的危害大，車轍引起的路面變形能夠?qū)煌ò踩珮?gòu)成直接威脅，在瀝青混凝土路面的材料選擇中挑選最適級(jí)配類型，配合石骨料性質(zhì)徐州呢具備更強(qiáng)粘度的硬質(zhì)瀝青，這樣可以從瀝青混凝土模量入手來改善路面的抗車轍能力，這種高模量的混凝土路面勁度模量更卓越，并且在高溫環(huán)境中的抗變形能力也很優(yōu)秀[6]。

3.2 多孔排水降噪瀝青混凝土路面

具備多孔隙構(gòu)造的瀝青混凝土路面其孔隙結(jié)構(gòu)，令其路面內(nèi)部存在連通孔隙。這種空隙可以提供更好的排水能力，這種空隙對(duì)高溫穩(wěn)定性、抗磨損、摩擦力性能方面也有一定幫助。這種多孔結(jié)構(gòu)的新型路面已經(jīng)廣泛的在美國、日本等發(fā)達(dá)國家公路施工中應(yīng)用，對(duì)比傳統(tǒng)常規(guī)的混凝土路面，具有更強(qiáng)排水性的路面在經(jīng)受大降水量惡劣天氣時(shí)，能從容面對(duì)。這樣不僅將大量的降水補(bǔ)充到土壤中，提高了土壤的施毒，對(duì)城市大環(huán)境的溫度濕度也起到了宏觀調(diào)控的作用，路面的孔隙率對(duì)能量的吸收能力也較強(qiáng)，大面積的路面對(duì)城市溫度、濕度影響也有所緩解，還能吸收車輛行駛產(chǎn)生的噪音，提供更好的行車環(huán)境[7]。

3.3 抗凍路面

這種抗凍路面采用的瀝青材料添加了鹽作為添加劑來降低冰雪冰點(diǎn)，這樣就使得路面具備了抗凍性能，路表面的嵌入材料通過較大的變形特點(diǎn)能夠讓覆蓋的冰雪易剝離，這樣的材料能夠減少路面結(jié)凍成冰的惡劣情況[8]。很多寒冷地區(qū)的高速公路以及特殊要求的高級(jí)公路為了保障行車交通安全，都采用了這種材料及施工工藝來建造道路。

3.4 彈性路面

路面材料對(duì)于路面的力學(xué)性能影響很大，瀝青混凝土材料的路面是柔性路面，在這種柔性是將比較混凝土路面而言的，經(jīng)過這種彈性路面時(shí)，能夠直接的感受到路面提供的彈性力，這就減少了作用到接觸面上的沖擊力，這種路面能夠提供更舒適的行走感受，對(duì)運(yùn)動(dòng)員的彈跳力也有幫助。這種路面多用于運(yùn)動(dòng)場(chǎng)等供人們運(yùn)動(dòng)、競(jìng)技的場(chǎng)所，彈性路面的材料多采用的是聚氨酸脂、橡膠微粒以及硬泡沫等物質(zhì)，并且還可以混入其他軟木等粒材來調(diào)解景觀效果。

3.5 磁性導(dǎo)向路面

在路面材料的攪拌中，直接混入磁粉并且鋪設(shè)出一定的形狀，這樣手持磁感應(yīng)杖的盲人能夠在道路中感受到導(dǎo)向，在很多殘疾人群?；顒?dòng)的場(chǎng)所中，能夠提供安全保障，在一些積雪高發(fā)的路面，這種路面也能夠提供導(dǎo)向功能，減少事故的產(chǎn)生。

4 環(huán)保型路面材料

當(dāng)前正式可持續(xù)發(fā)展的重要階段，環(huán)保在各行各業(yè)都有了新的要求。環(huán)保型的路面材料應(yīng)當(dāng)具備低損耗、低污染等特性，目前經(jīng)濟(jì)的發(fā)展導(dǎo)致車輛激增，車輛超載情況也很多。路面的病害情況因此變得復(fù)雜且頻發(fā)。以路面瀝青材料為例，目前新研發(fā)的多孔瀝青路面材料是一個(gè)熱門，這種路面的透水性能卓越（圖1），能夠利用材料的空隙將大量的水排到路基下的土壤中。及時(shí)的排水能減少路面結(jié)凍以及存水導(dǎo)致的車輛滑移。大量的道路在太陽光的照射之下，會(huì)吸收大量的日光熱輻射，熱輻射產(chǎn)生的高溫環(huán)境甚至?xí)诨癁r青或破壞路邊自然環(huán)境，國內(nèi)已經(jīng)有多處高速公路導(dǎo)致的周邊環(huán)境惡化，甚至影響了鳥類的生存，這種新型路面對(duì)溫度能量的吸收也減少了道路對(duì)自然界的熱輻射危害，從根本起到環(huán)保功能[9]。

圖1 透水瀝青路面與普通路面透水對(duì)比

5 瀝青材料的應(yīng)用

當(dāng)前我國的高速公路是交通發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施，并且在改革開放以及經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步發(fā)展局勢(shì)下，公路建設(shè)也是發(fā)展任務(wù)的重要組成部分。公路施工中，對(duì)路面需要多加考量，路面材料對(duì)今后的道路使用具有極大的影響。當(dāng)前高速公路在施工中多使用瀝青材料，這種材料建造的瀝青道路在材料使用中，選擇的結(jié)合料能夠影響路面的性質(zhì)與壽命。以潮濕環(huán)境為例，這種環(huán)境下的瀝青路面需要瀝青和集料具備更好的粘性[10]。在設(shè)計(jì)路面的時(shí)候，可以選擇使用消石灰解決材料老化問題以及水損害問題，這種以消石灰為主的抗剝離劑提高了瀝青與集料的粘附性能。而消石灰這種礦粉填料的添加可以填充孔隙，提高瀝青材料的剛性。

瀝青路面因?yàn)槠淞己玫娜犴g性，路面不會(huì)產(chǎn)生縱橫縫隙，并且成品路面的平整度更高，能夠減少車輛行駛的顛簸程度。瀝青路面的面層因?yàn)榇嬖跇?gòu)造深度，不會(huì)產(chǎn)生炫光，駕駛員不會(huì)受到炫光刺激。瀝青路面的施工機(jī)械化應(yīng)用度也比較高，這就避免了因?yàn)槿斯?dǎo)致的誤差與拖延情況。而隨著瀝青路面的使用，也發(fā)現(xiàn)了很多問題，改性瀝青應(yīng)運(yùn)而生，但改性瀝青的易老化性以及降解性質(zhì)都使得瀝青道路的維修、維護(hù)成本很高。

添加了納米粉粒材料的瀝青對(duì)比常規(guī)的改性瀝青，具備更好的特性。以TiO2/CaCO3納米材料充當(dāng)改性劑為例分析，通過車轍實(shí)驗(yàn)與馬歇爾實(shí)驗(yàn)可以看出這種納米瀝青的抗變形能力卓越，并且抗裂性及滲水性都很好。

表2 TiO2/CaCO3納米瀝青混合料車轍試驗(yàn)

表3 TiO2/CaCO3納米瀝青混合料馬歇爾實(shí)驗(yàn)

這種納米瀝青的制備成本比較低，納米改性劑的成本僅是SBS改性劑的30%左右，這種材料的施工工藝也非常簡單，這種材料建造的路面抗老化性能卓越，后期維護(hù)的投入很少，高回報(bào)低成本的優(yōu)勢(shì)很強(qiáng)。

6 總結(jié)

我國的公路規(guī)模位居世界前列，廣闊的需求空間為公路建設(shè)提供了大量的資金及技術(shù)，推動(dòng)了公路建設(shè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。公路建設(shè)中的材料對(duì)道路施工方式方法、工程造價(jià)、后期維護(hù)等多方面具有主導(dǎo)影響。路面建材的應(yīng)用應(yīng)當(dāng)考慮到道路的主要承載車輛，并且結(jié)合施工地區(qū)的當(dāng)?shù)噩F(xiàn)狀，應(yīng)用最適路面材料，這樣才能夠確保道路正式投用之后能夠發(fā)揮道路的功能價(jià)值。納米材料是當(dāng)前的研發(fā)熱點(diǎn)，將納米添加劑加入改性瀝青中，是路面材料技術(shù)的革新與發(fā)展。這種納米技術(shù)能夠幫主路面提高抗損能力，減少材料成本。納米技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于其他各類路面材料仍有極大地發(fā)展空間，在今后對(duì)路面材料的研究中，應(yīng)當(dāng)注重技術(shù)創(chuàng)新，研發(fā)出更多功能性的路面材料，為我國道路建設(shè)提供支持。

[1]潘寶峰.動(dòng)水壓力作用下路面材料損傷的評(píng)價(jià)方法研究[D].大連理工大學(xué),2010.

[2]胡宗文.路面材料收縮變形試驗(yàn)研究及路面結(jié)構(gòu)熱—力耦合分析[D].長安大學(xué),2006.

[3]向源,張?zhí)m軍.道路路面材料發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)[J].公路交通技術(shù),2007(2):75～79.

[4]佘宇晨,林輝,孫華.主要道路路面材料高光譜特征分析[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào),2014(11):120～123+139.

[5]丁慶軍,沈凡,劉新權(quán),劉祖國,胡曙光.透水型瀝青路面材料的降噪性能[J].長安大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2010(2):24～28.

[6]鄭曉衛(wèi).城市道路保水降溫路面材料的開發(fā)與研究[D].重慶交通大學(xué),2009.

[7]黃沖.半柔性路面材料的體積穩(wěn)定性與抗裂性能研究[D].武漢理工大學(xué),2010.

[8]張海濤.高速公路路面材料與路面設(shè)計(jì)施工[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2001(1):66～69.

[9]薛曉飛.基于低影響開發(fā)的城市路面材料與結(jié)構(gòu)研究[D].北京建筑大學(xué),2013.

[10]楊修志,張勝,唐相偉,張傳禮.舊路面材料冷拌再生基層施工工藝與質(zhì)量控制[J].公路,2004(2):137～140.

作者：馮振，男，漢族，江蘇泰州人，碩士在讀，主要從事路面材料和路基邊坡穩(wěn)定方面研究。