摘要: 随着公路交通量以及重型运输车辆比重的增加, 公路对路面结构强度和使用性能提出了更高的要求。水泥混凝土路面具有强度高、稳定性好、使用寿命长、养护费用低等优点,可能逐步替代沥青混凝土路面,成为未来高速公路的发展趋势。
关键词:沥青混凝土路面;水泥混凝土路面;高速公路
0 前言
沥青混凝土路面具有表面平整、耐磨、无接缝、行车舒适、振动小、噪音低、施工期短、养护维修简便、适宜于分期修建等优点,在高速公路的建设中,我国的绝大部分高速公路都采用沥青混凝土路面,随着公路交通量的增加,重型运输车辆的比重越来越大,公路对路面结构强度和使用性能提出了更高的要求。水泥混凝土路面具有强度高、稳定性和耐水性好、使用寿命长、维修和养护费用低等优点,近年来在高等级公路中的应用得到了发展,逐步引起业内专家的关注。
1 国内外高速公路现状
据报道:美国、德国、意大利、法国、加拿大、日本和英国是世界上修筑高速公路最多的国家[1] ,在美国的高速公路网中, 水泥混凝土路面约占49 % ,经过多年的使用,州际公路和干线公路中的水泥混凝土路面已逐渐进入修复期; 在欧洲, 比利时是使用水泥混凝土路面最多的国家之一, 目前有50 %的高速公路采用水泥混凝土路面,用水泥混凝土加铺旧路面在比利时是常用的方法, 20 世纪80 年代约有500km的旧水泥混凝土路面和沥青混凝土路面采用了连续配筋混凝土罩面, 罩面厚度约为20cm, 纵向配筋率为0. 76 % , 且在连续配筋混凝土加铺层与旧混凝土路面间铺设了沥青混凝土中间层。最近几年, 法国每年建成的高速公路中约有30 %为水泥混凝土路面,连续配筋水泥混凝土路面已被广泛应用于全国的高速公路;德国是大量使用水泥混凝土路面最早的国家之一,绝大多数高速公路都是素水泥混凝土路面, 且使用性能很好, 由于战争年代钢材受到严格控制,德国在长期修建和使用素水泥混凝土路面方面积累了非常成功的经验,这对我国水泥混凝土路面的健康发展具有重要的借鉴意义[2 ]。
1988 年10 月,沈- 大、沪- 嘉等高速公路的兴建标志着我国大陆高速公路实现了零的突破,拉开了我国高速公路建设的序幕。经过几年的努力,我国的高速公路得到了一定的发展,但我国高等级公路中水泥混凝土路面所占比例并不高,在高速公路和一级公路中约占25 % , 二级以下公路中所占比例约为40 % , 由于材料性能、施工技术等条件的限制,很多水泥混凝土路面远未达到设计使用寿命期就出现了大面积的破损现象,严重影响了水泥混凝土公路在我国的大力推广应用。
2 沥青与水泥混凝土路面特征分析
2. 1 沥青混凝土路面特点
沥青路面通常用沥青材料作结合料,以碎石作骨料铺筑而成。由于沥青路面呈黑色,也称为黑色路面。
沥青路面表面一般比较平整、坚实、无接缝,具有一定的柔性, 所以行车平稳、舒适、噪音小; 沥青路面的强度可以调节以适应不同交通量的需要;由于使用粘结力较强的沥青材料作为结合料,骨料之间的粘结力大大加强,从而增强了混合料的强度和稳定性,使沥青路面的强度、耐久性、稳定性都得到了提高。沥青面层的透水性小,特别是密实沥青混凝土面层的透水性很小,能大大防止地表水进入路面基层和路基, 从而降低路面的破坏程度; 但同时也使上基层和基层内的水分难以排出,在潮湿路段易发生土基和基层变软,导致路面破坏。沥青路面的温度稳定性较差,在夏天,由于温度较高,沥青容易软化,强度下降,易出现车辙、推移、波浪等破坏;在冬天, 由于温度降低, 沥青材料易变脆和产生收缩,导致路面开裂破坏[3 ]。
2. 2 水泥混凝土路面特点
水泥混凝土路面在面层采用水泥混凝土浇筑,属于(半) 刚性路面。水泥混凝土路面作为高级路面具有较大的强度和刚度、水稳定性和温度稳定性较好、抗滑性能高、使用寿命长、维修和养护费用少等优点, 可以满足不同行车荷载的要求, 被广泛应用于各等级公路、城市道路。水泥混凝土路面根据面板的不同类型,可分为素混凝土路面、钢筋混凝土路面、连续配筋混凝土路面、预应力混凝土路面、钢纤维混凝土路面、装配式混凝土路面和装配式混凝土预制块路面等。素混凝土路面仅在面板的一些接缝处和板的角隅附近才配上少量的钢筋, 其余部位均不配置钢筋, 大多数公路和城市道路上的水泥混凝土路面为素混凝土路面。因为相对其他类型混凝土路面,其造价较低、施工较方便,所以应用较广泛[3 ]。
3 水泥混凝土路面的优点
水泥混凝土路面与沥青混凝土路面相比,具有以下优点:
(1) 具有较高的强度、刚度、稳定性和抗滑性能,适合各种车辆的行驶。
(2) 抗磨耗、耐久性好,其强度受高温温度影响较小, 不会出现象沥青路面存在的" 老化" 问题, 无需周期性的再铺平,也没有周期性的路面鳞剥现象[4 ] , 它的使用寿命长, 设计使用年限一般为20～40年, 远远超过沥青混凝土路面的使用寿命, 而且可以承受繁重的交通量, 一次性投资少, 日常维修和养护费用也较少。
(3) 相对沥青路面,水泥混凝土路面也称为“白色路面" ,适合夜间行车。
(4) 对环境污染小, 不会像沥青路面在施工中污染环境或在夏季高温下容易出现泛油等病害。
(5) 作为(半) 刚性路面的水泥混凝土路面与作为柔性路面的沥青混凝土路面的受力特点决定了水泥混凝土路面较不易破坏[5 ] ,如图2 所示:
4 水泥混凝土高速公路在我国的发展前景
我国高速公路出现于本世纪70 年代, 起步于80 年代, 到90 年代才开始蓬勃发展[6 ]。截至2004年底高速公路总长突破2 万公里大关,改变了我国公路现有的路网结构和通行条件,使我国的高速公路总里程位居世界第二(见表1) 。我国早期的水泥混凝土路面存在严重不足, 主要是排水不畅、路面结构整体强度不够、控制混凝土收缩开裂的技术落后、施工机械和手段差等。通过借鉴欧美等发达国家水泥混凝土路面设计施工中的成功经验,总结我国水泥混凝土路面大面积早期损坏的教训,为我国水泥混凝土路面的进一步发展奠定了坚实的基础。水泥混凝土路面可能成为我国高速公路发展趋势的主要原因有:
(1) 投资小。水泥混凝土的使用寿命长,通常长于设计寿命; 作为(半) 刚性路面, 表层以下所需的材料较少,使得造价远远低于沥青路面。
(2) 节约燃料。重型车辆行驶在水泥混凝土路面上比在沥青路面上平均节约燃料11 % , 其大致情况见表2 [7 ]。
(3) 环保。由于节约燃料,使得温室气体的排放量减少;由于对灯光的要求不高,减少了光污染;可以回收利用其他工业废料, 例如飞尘、硅烟以及高炉熔渣等[8 ] ;回收混凝土路面可以用作新混凝土路面的路基材料。
作为一个发展中国家, 我国的经济还不够发达,基础设施建设与欧美等发达国家还有一定的差距, 发展水泥混凝土路面符合我国的基本国情, 在接下来的半个世纪中,我国的高速公路建设将得到进一步的发展,而集众多优势于一身的水泥混凝土路面必将有着美好的发展前景。
参考文献
[1] 唐伯明, 蒙华等. 欧美水泥混凝土路面设计使用现状综述[J ] . 公路, 2003 , 10 :37 - 39
[2] 张笑冬, 王杰, 李国峰等. 高速公路发展综述[J ] . 东北林业大学学报, 2001 , 29(4) :77 - 79
[3] 黄志义. 路基路面工程[M] . 浙江科学技术出版社, 2002 :249 - 381.
[4] Concrete Pavement for General - Aviation , Busi2ness and Commuter Aircraft. American Concrete Pave2ment Association , 2002 :1 - 12
[5] The Benefits of Concrete Highways. ConcreteRoads for the Long Haul , 2000 :2 - 7
[6] 甄占红, 贾学民. 高速公路的发展现状[J ] .经济论坛, 2000 , 18 :38
[7] Peter Zrymiak , Gerry Roberts. Partnering to De2velop Concrete Pavements in Western Canada. TheCanadian Experience Session Of the Annual Conferenceof the Transportation Association of Canada Halifax ,Nova Scotia , 2001
[8] Susan Tighe , Rico Fung , Tim Smith. ConcretePavements in Canada :State - of - the - art Practice. 7thInternational Conference on Concrete Pavements - Or2lando , Florida , USA - September 9 - 13 , 2001
