道路工程中新技术新材料的应用

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【摘要】通过对新技术、新材料的认识和了解，可以提高我们在项目实施中的知识水平，控制和把握好施工过程中的各个环节，确保施工质量满足规范、规程要求，达到所应具有的技术水平。本文分别分析探讨了SEAM 的发展及其在实际中的应用，SEAM 是经过特别处理的石油炼制副产品，经济易得，在沥青混合料拌和过程中，将其直接加入拌和仓可取代一定比例的沥青，按常规方法拌和后形成SEAM 沥青混合料能同时达到对沥青混合料进行改性的目的，从而提高沥青混合料的路用性能；SMA 在道路工程中的应用，它是德国在浇筑式沥青混凝土的基础上为解决车辙问题而发展起来的新型材料，以其优良的抗车辙性能和抗滑性能而闻名于世；EPS 的特性及其应用，EPS能很好地解决软基的过渡沉降和差异沉降及桥台和道路连接处的差异沉降，减轻高填涵洞上覆土压力及桥台的侧向压力和位移等问题；DCPET 的应用，将其加入到沥青混凝土中, 对路面起到明显的加筋作用, 从而延长了道路的使用寿命；CE( 玻璃格栅)，它可以均匀分布上层路面传递下来的荷载或下层地基不均沉降引起的反射裂缝, 提高路基、路面整体抗拉及抗变形的能力。此外，对于道路工程, 根据其使用要求, 提高砼弯拉强度, 解决砼的耐久性, 提高砼路面的使用性能是目前设计、施工关键之一, 同时在道路设计中广泛使用高强砼和日益增长的交通要求及结合路基路面存在的其它问题, 根据专家建议和我们的实践, 提出了几点建议。

【关键词】道路工程新技术新材料应用

中图分类号：U41 文献标识码：A 文章编号：

随着科学技术的不断发展，应用在道路和桥梁建设中的新技术、新材料越来越多，研究分析工程中应用较广，并且已经被实践证明是切实可行的技术发展、施工方法，对设计和施工单位具有重要的借鉴和参考作用。

一、SEAM 的发展及其在实际中的应用

1、SEAM 的组分和作用

SEAM 是一种新型的沥青混合料改性剂，是在硫磺里面添加烟雾抑制剂和增塑剂制成的半球状颗粒，主要成分为硫磺。SEAM 是经过特别处理的石油炼制副产品，经济易得。在沥青混合料拌和过程中，将其直接加入拌和仓可取代一定比例的沥青，按常规方法拌和后形成SEAM 沥青混合料能同时达到对沥青混合料进行改性的目的，从而提高沥青混合料的路用性能。

2、SEAM 的性能分析

研究表明，SEAM 沥青混合料的动稳定度远大于基质沥青混合料，采用SEAM 混合料能够很好地提高路面抗车辙性能。SEAM 混合料的动稳定度较高，但残留稳定度比较低，与规范要求有一定差距；冻融劈裂强度比也不能满足规范要求，因此在工程中使用SEAM 混合料时，可采用添加抗剥落剂的方法来提高路面的抗水损害性能。SEAM 沥青混合料的拌和温度和碾压温度要低于普通沥青混合料，这对减少能源消耗意义重大。SEAM 混合料的价格要低于普通沥青混合料，而路用性能尤其是高温抗车辙性能优于普通沥青混合料，为修建柔性基层提高路面使用寿命提出了新的途径。因此，SEAM 混合料作为路面材料的前景是十分广阔的。

3、SEAM 在国内外的应用

早在20 世纪初，人们就知道硫磺具有提高沥青质量的特性，沥青混合料中加入硫磺能够改善混合料的物理结构和力学性能，因此，硫磺改性沥青在美国、加拿大、北美及一些温差较大、重载较多的地区得到了广泛应用。2000 年我国开始引入SEAM 沥青混合料，并于2002 年在天津成功铺筑了试验路-津沽公路、津榆公路。从2002 至2005 年期间，在天津、黑龙江、内蒙古、云南等地修筑了一定量的小型试验段，且大都取得了较好的应用效果，但SEAM 沥青混合料在我国的研究与应用仅属于初步探索阶段。

二、SMA 在道路工程中的应用

1、SMA 的起源及形成

沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA） 是由沥青、纤维稳定剂、矿粉及少量的细集料和沥青玛蹄脂填充间断级配的粗集料骨架空隙而组成的沥青混合料，这种热拌热铺的间断级配骨架型密实沥青混合料由大比例粗集料构成坚固的骨架结构，并由丰富的沥青玛蹄脂填充骨架进行稳定。它是德国在浇筑式沥青混凝土的基础上为解决车辙问题而发展起来的新型材料，以其优良的抗车辙性能和抗滑性能而闻名于世。

2、SMA 的特性

（1）高温稳定性好。SMA 的组成中粗集料多，混合料中粗集料之间的接触面很多，细集料少，玛蹄脂仅填充粗集料之间的空隙，交通荷载主要由粗集料骨架承受。由于粗集料之间良好的嵌挤作用，沥青混合料具有非常好的抵抗荷载变形能力和较强的高温抗车辙能力。

（2）低温抗裂性好。低温条件下沥青混合料的抗裂性能主要由结合料的拉伸性能决定。由于SMA 的集料间填充了沥青玛蹄脂，它包在粗集料的表面，低温条件下，混合料收缩变形使集料被拉开时，由于玛蹄脂有较好的黏结作用，使混合料有较好的低温变形性能。

（3）水稳定性好。SMA 混合料的孔隙率很低，几乎不透水，混合料受水的影响很小，再加上玛蹄脂与集料的黏结力好，使混合料的水稳定性有较大改善。

（4）耐久性好。SMA 混合料内部被沥青玛蹄脂充分填充，且沥青膜较厚，混合料的孔隙率很低，沥青与空气的接触少，抗老化性能好，由于内部空隙低，其变形率小，因此有良好的耐久性；SMA 基本上是不透水的，使路面能保持较高的强度和稳定性。

（5）具有良好的表面功能。SMA 采用坚硬、粗糙、耐磨的优质石料，间断级配，粗集料含量高，路面压实后表面形成的孔隙大，构造深度大，因此抗滑性好。SMA 路面雨天行车不会产生大的水雾和溅水，粗糙的表面在夜间对灯光反射小，能见度好，噪声也大为降低。

3、SMA 在国内外的发展及应用

SMA 在国外已经有30 多年的应用历史。炎热夏季，发现许多密级配沥青混凝土路面出现了严重的车辙变形，唯有铺筑SMA 的路面几乎没有车辙变形。从此在欧洲很多国家开始将SMA 用于承受重交通荷载及高轮胎压力的道路和机场道面。

1992 年，我国从奥地利引进“Novophalt”沥青技术，并于1993 年首次在广佛高速公路和首都机场高速公路上用SMA 铺筑5cm 厚上面层，经过长时间检验，路面状况良好。以后，又在厦门机场跑道、八达岭高速公路、保宁通公路等使用SMA 铺筑路面。至1998 年，全国用SMA 铺筑的路面累计已达上千公里。目前，交通部在全国组织了SMA 技术推广工作，并已将SMA 路面的技术列入规范。

三、EPS 的特性及其应用

1、EPS 的概念及特性

聚苯乙烯泡沫（ExpandedPolystyrene 简称EPS）是一种轻型高分子聚合物。它是采用聚苯乙烯树脂加入发泡剂，加热软化产生气体，形成一种硬质闭孔结构的泡沫塑料。EPS 是性能优良的路基轻质填料，具有使用寿命长、化学性能稳定、经济效益显著和施工简便等优点。EPS能很好地解决软基的过渡沉降和差异沉降及桥台和道路连接处的差异沉降，减轻高填涵洞上覆土压力及桥台的侧向压力和位移等问题。

2、EPS 的应用

EPS 作为一种超轻质的路基填料，已有较为广泛的应用。我国从20 世纪90 年代初期引进此项技术，并在同济大学和上海科研、设计单位的共同努力下，将EPS 应用到桥坡高填土、软土地基处理等工程中。从1992 年至今，上海浦东世纪大道、沪宁高速公路等重点工程都使用了EPS，大量的工程实践证明，对于湿软路基，用EPS 替代原土控制沉降，是一项非常有效的措施，尤其是目前大多数桥头跳车问题，通过使用EPS 基本都可以得到解决。这主要是由于EPS 工程板材具有质量轻、抗压强度高、吸收冲击荷载的能力强等特点，对减少软基的沉降和差异沉降、减少桥台和路基的差异沉降及桥台的侧向压力和位移等有重要作用。当汽车荷载集中作用在桥坡上，可通过铺砌在路面以下的EPS 板材将上部荷载均匀分布传向路基，使道路路基的单位面积荷载减小，起到了控制沉降的作用。

四、DCPET 的应用

众所周知, 我国的沥青混凝土路面一般设计使用年限为8-15 a, 而实际上大多数路面尚未达到设计年限就已经损坏严重, 一般在3-5 a 就要大修,有些甚至年限更短。当然促使路面提前损坏的原因很多, 其中不乏交通流量增大、车辆重载、道路的施工质量、路用材料不合格等原因, 但是通过调查分析发现, 路面损坏很大一部分原因同道路结构自身的构造有关。

沥青混凝土是由级配碎石、矿粉和适量的沥青相互混合拌制而成。碎石是一种松散材料, 所以尽管在拌制过程中通过加入沥青将其相互胶结在一起形成板体, 但在遇水浸湿后, 颗粒与颗粒之间在外部荷载的作用下, 很容易使胶结质断裂, 碎石相互离散, 致使路面产生裂缝。由于胶结质和沥青在低温、遇水的情况下变得很脆, 抗拉和抗剪切的强度都变得很低, 因此, 要想克服沥青混凝土的这些不足, 就必须在沥青混凝土拌制过程中适量添加一些纤维类物质以增强其抗拉和抗剪强度。DCPET ――路用工程纤维, 就是被工程技术人员研制出来, 专门添加到沥青混凝土路面中提高道路强度的物质。

ECPET 路用工程纤维, 它主要选择高分子聚脂类材料为主要原料, 采用独特的生产工艺, 纺制成直径0. 02-0. 03 mm 的单丝纤维, 经超倍拉伸工艺和特殊化学剂表面涂层处理, 使纤维具有抗拉强度高、弹性模量高、吸油性能好、易分散、耐高温、抗变化、抗低温等优点, 将其加入到沥青混凝土中, 对路面起到明显的加筋作用, 从而延长了道路的使用寿命。

DCPET 路用工程纤维施工方法相对比较简单。在沥青混凝土拌制过程中, 你只要根据建设单位提供的交通要求, 按一定比例将DCPET 纤维掺入到沥青混凝土内一起搅拌即可。一般轻交通掺量为2-2. 5 kg/ t, 中等交通2. 5-3 kg/ t, 重交通3-4 kg/ t。拌制过程的工序、温度及对原材料的控制等和一般沥青混凝土的拌制方法一致。值得注意的是, 搅拌时, 应先将纤维加入到搅拌机内与烘干的集料干拌10-15 s, 然后再按常规注入沥青混拌30-40 s, 从而保证纤维在沥青混凝土中能均匀分布。

五、CE( 玻璃格栅)

CE( 玻璃格栅) , 在有些资料中也称土工格栅或玻纤格栅, 这种由聚丙稀、高密度聚乙稀为主要原料, 经挤压、拉伸制成的呈孔片状物就是我们所说的CE 玻纤格栅。这种材料具有较好的抗变形和增强结构层强度等功能, 主要铺设于沥青混凝土路面的底部、中部或基层, 它可以均匀分布上层路面传递下来的荷载或下层地基不均沉降引起的反射裂缝, 提高路基、路面整体抗拉及抗变形的能力。目前, 这种材料已经被广泛用在道路改造工程以及路基加固等方面。尤其是在白色路面改黑色路面的工程中应用最为广泛。

玻纤格栅常用的施工方法有以下两种形式。

1、自粘形施工

这种方法主要用于对原有路面的修复工作。如: 局部损坏基层处理、填缝处补强、坑塘处理后其表面铺设加固、路基表面找平等。

施工时首先在需要处理的道路表面喷洒粘油层( 路基处理不需要) , 然后按铺设面积铺设格栅, 格栅与格栅之间横向接缝沿摊铺方向塔接75 -150mm, 纵向接缝塔接25-50 mm, 铺置后的格栅用胶轮压路机压1-2 遍以激活粘结剂, 然后摊铺沥青混凝土( 摊铺厚度要求最小必须达到4 cm) , 并立即碾压, 对个别格栅铺过的地方用刀具在上切断修整, 保证路面整洁。

2、固定形施工

这种方法主要用于对原有道路进行全路段、大面积的修复工作。

施工时可按以下步骤进行。

( 1) 固定法铺设玻璃纤维土工格栅时, 先将一端固定铁皮和钉子固定在洒布粘层沥青的下层结构上, 钉子可用锤击或射枪射入。再将格栅纵向拉紧并分段固定, 固定间距为1-2 m。对于水泥混凝土路面, 可按缩缝间距分段, 钢钉位置设于接缝处。要求格栅拉紧时玻璃纤维纵横向均处于挺直张紧状态。

( 2) 格栅搭接距离为: 纵向接头搭接距离10-20 cm, 横向搭接距离10-15 cm。纵向搭接应根据沥青摊铺方向将前一幅置于后一幅之上。

( 3) 固定时不能将钉子钉于玻璃纤维上, 也不能用锤子直接敲击玻璃纤维。固定后如发现钉子断裂或铁皮松动, 则需予以重新固定。

( 4) 玻璃纤维土工格栅铺设固定完毕后, 须用胶辊压路机适度碾压稳定, 使玻璃纤维土工格栅与原路面粘结牢固。严格控制运送混合料的车辆出入, 在格栅层上禁止车辆急转向、急刹车和倾倒混合料脚料, 以防止对玻璃纤维土工格栅的损伤。

( 5) 铺放玻璃纤维土工格栅的同一天, 必须在当天铺放的所有玻璃纤维土工格栅上盖上沥青混凝土, 以防止来往车辆对玻璃纤维土工格栅直接造成损伤。

六、水泥砼路面

对于道路工程, 根据其使用要求, 提高砼弯拉强度, 解决砼的耐久性, 提高砼路面的使用性能是目前设计、施工关键之一, 同时在道路设计中广泛使用高强砼和日益增长的交通要求及结合路基路面存在的其它问题, 根据专家建议和我们的实践, 认为应注意下面几点。

1、为适应新的交通运营条件, 提高设计标准

由于砼路面的使用寿命不断缩减, 这就要求对车辆进行限制, 特别是轴载的限制, 但过于严格的超重限制将对我国的公路运输业和国民经济发展带来不利, 因此, 必须针对这种现实超重超高速运输环境, 提高路面的设计技术标准和施工质量, 适当增大设计安全储备, 延长路面使用和翻修年限, 实现公路的可持续发展。

因此有研究者认为: 抗弯拉强度路面设计弯拉强度应不小于5.5MPa; 配制和实际施工弯拉强度应不小于6.0MPa。

2、改善配方, 增加水泥砼的抗折性和耐久性, 优先使用道路水泥。

3、惨粉煤灰提高砼后期弯拉强度

惨用干粉煤灰或磨细粉煤灰,可以提高砼后期强度, 改善新拌砼的工作性、可摊铺性和优良平整度,还可以提高其抗磨性, 抗软水侵蚀性和对酸碱类的化学侵蚀能力, 高性能道路砼中高品质的粉煤灰不是可有可无的, 而是必备材料。

4、适当应用外加剂

适当运用减水剂、引气剂等, 可以降低水灰比、减少含水量, 减少水化热和粗骨料下水囊的形成, 减少砼早期开裂, 提高强度和耐久性。

5、控制砼施工温度

30℃时水泥的水化速度是20℃时的两倍。水化速度快, 产生热量多, 温度裂缝也相对发育, 建议拌和≤50℃, 成品砼≤30℃。

6、加强普通砼的骨料级配控制

连续级配的砼较断级配的砼有更好的传荷能力和气密性, 对控制砼的早期开裂也是一种有效办法。

7、增加挖方整平层厚度

由于车辆加重和地质条件的不同, 挖方路槽下处理30cm, 很难解决路面对路基的要求, 建议改为60~100cm厚

8、减少缩缝宽度, 最好控制在3mm 左右。采用高性能的填缝料

9、为加强骨料的吸附力, 建议增加使用抗剥落剂

10、高等级道路, 施工采用滑模施工技术

11、对于水灰比小于0.5 的普通砼, 浇注后需要及早开始湿养护,尤其当砼温度、环境温度较高时更要注意, 而不是多浇水或延长养护时间。有研究表明, 浇水养护时间长反而更容易产生开裂。

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