沥青路面与水泥路面的优缺点(4页).doc

-因地制宜 黑白并举-谈我国高速公路“黑白路面”的比较与选择-2005-04-15-                  作者：交通部公路科学研究所研究员 傅智 前言 根据交通部公路司2002年底的最新统计资料，我国水泥路面和沥青路面两种高级路面的建成总里程28.86万km，其中水泥路面16.75万km，占58%。水泥路面在高速公路上大约占25%，二级国道上约占67%。2002年完成水泥路面超过2.5万km。因此可见，水泥路面在我国发展势头相当迅猛。特别是近几年，交通部启动了通县公路和农村公路建设，在可预见的将来，水泥路面的发展将会更加迅速。 近几个月，笔者有机会到广西、广东、安徽、山西、陕西、甘肃、河北等省区调研，接触到大量公路行业工程技术人员和基层领导干部，我国高速公路建设中如何因地制宜地选择路面类型是大家反映较多的问题之一。目前，我国高速公路使用沥青路面越来越多，而水泥路面越来越少，出现了一边倒的趋势。 甚至，一些过去水泥路面建造较多且技术和质量上处于全国领先的省区，如广西、广东、安徽等也出现了沥青路面一刀切的情况。这给广大的公路建设者带来很深的担忧，一些同志甚至提出了“水泥路面是否会寿终正寝”的疑问。就此问题，笔者希望通过两种路面固有的优缺点、资源状况的分析，提出个人意见与大家共同商榷。期待通过讨论，消除偏差，使我国高速公路建设走上“黑白并举”的发展方向。 与沥青路面相比，水泥路面主要有两大问题：一是水泥路面的行车舒适性不及沥青路面；二是水泥路面损坏后，修复难度大。 关于水泥路面行车舒适性的提高和改善问题，作者曾有专门文章进行阐述。首要问题是提高动态平整度以及延长优良平整度的使用年限。关于高平整度问题，通过大型机械化滑模施工技术10年的研究和推广，水泥路面的动态平整度已经有了质的改进。目前在我国使用滑模摊铺技术铺筑的高速公路水泥混凝土路面，最好的路段已经能够使动态平整度达到0.45的高水平，在一个25km左右的路面标段上，动态平整度已经可以达到0.76；在上百公里的高速公路上已经达到了=0.851.15的水平。有鉴于此，将于今年7月1日起执行的新编公路水泥混凝土路面施工技术规范（JTG F30-2003）及公路工程质量检验评定标准(JTJ071) （征求意见稿）中，已经将高速公路和一级公路动态平整度的检验标准由1.50提高到了1.20。 关于高平整度的长期保持性问题，近年来，我国在高速公路上使用了2项消除错台的技术：一是每条横向缩缝使用传力杆钢筋支架；二是使用滑模摊铺机的自动传力杆插入装置（DBI）。而且，全缩缝插传力杆的水泥混凝土路面结构，已经编进公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D40-2002)和公路水泥混凝土路面施工技术规范（JTG F30-2003）中。这种路面结构预计可以消除现有普通水泥混凝土路面上的接缝“咯噔”的跳车现象。 关于水泥混凝土路面修复难的问题，交通部已在西部交通建设科技项目计划中立项，目前正在开展研究工作，攻坚目标是要在1012小时内（当晚）解决断板的快速修复问题。另外在水泥混凝土路面的养护管理中要求及时进行两项预防性的养护：一是随时灌缝，保证接缝密封防水；二是对脱空面板在没有断板前进行灌浆稳板。在设计上采用沥青滑动封闭层，防止半刚性基层的冲刷脱空。水泥混凝土路面的修复难问题在使用新机械和新型材料的条件下是完全可以在一定程度地得到解决的。 结论一：舒适性和修复难不应成为在高速公路上选用水泥混凝土路面的障碍。这些问题均可通过科技进步来解决，大家看到沥青路面技术进步的同时，也应看到水泥路面近年来在施工、材料、机械等方面的进步和发展，树立在高速公路上建好并养护好水泥混凝土路面的信心。 两种路面的优缺点对比分析  1、 沥青路面的优缺点 沥青路面业内人士俗称“黑道”，又称柔性路面，其优点为： （1）沥青路面由于车轮与路面两级减振，因此行车舒适性好、噪音小；  （2）柔性路面对路基、地基变形或不均匀沉降的适应性强； （3）沥青路面修复速度快，碾压后即可通车。 柔性路面的缺点： （1） 压实的混合料空隙率大，耐水性差，宜产生水损坏，一个雨季就可能造成路面大量破损； （2） 沥青材料的温度稳定性差，脆点到软化点之间的温度区间偏小，包不住天然高低温度，冬季易脆裂，夏季易软化； （3）沥青是有机高分子材料，耐老化性差，使用数年后，将产生老化龟裂破坏； （4）平整度的保持性差，不仅沉降会带来平整度劣化，而且材料软化会形成车辙。 2、 水泥混凝土路面的优缺点  水泥混凝土路面俗称“白道”，又称刚性路面，其优点是： （1） 水稳定性较高，在暴雨及短期浸水条件下，路面可照常通行； （2） 温度稳定性高，无车辙现象； （3） 水泥混凝土是无机胶凝材料，主要水化产物水化硅酸钙既是其强度的主要来源，既耐老化，又无污染。但在更长时期，会与所有岩石一样，产生风化现象，水泥石风化与沥青老化相比，时间长10倍以上，不构成工程问题。 （4） 平整度的保持期长。 （5） 在相同技术和工艺水平下，水泥路面大修前的使用年限长。高速公路水泥路面的设计基准期30年，沥青路面的设计基准期15年。我国目前的基本状况是超载和重交通路段高速公路沥青路面可使用5年，水泥路面可使用10年。 水泥路面的缺点： （1） 在相同平整度条件下，由于刚性路面不减振，因此行车舒适性不及沥青路面；噪音较大，我国对低噪音水泥路面尚未开展研究和应用； （2） 在路基、地基变形或不均匀沉降条件下，易形成脱空，附加应力很大，极易产生断裂破坏，对路基稳定性要求高，对不均匀沉降的适应性差。  （3） 水泥路面强度高、硬度大，即使断板后也难于清除，修复难度大，新浇筑面板的养护期较长。 3、 就水泥路面的问题开展的针对性研究  （1） 我国最新修订的水泥混凝土路面设计规范与施工规范规定特重、重交通高速公路、一级公路甚至某些二级公路，基本路面结构为每条缩缝插传力杆的水泥路面，极大地提高了平整度的保持期与行车舒适性。 （2） 我国最新修订的水泥混凝土路面设计规范与施工规范要求对非稳定路基进行连续沉降观测，根据观测结果和经验，在一般不均匀沉降路段使用补强钢筋或钢纤维混凝土路面；对于极不稳定的路段使用小块预裂“活”路面。从路面结构设计上最大限度地防止断板破坏。 （3） 提出积极的预防性养护措施：一是及时填补渗漏水的接缝；二是及时压浆稳板。防止在使用过程中的早期断板。 （4） 针对水泥路面修复难，我国正在进行两个方面的研究工作：一是快速清除机械设备 ；二是快通混凝土，达到1012小时即可完成修复，不阻碍交通之目的。 结论二：水泥路面与沥青路面都存在固有的优缺点，谁也不可能“独占”高速公路路面，必须扬长避短、趋利避害地正确选择和使用“黑白”两种路面，实现共同进步和发展。 两种路面的资源状况     1、沥青路面的主要材料资源状况 建造高速公路沥青路面的最主要材料是重交通沥青，我国目前基本依赖进口。首先我国是原油进口国，原油与沥青总量缺口很大，我国每年重交通沥青缺口超过100万吨，由于建筑、水利、铁路等各行业的大量需求，公路行业可得到的国产沥青有限。近10年来，我国每年进口重交通沥青的费用都在30亿元以上。作为我国交通基本建设大宗原材料的重交通沥青主要依赖国际市场，而国际市场上沥青价格的波动很大，变幅与原油有1倍的差别。今年由于伊拉克战争的影响，拟建造的高速公路沥青路面就面临着沥青价格大幅上扬的巨大压力。 沥青路面造价高昂的第二个原因是我国相当多的省区缺乏制作表面抗滑磨耗层的玄武岩或辉绿岩碎石，有的甚至需要500km以上的运距，运费很高。 2、 水泥路面的资源状况 水泥路面在我国的资源情况可谓得天独厚，我国连续10年是全球最大的水泥生产与出口国。2002年，我国水泥产量达到6.3亿吨，尽管我国大量的小立窑水泥厂生产的水泥不完全符合建造高速公路的要求，但在200km运距范围内，各省区都有符合高速公路建设要求的旋窑“大水泥”，完全能够满足本省区需求。我国近10年来，由于水泥市场供应充裕，价格稳中有降，平均单价在300元/吨左右，与进口重交通沥青单价差近10倍。因此，在高等级公路上建造水泥路面有巨大的经济效益，面层可节省投资1540%。目前我国在高速公路上建造的连续配筋水泥路面单价155元/m2，不超过上面层改性沥青路面；全缩缝插传力杆的水泥路面单价110元/m2，低于重交通沥青路面；普通水泥路面单价仅6090元/m2。 另一方面，沥青本身是一种稀缺能源，世界政治或战争无不与能源有关，而水泥生产使用的是我国富足的煤炭，因此在能源危机的年代，美国建造了相当数量的水泥路面。 结论三：由于我国客观的资源状况，决定了在高速公路上不允许也不可能放弃水泥路面而只建造沥青路面。纵观世界各国高速公路黑白路面的比例，无一例外是由各国的资源条件所决定。世界各国都充分认识到，基本建设的大宗原材料应更多地依靠国内资源。我国的资源状况要求我们必须大力发展水泥路面技术，建造更多更优质的水泥路面。 指导方针：因地制宜，黑白并举 1、资源约束和性能互补要求“黑白并举” 由上述两种路面的性能对比和资源状况分析可见：各自的主要优缺点基本是相反的，尽管我们在着力攻克水泥路面存在的某部明显的技术缺点，但迄今为止并未在实际建设和养护中获得彻底解决。因此，我国必须推行“因地制宜，黑白并举”的建设指导方针，根据实际情况，正确选择和使用路面。具体地讲，应在地形较好的平原区，尽量多建造水泥路面，而在路基填挖方的重山区建造沥青路面；在气温较高、降雨量充沛的南方地区多建造水泥路面，在县乡公路或偏远地区多建造水泥路面。 在具体路段的选择问题上，应由当地的工程技术人员决定。他们对当地气候、地形、材料、技术等情况最了解，除了上述条件外，还要考虑到当地的技术传统或优势等因素。黑白路面有不同的两套施工技术，各自的技术难点也不同，要建好均不易。除技术问题外，大规模工程建设经验也很重要。我国某些省区放弃了建造水泥路面的领先优势，这对大面上的工程质量将带来不利的影响。 2、黑白两种路面不是争论而是互补 国际上历来存在黑白两种高级路面之争，各自宣扬优势和好处，淡化缺陷、不足或不适应的地方。笔者认为，两种路面不是争论，而是必须相互补充，取长补短，黑白路面是公路建设者手中的两个不同的实现手段，恰如人的两条腿，缺一不可。 我国一些省区在前些年的高速公路建设中已经出现过这方面的偏差，先是使用落后的小型机具建造水泥混凝土路面，破损较多，后全部改用沥青路面，结果某些新建沥青路面在几个月内，一个雨季过去就出现了大量水损坏。相当数量的高速公路沥青路面的行车道路面在24年内出现了严重的车辙和平整度损失，不得不铣刨加铺。沥青路面的修补期过短，早期损坏太多太快，已成为行业内有识之士高度关注的问题。目前在西部交通项目中设立了沥青路面早期破坏的重大项目开展研究。有的老公路建设者疑惑，修了一辈子公路，越来越不会修了。 沥青路面与水泥路面的互补性和相互依存，不仅体现在建设期间，还反映在路面加铺、改建形式的可持续发展上，笔者曾在中国公路杂志上发表了“多次加铺实现超高级路面结构”的文章。文章提出，加铺时不宜仅使用刚性路面或柔性路面，仅使用沥青路面加铺，车辙会越来越深；仅使用水泥路面，在基层过弱时，第三层也将断板破坏。多次加铺一定是刚柔相间层次，方可达到超高级路面50年以上长寿命的使用要求。 3、路基稳定是建好水泥路面的前提 近年来，我国修建的水泥路面也有相当数量的早期断板破损问题。一般而言，前23年的破损是由于基础或路基不稳造成的，所以经常会发现这样的现象，越是高路堤、软路堤或填挖较多的路堤，越容易出现断板；相反，低路堤、老路堤早期破损越少。使用34年后的水泥路面破损与接缝渗透水和冲刷密切相关，及时进行接缝填缝密封，并对冲刷脱空尽早进行探查和灌浆稳板的水泥路面，运营状态就好，使用寿命也可大大延长。 路基沉降与脱空造成的断板破坏，通过交通部公路科学研究所罗翥硕士的理论分析，从理论上引进除荷载应力和温度应力外的第三应力即支承不均的附加应力计算，已经得到了试函数法的解析解答，并与有限元法的解答相对照，结果基本一致。理论上能够说清楚并不代表实际工程问题已经解决，但指明了解决问题的方向。从路面工程建设和养护实践方面讲，新近颁布的水泥混凝土路面设计、施工和养护规范已经明确了解决问题的方法，但全面落实这些规定将有一个过程。 关于路基稳定性问题，相当数量的公路工程技术人员提出应给水泥路面的路基在建设期间足够的稳固时间，但在当前我国加快高速公路建设时期，项目建设程序不允许。工程技术人员的责任就是要从技术上采取有效措施，在较短工期条件下，探索新思路、新方法来解决稳定问题。例如安徽省大规模使用的80cm厚路床改善土，广西大量使用的粒料路床等技术已经在相当程度上解决了此问题。 4、加快水泥路面的科技进步 客观地看，在我国高速公路沥青路面的建造技术和工艺水平要高于水泥路面，沥青路面的大规模建设时期先于水泥路面，沥青路面建设中积累的成功经验比滑模摊铺水泥路面更丰富、也更加成熟。但也应看到，在沥青路面建设技术进步的同时，我国高速公路水泥路面的建造技术和工艺水平已经取得了很大的进步。可以说，已经实现了跨越式技术发展和工艺进步。我国目前的高速公路滑模摊铺水泥路面的建设规模、施工速度、平整度、弯拉强度及使用年限等具体指标已经达到国际上发达国家水平。 目前，我国在使用“双掺技术”的高性能道路混凝土领域已经达到国际领先水平。我国近年来建设的高速公路水泥路面的平均弯拉强度已经达到6.57.3Mpa，韧性、抗超载能力和耐久性大大提高。在原材料和施工技术上实现了更强、更耐久的目标。具体体现在新修订的公路水泥混凝土路面施工技术规范中原材料扩展使用外加剂和掺合料，路面混凝土配合比为耐久性控制，高速公路要求使用滑模摊铺技术、板底增加沥青封层等。 在水泥路面的结构设计方面已经摆脱了多年以来单一普通水泥混凝土路面的束缚，实现了多元化，达到了更适应变形、更抗超载能力更强的目标。在新修订的公路水泥混凝土路面设计规范中，已经编进的水泥路面新结构有：全缩缝插传力杆的混凝土路面；钢筋混凝土路面；连续配筋混凝土路面；钢纤维混凝土路面、结合式与分离式加铺层等。 不少工程技术人员提出：高级路面不是刚性路面就是柔性路面，可否做半刚半柔的路面？取得两种路面共同之所长？从原材料角度看，半刚半柔的材料已经存在，例如聚合物混凝土、树脂混凝土等，技术上已经成熟，但用于大规模高速公路路面的却极少，问题出在造价和原材料产量与供给两个方面。树脂与聚合物是石化产品，没有一个工业行业来支撑，导致价高量少，树脂与聚合物的单价均在2万元/吨以上。目前国内外尚不可能提供几十万吨的总量，更不可能日供应几千吨的原材料。尽管如此，国内外均在特殊工程或特殊部位使用了此类半刚半柔材料，如钢桥面的铺装、特殊水力冲磨部位等。 沥青混凝土面层具有良好的力学性能和较好的耐久性以及行车舒适性，适合于各种车辆的通行，并具有坚实、耐久、平整、良好的抗滑、防渗、耐疲劳的性能和抗高温开裂的温度稳定性，但是随着国民经济快速、协调发展，量的不断增长，我国交通量日益增大，车辆迅速大型化且严重超载，使公路路面面临严峻的考验。-第 4 页-