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新型材料在道路交通中的运用
发布时间:2019-05-05 16:21:40       作者:王金权 蒋小军       来源:自贡东北部新城管委会

“千古百业兴,先行在交通”。近年来,我国道路交通迅猛发展,2018年底全国公路总里程达到486万公里,高速公路突破14万公里,里程规模居世界第一。路面状况显著改善的同时,公路技术水平也有了突飞猛进的发展。绿色节能型环保材料的问世,为人们的生活增添的一道亮丽的风景线,特别是新型沥青路面材料在满足安全性、舒适性的基础上,朝着功能型、环保型“并跑”甚至“领跑”水平发展,让城市环境“绿起来”,城市道路“靓起来”,城市交通“快起来”。

一、沥青路面的发展

沥青路面是我国路面的一种重要结构形式,是指在柔性基层、半刚性基层上,铺筑一定厚度的沥青混合料作面层的路面结构(其演变结构如下图)。据统计,我国高速公路中沥青路面占90%左右,水泥路面仅占10%左右。这种路面与砂石路面相比,其强度和稳定性都大大提高;与混凝土路面相比,表面平整无接缝,行车振动小,噪音低,开放交通快,养护简便,适宜于分期修建。


在沥青混凝土路面大规模修建的同时,伴随着交通运输业迅速发展,交通量的增加,重载和超载车比例的增大,导致沥青路面在使用过程中出现了严重的破坏,例如车辙、磨光、沉陷、纵向裂缝和推挤等,有的甚至在使用初期就发生了严重的破坏。此外,沥青路面施工工艺复杂、造价高,且面层损伤修补后接缝较多,降低道路整体强度。这不仅严重影响道路的使用质量,缩短使用寿命,而且严重威胁行车安全,造成巨大的经济损失。因此,路面材料的选择是道路建设的重要部分,它直接影响到道路的舒适性、使用寿命以及工程造价。

二、沥青路面材料的分类

沥青混凝土按矿料的组成不同,可分为密实-悬浮结构(AC)、密实-骨架结构(SMA) 和骨架-空隙结构(OGFC)

(一)AC路面,即普通沥青混合料(Asphalt Concrete的简称)。它是连续级配,各档料的用量是连续的,逐级填隙,其混合料属于悬浮密实型骨架,具有很大的密度,但由于各级集料被次级集料和沥青胶浆所分隔,不能直接互相嵌锁形成骨架,因此该结构具有较大的黏聚力,但内摩擦角较小,高温稳定性较差。

(二)SMA路面,即沥青玛蹄脂碎石混合料(Stone Matric Asphalt,简称SMA)。它是间断级配,其混合料属于骨架密实型结构,各档料的用量不是连续的,其特点是“三多一少”,即:粗集料多、矿粉多、沥青多、细集料少。一是含量较多的粗集料互相嵌锁组成高稳定性(抗变形能力强)的结构骨架;二是细集料矿粉、沥青和纤维稳定剂组成的沥青玛蹄脂将骨架胶结一起,并填充骨架空隙,使混合料有较好的柔性及耐久性。

(三)OGFC路面,即开级配排水式沥青磨耗层(Open Grande Asphalt Friction Course,简称OGFC)。它是指用大空隙的沥青混合料铺筑,具有较大的孔隙率,能迅速从其内部排走路表雨水,具有抗滑、抗车辙及降噪性能。但对比于传统沥青混合料路面,OGFC路面具有生产成本高,容易被赃物堵塞,一旦不能排出,则失去排水降噪功能,维护成本较高,且不适于寒冷多雪地区应用;空隙率大,重载车辆急转弯或急刹车时容易发生剪切破坏,容易脱层。目前,尚在探索阶段,需要因地制宜、谨慎选用OGFC路面。


三、沥青路面材料的应用

从《京都议定书》《巴黎协定》,到污染防治攻坚战,环保问题越来越受到重视,节能减排在21世纪成为潮流。将生态环境作为引导道路交通发展的一个重要因素,路面材料向着高性能、多品种和综合利用等方向发展,做到与环境协调、可持续发展,是“十三五”深化改革开放、加快转变经济发展方式浓墨重彩的一笔。

(一)SMA路面的运用。SMA是当前国际上公认的一种抗变形能力强,耐久性较好的沥青面层混合料。由于粗集料的良好嵌挤,混合料有非常好的高温抗车辙能力,利用沥青玛蹄脂的粘结作用,改善低温变形性能和水稳定性,添加纤维稳定剂,使沥青结合料保持高粘度,其摊铺和压实效果较好。同时,间断级配在表面形成大空隙,构造深度大,抗滑性能好,混合料的空隙较小,耐老化性及耐久性高,从而全面提升沥青混合料的路面性能。

在东北部新城区域已实施的道路中,燊海井路、家居城至皮革城路段等道路采用AC路面,而北环路拓宽改造、恐龙大道一期(朝土路)、成自泸赤高速公路大安互通及连接线等道路采用SMA路面。根据建设与实际使用情况可见,采用SMA路面的道路,具有良好的稳定性、舒适性和表面功能(抗滑、车辙小、平整度高、噪音小、能见度好),综合经济效益和环境效益优于AC路面。可在交通流量和行使频度急剧增长的快速路、主干路如S309、自贡国际马拉松赛道及配套设施、燎鹅路西段、部分“白改黑”等重点工程上推广使用。

(二)试点采用OGFC路面。近年来,降噪排水路面逐渐使用,以提高城市道路的使用功能和降低交通噪声。在沥青路面结构组合选用上就使用到了OGFC作为上面(磨耗层),中面层、下(底)面层等采用密级配沥青混合料。既满足沥青路面强度高、高低温性能好和平整度密实等路用功能,又实现了城市道路降噪排水的环保功能。

一是“海绵设计”医治“城市看海”。“海绵城市”中提倡建设大空隙的OGFC排水沥青路面,即利用OGFC相互连同空隙的开级配混合料,为大雨时提供排水通道,雨水垂直通过OGFC到达不渗水的下层表面,然后从侧向排除路面边缘,通过道路的排水边沟等措施排入雨水收集系统,避免路表积水成膜,以增加城市的透水透气空间,调节城市小气候,保持生态平衡。实际应用表明,OGFC这类“会呼吸”的地面铺装具有优良的排水、防滑功能,在遂宁市、秀山县等海绵城市建设中获得了较好的应用。建议可在青龙湖片区、自贡国际恐龙马拉松赛道及配套基础设施中试点运用。

二是减少水雾利于行车安全。OGFC表面没有残留水,几乎可以消除水雾,减小在潮湿状态下前灯的眩光,利于改善能见度,减少驾驶疲劳。同时,OGFC表面层的标志线可见度高,尤其是潮湿天气,抗滑性能等效果显著,利于交通安全。为此,建议在车流畅通、车速较高的道路如北环快速通道上(避开干线道路的交叉口、停车场等区域)试点运用。

三是降低噪音优化城市环境。相关研究指出,交通噪声每增长1dB,周围土地价格减少0.08-1.26%,不利于沿线经济发展,且引发噪声污染的社会管理成本提高。通过优化路面结构和建筑材料来降低噪音是最本质、最有效的方式之一。实践表明,与水泥混凝土路面相比,OGFC路面降低噪音效果5-7dB,雨天降噪效果更佳,而用于城郊附近的防音墙通常能降低3dB的噪音。研究比较OGFCSMAAC三种路面降噪性能得出,OGFC效果最优,SMA降噪性能次之,AC较差。铺筑OGFC也许是一种能够代替防音墙,抑制行车产生的“声爆”,减缓交通噪音的有效方法。建议在科教园区、区妇幼保健院等区域道路上探索运用,提高环境、经济、社会等效益。

(三)温拌沥青技术应用。SMA及普通沥青混合料的摊铺作业原则上应连续进行,在雨天或雨后有积水、路面基层(或施工下层)未干燥、气温低于10℃时,都不得施工。如由于恶劣天气条件、机械故障或其他不可抗力因素造成必须停止摊铺作业时。

在不降低路用性能的前提下,如何在不改变工期的条件下,低温环境中铺筑沥青,是我们在建设成自泸赤高速公路大安互通及连接线过程中遇到的一个难题。

我们践行区委“三看三干”理念,结合实际探索运用发现,通过添加温拌剂(粉状),拌和温度降可由150℃以上降至100-120℃,摊铺碾压温度在80-90℃即可保证施工质量。

这是我区首次在气温低于10℃时成功铺筑改性沥青,保证道路建设时间“不间断”。同时,由于其较低的拌和及压实温度,与热拌沥青混合料相比还有具有生产能耗低、废气和粉尘排放少等优点,在降低能源消耗和保护环境方面具有重要的实际应用价值。

 

(王金权:自贡东北部新城管委会副主任,蒋小军:自贡东北部新城管委会综合部部长)

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