新技术新材料在道路工程中的应用

新技术新材料在道路工程中的应用新技术新材料在道路工程中的应用（河南理工大学，土木工程学院，道桥）摘要：近些年来随着我国公路建设进程的不断加快，在公路建设施工中涌现出许多新技术，这为提高公路性能和质量创造了可能。但我们不应满足于当前的技术，而应当不断探索、分析，寻找出更加完善、科学的施工技术。对当前道路上程中不断出现的新材料、新技术．睹如SSEMA(沥青混合料改性剂)、SMA(沥青玛蹄脂碎石混合料)、EPS(聚苯乙烯泡沫板)等的应用，研究其发展和应用情况以及施工过程的各个环节，以利提高工程建设者的知识水平，确保施工质量满足规范要求。关键词：道路工程；新材料；新技术；路面结构；施工技术1引言随着我国城市化进程的加快，经济社会活动日益活跃，大量的人流物流使城市交通流量骤增，因而，对道桥的施工、维护及运营也提出了更高的要求，因此，在进行道桥建设上采用新技术新材料，因为在建设道桥工程中采用新技术、新材料能够增强道桥的坚固性、耐用性、道桥搭建的合理性，从而降低安全事故的发生及需要经常维修道桥等现象的出现。最近几年，国内用于道路建设的新材料、新技术、新设备不断出现在各个城市的市政工程建设中．尤其是在一些重点项目中，也都出现了诸如：SEMA(沥青混合料改性剂)、SMA(沥青玛蹄脂碎石混合料)、EPS(聚苯乙烯泡沫板)、DCPET(路用工程纤维)、CE(玻纤格栅)等新材料、新技术的应用。2公路施工中的新技术新工艺2.1泡沫沥青冷再生技术泡沫沥青是在热沥青中注入常温水，膨胀后产生大量的沥青泡沫并破裂。当泡沫沥青与集料接触时，沥青泡沫就会化成大量的“小颗粒”，在集料的表面散布，形成大量粘有沥青的细料填缝料，再经过搅拌能很好填充粗料之间的缝隙，保障混合料的稳定。这些混合料具有良好的性能，可用于沥青下面层和路面基层的使用，并对基层和沥青下面层材料进行全厚度再生。因此，泡沫沥青冷再生混合料级配比例就尤为重要。泡沫沥青再生技术的使用省去了加热集料和烘干集料的步骤，节约了能源，促进了旧路面材料的循环利用，具有很强的环保价值。2.2喷锚技术在公路施工中，爆破技术使用不当会给路堑边坡的稳定性带来一定的影响，这时就需要使用喷锚技术，能有效防止这种现象的出现。支护喷锚网是喷锚技术的核心，能提高高坡的岩土结构强度和抗变形能力，还能有效提高边坡的稳定性。喷锚网的实施工艺是搭设脚手、修整边坡、钻孔、对锚杆进行灌浆、张拉后二次灌浆、挂网、喷射混凝土。2.3共振碎石化技术该技术主要是针对水泥混凝土路面的修复工作进行的，能有效提高路面的均匀受力和整体性能，是公路施工中的一项新型技术，具有以下特点：施工效率高、周期短，原材料利用率高、成本低，良好的排水性，渗透性能好。共振碎石化技术能从根本上改善公路的反射裂纹现象，且无需反复修复，对路面的损伤度较小。2.4防水混凝土结构在进行防水工程作业的时候，可以运用防水混凝土结构，该种结构具备良好的密实性能，以此达到很强的防水性能。防水混凝土结构具有承重、维护和抗渗漏的性能，还可以达到抗冻、抗融、抗侵蚀的效果。防水混凝土结构跟之前传统的施工工艺对比，这种结构的原料来源是非常广泛的，施工工作操作起来非常便捷，对今后的检查维修非常方便。防水混凝土结构不仅仅能够缩减施工工期、完全施工条件，还能够达到降低工程成本的目的。3新技术新工艺在道路施工中的具体应用3.1在路基施工中的应用3.1.1路基填压施工在路基填料时，要达到设计标准的要求，如果没有达到要求，就要采取掺合粗粒料、石灰等稳定的材料。在路基压实上，一般使用大吨位压路机进行碾压，如无法满足要求的情况下，就要采用新技术，如土工合成材料加固、轻质路堤、灰土挤密桩等。此外，在对浅层的软土地路面要在地表上要先铺土工布，再填筑路堤。对软土层厚3～5m的地基，应该采用土工布与排水砂垫层结合的方法，也可以在陆地下面与地表之间铺上土工织物，来保障地基的稳固。3.1.2路基排水在实际施工过程中，先开挖一条临时排水边沟，将施工期地表水排除，并降低地表水，然后在路基底部加入低剂量的石灰，设置40cm厚的稳定层。3.2在路面施工中的应用目前国内的路面构成主要是沥青路面和水泥混凝土路面，水泥混凝土路面在施工技术、装备水平以及稳固性能上都不及沥青路面。使用人工施工水泥混凝土路面时会使得计量误差超过施工规范的精度，面板的密度、材料的匀质性都达不到标准要求，很容易使得路面遭到破坏。滑膜施工技术对水泥混凝土路面有很好的稳固作用，实验表明，肉眼能看出混凝土颜色差别时，水泥误差超过了5%，单位用水量误差达到了7%；配合比为28天6MPa的混凝土，振捣不密实度为2.6MPa。具体的实施工艺可以按下面步骤进行：测量放线→模体安装和调试→安装钢筋→浇筑混凝土以及模板滑升→养生和拆模。3.3在路面维护中的应用3.3.1路面修复固定性施工。该工艺主要应用于对公路的大面积修复时，具有显著的效果。具体要求如下：采用固定法铺设玻璃纤维土工格栅时，要在洒布粘层沥青的下层结构上固定铁皮和钉子，然后再将格栅纵向拉紧并分段固定；工格栅搭接的距离：横向搭接距离10～15cm，纵向搭接距离10～20cm；固定时不能将钉子钉在玻璃纤维上，不能用锤子直接敲击玻璃纤维，在固定过程中，如果发现钉子断裂的话，要重新固定；固定完毕后，要用胶轮压路机适度碾压，保证工格栅与原路面粘结牢固；在固定完毕后当天就必须在所有的工格栅上铺上沥青混凝土并用压路机进行碾压成型。3.3.2路面修复自粘性施工该工艺主要应用于公路局部受损基层，进行填缝处补强、路基表面找平、坑槽处理后对其表面铺设加固等修复工作。具体工艺如下：给已经处理基层的道路表面上喷洒粘油层，铺设工格栅，工格栅之间横向接缝沿铺摊方向搭接距离为75～150mm，纵向搭接距离为25～50mm，然后用胶轮压路机进行1～2遍的碾压，最后铺上沥青混凝土，进行碾压成型。4道路工程中新材料的发展4.1SEMA的发展及其应用4.1.1SEAM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。4.1.2SEAM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。4.1.3SEAM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。4.2SMA在道路工程中的应用4.2.1SMA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。4.2.2SMA的特性高温稳定性好。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。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。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。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。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。4.2.3SMA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。4.3EPS的特性及其应用4.3.1EPS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。3.3.2EPS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。EPS施工也很简单。譬如，某桥坡施工，首先将需要处理的桥坡段按设计要求进行开挖，清除湿软土基，整平基底丽，铺10cm碎石和15cm黄砂找平层．然后将EPS板材象砌墙砖一样一块一块错缝拼砌．每砌好一层，用EPS专用联接件将每四块EPS板材相接的角扣紧咬固，然后再拼砌第二层，以此类推，一层一层，一直砌到设计标高要求的高度为止。最后，再在EPs板材上商浇筑10～15cm钢筋混凝土封层，至此，EPS施工即告结束。以上桥坡路面将按道路结构层或桥坡结构层再行施工。3.4DCPET（路用工程纤维）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年，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3-5a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0.02~0.03mm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2~2.5kg/t，中等交通2.5~3kg/t，重交通3~4kg/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10~15s，然后再按常规注入沥青混拌30~40s，从而保证纤维在沥青混凝土中能均匀分布。3.5CE(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自粘型和固定型两种形式。4做好公路施工新技术新工艺的控制管理工作在公路施工做好新技术新工艺的控制管理工作，能促使新技术新工艺在公路施工中的更好发展，能有效确保施工阶段各道