一 、 目前瀝青混凝土路面存在的突出問題
據有關資料統計,瀝青混凝土路面造價占公路總造價的1/4~1/3,并且維修經費又絕大部分用于路面,瀝青混凝土路面普遍存在的技術和質量難題主要有兩點。
一是耐久性差。目前國內瀝青混凝土路面較長的使用壽命為8年~12年,普遍短于設計使用壽命(15年~20年),而且因自然環境和運行狀況不良,有的路面甚至3年~5年即需要整體翻修改造。
二是路面的早期破壞嚴重。有的新路開通后2年~3年,長的6年~8年就出現坑槽、開裂、車轍、抗滑性能不足等病害而需要維修。
自20世紀80年代以來,我國雖然在公路設計、施工、原材料等方面水平上有了很大的提高,但公路路面仍然經常發生不少早期破壞現象。除設計和施工方面的原因以外,主要外因是交通量增長過快,重載、超載嚴重,使道路長期處于超負荷運轉狀態;主要內因是材料(瀝青、骨料等)性能差,導致路面抵抗拉應力(如冷熱、干濕的脹縮應力、荷載彎拉與疲勞應力、反射裂縫的擴張應力等)剪應力、滲水和粘結老化等能力相對不足。
由于上述原因產生的不良后果是令人震驚的,即使采用重交通道路瀝青和規范規定的混合骨料及級配下,路面也難以承受目前道路運輸的現狀。
二 、改性瀝青和SMA技術的不足
我國公路部門為了解決這些嚴重又緊迫的問題,在學習國外先進經驗的基礎上采取了一些措施和辦法,摸索出一些成功的經驗,其中使用最多的改性瀝青與SMA路面兩項新技術。例如北京市公路局將其用在“國門第一路”(首都機場路)、“國航第一道”(首都機場跑道)、“中華第一街”(長安街)的建設和改造中,取得了良好使用效果和經濟效益,兩項技術同時采用則效果更好。
但改性瀝青和SMA路面兩項新技術用于公路工程時仍存在缺陷:
1)它需要的專用設備和材料(優質骨科、改性劑、填料)一般地區難以具備,而且一次性投資較大,其要求的施工技術也比目前常規做法增加了不小的難度。
2)隨著近期國內外石油價格的上漲,兩項新技術原已較高的成本又將增加。按1998年物價計算,SMA路面每公里成本需增加9.7萬元,若與改性瀝青同時應用則每公里約增加38.8萬元,費用增加多少與是否采用國外原料、加工設備和不同改性劑有關。長期以來,進口道路瀝青以高于國際市場近2倍價格輸入我國而牟取了暴利。例如在美國、新加坡等國家的瀝青價格約90美元/噸,而在我國的銷售價格為135美元/噸。我國近年來道路瀝青年產量在220萬噸以上,在數量和質量上與實際需求都有很大差距,導致進口瀝青仍然有增無減。因此這兩項新技術在我國也只是在高速公路、高等級公路重要路段、交叉口、停車場、立交橋、機場等使用,還不能像發達國家那樣普遍使用。
3)從增加路面抗裂、防滲、隔離、擴散的機理來說,過分依賴于增加瀝青結合料的彈性和粘結力,以及增大骨科強度與減少混合料孔隙率的辦法并不是最優的。因為瀝青結合料的改性能使其抗拉、抗剪的力學性能增加,但幅度終究不會太高;高強骨料也不是各地區均有;混合料孔隙率的降低已近極限,而且在骨科和結合料之間的界面總會因材料的物理和力學性質的差異而不可避免地出現滲水通道。另外其對路基承載能力的改善也無能為力,反而要求更高。 來源:www.examda.com
4)瀝青材料本身的日曬老化、高溫軟化、低溫脆化、沖擊疲勞等問題還有待解決。 本文來源:考試大網
三、將土工合成材料引入瀝青混凝土路面
在一般車輛荷載作用下,公路三層結構的動穩定度基本取決于表層,而與中、下層關系不大。在目前廣泛使用重交通道路瀝青和規范規定的混合料骨料級配條件下,如果在面層下部或底面合理采用適合的土工合成材料,既可提高面層的抗裂、防滲性能,還可以對基層或路基承載能力的提高發揮作用,不僅能夠相對節省造價和不增加施工難度,而且維修周期將有效延長,破損程度也將減輕。
比如純水泥混凝土承擔更高荷載作用時,如果只考慮水泥的力學性能或骨料的配合比而不加入適當的鋼筋(高分子聚合物等非金屬)來承擔它工作中過大的拉、壓、剪應力,那么它至今也不會獲得如此廣泛的應用。公路、市政等部門何不也將注意力更多轉向加筋瀝青混凝土的試驗研究和設計應用呢?據國外統計數據,公路工程中應用的土工合成材料已占其全部用量的1/3以上。
交通部在1993年就曾將《土工格柵在道路工程中的應用研究》列為“八五”聯合攻關課題,其中采用土工格柵防止寒冷地區瀝青路面開裂的研究由黑龍江省交通廳承擔。河南、湖南、湖北、陜西、黑龍江、北京等地公路部門利用土工格柵修筑了一些試驗路。2000年4月26在江蘇省連云港市召開了“全國公路土工合成材料應用技術交流會”,并出版了會議論文集,交通部公路司副司長李彥武作了題為“應重視土工合成材料在公路工程中的應用”的報告,報告中介紹了3項措施:制訂規范、建立重點土工合成材料企業、修筑示范工程。
上個世紀80年代以來,各地也曾陸續開展了這方面的現場試驗研究。如1986年陜西公路局在西包線上開展的瀝青路面開裂的試驗研究;1985年同濟大學在福廈線上路面裂縫的治理研究;河北工學院對上海機場水泥混凝土跑道病害的治理研究;湖北省宜昌市公路局對土工網在瀝青路面中的應用研究;大連港灣工程總公司在出港公路上的面層補強應用研究;大連黃海大道采用多功能土工格柵治理縱縫研究;佳木斯市公路局用土工織物治理道路翻漿的研究;以及最近遼寧省高速公路局在沈陽-鐵嶺高速公路路面采用玻纖網的試驗等等。另外還可看到不少公開發表的有關探討公路面層或基層加筋效果數值計算的文章。
對上述這些寶貴的實踐有以下幾點體會:公路病害治理要長、短期結合,標本兼治,路面和基層(包括路基)處理時要統一考慮,技術和經濟要結合起來,采用新材料要有新技術配合。
迄今試驗所采用的土工合成材料主要是無紡土工布(非織造針刺土工織物)、編織土工布(織造土工織物)、土工網、土工格柵、土工膜、排水帶等,近期還有玻璃纖維網(玻纖格柵)、多功能土工格柵等。
根據以往實踐經驗和國家標準《土工合成材料應用技術規范》(GB 50290-98)第7.6節及交通部標準《公路土工合成材料應用技術規范》(JTJ/T019-98)第七章規定,為了減少或延緩新建道路基層(因干縮作用)或舊路面(各種拉應力作用)已有裂縫向上新鋪面層反射,可以選用非織造針刺土工織物,其單位面積質量(g/㎡)不大于200,極限抗拉強度不小于8kN/m,耐溫性宜在170℃以上。也可選用玻纖網,其孔眼尺寸宜為瀝青混凝土面層的混合骨科最大粒徑的0.5~1.0倍,極限抗拉強度應大于50kN/m,最大負荷延伸率不大于3%.不過二者在面層下面實際所起的作用機理和效果是多方面的(不僅限于防治反射裂縫),既有相同但又有區別。