新技术新材料在道路工程中的应用

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1、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

2、，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）、DCPETC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

3、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

4、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

5、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

6、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35m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4 0cm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

7、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2 8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：测量放线一模体安装和调试一安装钢筋一浇 筑混凝土以及模板滑升一养生和拆模。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

8、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1015 cm,纵向搭接距离102 0 cm ；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

9、接距离为75150mm,纵向搭接距离为255 0mm，然后用胶 轮压路机进行12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. 1 SEMA的发展及其应用4.1.1 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SEA M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。4.1.2 SEAM的性能分析研究表明,SEAM沥青混

10、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. 3 SEAM在国内外的应用早

11、在2 0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。20 0 0年我国开始引入SEAM沥青混合料，并于2 0 02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. 2 SMA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、

12、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。4.2.2 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

13、。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OSMA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)

14、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. 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。1 9 9 2年，我国从奥地利引进“ Novophal t ”沥青技术，并于1 9 9 3年首次在广佛

15、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. 3 EPS的特性及其应用4. 3.1 EPS的概念及特性聚苯乙烯泡沫(ExpandedPo lystyrene 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

16、、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。3.3.2 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1 9 9 2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15 cm黄砂找平层.然后将EP