我國(guó)水泥公路面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

王亞奇 楊 杰

(長(zhǎng)安大學(xué)，陜西 西安 710064)

1 我國(guó)公路的發(fā)展現(xiàn)狀

截止到2011年年底，全國(guó)公路總里程已突破400萬km大關(guān)，其中高速公路總里程達(dá)到8.5萬km，位居世界第二，僅次于美國(guó)的10萬km。然而由于水泥路面存在著主要的兩大問題(即:水泥路面的行車舒適性不及瀝青路面和水泥路面損壞后修復(fù)難度大)，使得我國(guó)高速公路中絕大多數(shù)采用瀝青路面，出現(xiàn)了一邊倒的現(xiàn)狀。目前我國(guó)的水泥路面主要用于低等級(jí)道路中，其舒適性差和修復(fù)難的缺點(diǎn)不應(yīng)成為在高速公路上選用水泥路面的障礙，這些問題均可通過科技進(jìn)步來解決。目前國(guó)際原油價(jià)格的上漲使瀝青資源更為寶貴，而白色路面眾多的優(yōu)點(diǎn)也已被專業(yè)人士發(fā)揮到極致，新的科技成果彌補(bǔ)了水泥路面的缺陷，相信會(huì)有越來越多的人開始重新考慮選擇“黑”還是“白”的問題。

2 我國(guó)水泥路面面臨的機(jī)遇

2.1 經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢(shì)

2.1.1 發(fā)展水泥路面對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的貢獻(xiàn)

1)我國(guó)水泥資源及供給狀況。我國(guó)是目前世界上連續(xù)20多年水泥生產(chǎn)和出口的第一大國(guó)，有上萬家水泥廠，年產(chǎn)水泥十億多噸。我國(guó)生產(chǎn)水泥混凝土路面的所有原材料資源:水泥、砂石料、鋼材、外加劑、粉煤灰等全部在國(guó)內(nèi)自給有余。從全國(guó)來看，平均每個(gè)縣有1家～2家水泥廠。目前水泥的銷售小于生產(chǎn)能力，供過于求，價(jià)格低廉，全國(guó)平均價(jià)格在400元左右，因此面層初期投資相比瀝青路面可節(jié)省15%～40%左右。2)水泥路面建設(shè)對(duì)水泥等工業(yè)的帶動(dòng)作用。按全國(guó)平均建成3.2萬公路水泥路面計(jì)算，使用水泥混凝土8 000萬m3，使用水泥2 800萬t，占年生產(chǎn)總量的2%～3%，這個(gè)比例是很小的，不會(huì)對(duì)水泥帶來任何的實(shí)質(zhì)性影響。所以大力發(fā)展水泥路面對(duì)我國(guó)的水泥、砂石料、鋼鐵、化工等原材料工業(yè)以及設(shè)備制造業(yè)會(huì)帶來巨大的推動(dòng)力，提供更多的就業(yè)機(jī)會(huì)，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供更大的貢獻(xiàn)率。

2.1.2 我國(guó)瀝青資源及供給狀況

我國(guó)瀝青資源尤其是高等級(jí)公路用瀝青資源相當(dāng)匱乏，我國(guó)目前瀝青年缺口達(dá)到200萬t以上。自20世紀(jì)80年代中期以來，由于市場(chǎng)供求關(guān)系的影響，我國(guó)瀝青價(jià)格上漲了10倍～20倍，而且受國(guó)際市場(chǎng)上的原油價(jià)格波動(dòng)的巨大影響。譬如2003年上半年，由于伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)，原油價(jià)格由16美元/桶上漲到35美元/桶，導(dǎo)致進(jìn)口重交通瀝青也上漲了一倍多。近幾年國(guó)際瀝青價(jià)格漲勢(shì)更是迅猛，沖破5 000元/t大關(guān)，直接導(dǎo)致瀝青路面的建設(shè)費(fèi)用大幅上漲。這僅僅是價(jià)格方面的問題，更重要的是使得我國(guó)基本建設(shè)用的原材料過度依賴國(guó)際市場(chǎng)，受制于人，這將影響到我國(guó)的基本建設(shè)和經(jīng)濟(jì)安全。

2.1.3 修建水泥路面相比瀝青路面經(jīng)濟(jì)上存在的優(yōu)勢(shì)

對(duì)新建高速公路兩種路面造價(jià)相比較，瀝青路面在以下四個(gè)方面造價(jià)高于水泥路面:1)進(jìn)口瀝青均價(jià)是國(guó)產(chǎn)水泥均價(jià)的十幾倍。瀝青均價(jià)大約為5 000元/t，水泥均價(jià)為400元/t，瀝青均價(jià)是水泥均價(jià)的十幾倍。2)瀝青路面所用集料的投資是水泥路面集料的2倍～3倍。粗集料:瀝青路面是裸露粗集料路面，對(duì)集料的抗磨光、抗滑性、粘附性要求很高，要求使用玄武巖、輝綠巖等堿性集料，這些粗集料的價(jià)格視運(yùn)距遠(yuǎn)近是水泥路面粗集料的3倍～6倍。細(xì)集料:瀝青路面級(jí)配由粗集料、細(xì)集料和石粉三級(jí)原材料構(gòu)成，不僅比水泥路面多石粉這一級(jí)原材料，而且還不可使用天然石英砂，必須用玄武巖或輝綠巖碎石砂。瀝青路面的油石比一般為5%左右，而水泥路面中水泥石的分量約占20%。因此，瀝青路面中的集料總量比水泥路面多15%左右，這15%一般為石粉占有［1］。3)瀝青混合料拌和能耗遠(yuǎn)高于水泥混凝土。瀝青混合料一般在拌和場(chǎng)進(jìn)行熱拌和，而水泥路面混凝土為常溫拌和，不需加熱。因?yàn)r青混合料的熱拌和而消耗的費(fèi)用大約在150元/t～200元/t。4)瀝青路面需要的壓實(shí)能耗高。施工中，瀝青路面要多次碾壓、密實(shí)成型;而水泥路面只需要振搗密實(shí)成型。瀝青路面因壓路機(jī)壓實(shí)、膠輪壓路機(jī)精平，比水泥路面振搗成型需要的振動(dòng)壓實(shí)施工能耗高5倍～8倍。綜上所述，由于我國(guó)石油資源和能源的限制及制約，并伴隨瀝青均價(jià)的不斷提高，加之水泥路面養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用低，耐久性好等優(yōu)點(diǎn)，所以水泥路面在經(jīng)濟(jì)上具有很大的優(yōu)勢(shì)，加快水泥混凝土路面的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步是我國(guó)高速公路建設(shè)的客觀需求，也是促進(jìn)我國(guó)能源大發(fā)展的重要戰(zhàn)略措施。

2.2 技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)

1)剛度大、承載能力強(qiáng)。由于剛度在(3～5)×104MPa之間，使得板底分布荷載小，這使其對(duì)基層的承載力要求相對(duì)較低。2)耐水性、耐高溫性強(qiáng)。由于耐久性好，使其能夠在降雨量較大的地區(qū)和在洪水短期淹沒路面條件下照常通行;由于耐高溫性強(qiáng)，使其不會(huì)像瀝青路面那樣在持續(xù)高溫下產(chǎn)生較大變形。3)水泥路面平整度衰減緩慢、可維持長(zhǎng)時(shí)間的高平整度。只要水泥路面施工質(zhì)量好、基層抗沖刷能力強(qiáng)，其平整度保持良好的年限要比瀝青路面長(zhǎng)久。4)抗彎拉強(qiáng)度高、抗疲勞性好、路面壽命更長(zhǎng)久。瀝青路面有老化、耐水性差的缺點(diǎn)，其設(shè)計(jì)壽命15年，水泥路面設(shè)計(jì)壽命為30年，設(shè)計(jì)年限比瀝青路面長(zhǎng)一倍，保證建設(shè)質(zhì)量條件下養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用更節(jié)省，尤其對(duì)于重載交通和坡度較大的公路，水泥路面的優(yōu)勢(shì)更明顯。5)相比瀝青路面，水泥路面對(duì)集料的要求更低、集料易得。對(duì)于路面所使用的集料，水泥路面是由水泥這種水硬性結(jié)合料膠結(jié)而成，它可以容納各種類型的集料和砂，只要這些材料滿足一定的標(biāo)準(zhǔn)(如級(jí)配、砂率、潔凈等)就可以滿足要求。而瀝青混凝土路面對(duì)集料的要求較高，除應(yīng)滿足規(guī)范規(guī)定的強(qiáng)度、耐磨耗及粗糙度等指標(biāo)要求，還應(yīng)考慮瀝青與石料的粘結(jié)力等［2］。6)水泥路面較瀝青路面環(huán)保。眾所周知，瀝青路面對(duì)公路周圍的土地、地下水等會(huì)造成污染，瀝青的自然分解與降解需要幾十年，這也是國(guó)際上綠色環(huán)保組織反對(duì)大量建造瀝青路面的重要原因之一。而水泥產(chǎn)業(yè)擁有循環(huán)經(jīng)濟(jì)特征，生產(chǎn)水泥需要的是相關(guān)化學(xué)成分，不是特定的原料，生產(chǎn)水泥可利用各種高爐礦渣、粉煤灰等工業(yè)廢渣。采礦場(chǎng)廢棄的碎石等用來代替水泥廠大量需要的石灰石;煉鋼廠廢棄的鋼渣和來自銅礦、銀礦的銅尾礦、銀尾礦一起代替鐵粉;化工廠的膠硫石膏代替石膏;水廠、電廠、鍋爐房的廢棄物硫酸鋁渣、粉煤灰、爐底渣經(jīng)攪拌后作為混合料，這樣既提高了資源、能源的利用率，又降低了生產(chǎn)單位混凝土的污染量［3］。7)水泥路面相比瀝青路面營(yíng)運(yùn)油耗低、經(jīng)濟(jì)性好。水泥混凝土剛性路面無柔性路面的彎沉盆，不像瀝青路面重車行駛時(shí)，始終在爬彎沉盆，據(jù)調(diào)查在營(yíng)運(yùn)當(dāng)中車輛燃油消耗比瀝青路面省15%～20%，營(yíng)運(yùn)經(jīng)濟(jì)性明顯優(yōu)于瀝青路面。8)水泥路面色度低、色差小、隔熱性好。白色水泥混凝土路面的色度低、色差小，具有比黑色瀝青路面更高的陽(yáng)光反射、熱量反射和隔熱性能，對(duì)于季節(jié)凍土路段保證路基凍土不融化失穩(wěn)具有重要的使用價(jià)值［4］。綜上所述，水泥路面相比瀝青路面有其自身的優(yōu)點(diǎn)和優(yōu)越性，如果水泥路面的這些優(yōu)點(diǎn)能夠很好地加以利用，定能鋪出高等級(jí)高質(zhì)量的路面。

3 水泥路面面臨的挑戰(zhàn)

3.1 水泥路面普遍存在的缺點(diǎn)

1)與瀝青路面相比，同等平整度舒適性差;2)由于板體性強(qiáng)，要求其基層具有高抗沖性;3)對(duì)超載、脫空很敏感;4)由于水泥路面呈現(xiàn)白色，反光性強(qiáng)，駕駛員容易眩光疲勞;5)維修難度大;6)剛性大、不適應(yīng)大沉降差。

3.2 我國(guó)水泥路面存在的問題與挑戰(zhàn)

1)總體結(jié)構(gòu)偏弱。按照我國(guó)現(xiàn)有的水泥路面設(shè)計(jì)理論，設(shè)計(jì)出的板厚不足，結(jié)構(gòu)種類單一，總體結(jié)構(gòu)偏弱。

2)機(jī)械化施工程度低。先進(jìn)的滑模機(jī)械施工技術(shù)普及率遠(yuǎn)不如瀝青路面的施工機(jī)械，這阻礙了高等級(jí)水泥路面的發(fā)展。

3)面板欠密實(shí)。我國(guó)混凝土面板欠振、漏振現(xiàn)象較普遍，這使得強(qiáng)度大打折扣，使其運(yùn)營(yíng)早期磨損相當(dāng)嚴(yán)重，表面裸露骨料，平整度嚴(yán)重惡化。

4)材料不精良。水泥的路用性能要求不嚴(yán)格，原材料和配合比要求過于粗放。有的水泥中游離的氧化鈣、氧化鎂嚴(yán)重超標(biāo)，有的水泥摻雜了過多的粘土、火山灰等，使得路面開裂嚴(yán)重甚至全線崩潰。外加劑和摻合料的使用混亂，配合比精度不高等都使得水泥路面過早破壞。

5)快速修補(bǔ)技術(shù)不過關(guān)?？焖傩扪a(bǔ)技術(shù)不過關(guān)，修補(bǔ)困難，同時(shí)阻礙交通，我國(guó)對(duì)快速維修技術(shù)的研究開發(fā)力度不足。

6)接縫密封不好。接縫密封不好，直接導(dǎo)致水滲透到基層，在車輛的動(dòng)荷載作用下，使基層軟化，造成唧泥與板底脫空的現(xiàn)象，加快破損速度。

7)路基和基層支撐欠密實(shí)。基層支撐變形超過水泥面板所能容忍的限度就會(huì)造成大量的斷板現(xiàn)象，主要發(fā)生在軟基、局部路基軟化、填挖方交替處理不好的地方;更大的原因是基層采用的石灰土、水泥土等材料的抗沖刷能力不足。

8)安全性能不好。我國(guó)水泥路面施工疏于養(yǎng)護(hù)，使得路面的表層強(qiáng)度欠佳、硬度不夠、耐磨性和抗滑能力不足，粗集料容易裸露，加之所使用的粗集料磨光值較低，造成行車安全性能不高［4］。

4 針對(duì)我國(guó)水泥路面存在的狀況提出的解決措施

對(duì)比國(guó)內(nèi)外水泥路面設(shè)計(jì)、施工及其營(yíng)運(yùn)質(zhì)量狀況，針對(duì)我國(guó)水泥路面存在的問題，應(yīng)做好以下幾個(gè)方面的工作:

1)優(yōu)化水泥路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。a.增加面板和總結(jié)構(gòu)的厚度?，F(xiàn)有的水泥路面面板偏薄、總體結(jié)構(gòu)偏弱，目前的水泥路面設(shè)計(jì)理論已經(jīng)不能適應(yīng)重交通。要增加面板厚度，同時(shí)加強(qiáng)基層，增加總體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。b.水泥路面的結(jié)構(gòu)形式向多元化發(fā)展。為了能夠適應(yīng)越來越重的汽車荷載和復(fù)雜多變的地形、地質(zhì)、水文等的需要，許多新型結(jié)構(gòu)形式迅速發(fā)展起來［4］，包括:素水泥混凝土路面、配筋混凝土路面、特種混凝土路面(包括高強(qiáng)、高性能、彩色、低噪聲、快通等混凝土路面)。還可以考慮復(fù)合式路面結(jié)構(gòu)，多元化發(fā)展成為一種趨勢(shì)。c.加強(qiáng)基層和路基?；鶎雍吐坊鶠槊姘逄峁┲巫饔?，基層和路基的好壞決定著面板的使用質(zhì)量和壽命。近年來，我國(guó)水泥路面早期面板破壞嚴(yán)重，很多是由于基層和路基的不穩(wěn)定造成的，所以必須解決基層和路基的強(qiáng)度、抗沖刷性和不均勻彎沉等問題。

2)大力推廣施工先進(jìn)技術(shù)。我國(guó)水泥路面施工機(jī)械化程度低，人工施工的路面尤其是高等級(jí)路面早期破壞十分嚴(yán)重，先進(jìn)的滑模機(jī)械施工技術(shù)普及率太低。

3)改善水泥路面的行車舒適性。水泥路面行車舒適性差的缺點(diǎn)很大程度上影響了其在高速公路上的應(yīng)用，我們可在以下方面改善其舒適性:a.提高平整度。平整度在很大程度上影響著行車舒適性、破損狀況及車輛磨損和油耗。先進(jìn)的大型滑模機(jī)械可以大大提高其平整度。b.消除錯(cuò)臺(tái)。水泥路面的接縫處容易產(chǎn)生唧泥和錯(cuò)臺(tái)，影響其舒適性和耐久性。國(guó)外工程實(shí)踐表明，水泥路面的錯(cuò)臺(tái)可以通過采用面板全部縮縫加傳力桿的路面、改善基層抗沖刷性和使用接縫間距長(zhǎng)的路面結(jié)構(gòu)來徹底解決［4］。c.研發(fā)低噪聲水泥路面。由于水泥路面剛性大，其行車噪聲要高于柔性的瀝青路面。某些國(guó)家采用高強(qiáng)低噪聲細(xì)粒式水泥混凝土路面來降低噪聲，國(guó)內(nèi)尚未引進(jìn);也可以采取設(shè)法降低水泥面板的剛度等方法來降噪，有些方法目前尚處于科研階段。

4)提高施工質(zhì)量監(jiān)管力度。我國(guó)很多工程出現(xiàn)早期破壞的現(xiàn)象很大程度上是由于施工質(zhì)量差，甚至出現(xiàn)“豆腐渣”工程，我們要加強(qiáng)施工質(zhì)量的監(jiān)管和控制力度，提高施工質(zhì)量。

5)提高預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的意識(shí)。我國(guó)很多工程技術(shù)人員和管理人員缺乏預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的意識(shí)，平時(shí)養(yǎng)護(hù)只是簡(jiǎn)單的清掃而已，直到面板破壞或斷裂后才去維修。事實(shí)證明，在我國(guó)現(xiàn)有的基層環(huán)境和超載情況下，下述幾項(xiàng)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施很是必要:a.及時(shí)進(jìn)行接縫的重新密封，防止水分進(jìn)入基層和路基。b.對(duì)滲透排水不暢路面及時(shí)進(jìn)行滲透排水設(shè)施的改造。c.對(duì)沖刷脫空盡早進(jìn)行探查，并及時(shí)灌漿穩(wěn)板。

5 結(jié)語

由于我國(guó)瀝青資源的制約，并隨著國(guó)際油價(jià)的不斷上漲，瀝青路面建造成本越來越高，而我國(guó)是水泥生產(chǎn)大國(guó)，伴隨著水泥路面技術(shù)的不斷發(fā)展，其經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)和技術(shù)優(yōu)勢(shì)越來越凸顯，綜合多方面的因素考慮，水泥路面肯定會(huì)得到更好的發(fā)展。加快水泥路面的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步是我國(guó)高速公路建設(shè)的客觀要求，也是我國(guó)能源發(fā)展的重要戰(zhàn)略措施。

［1］韓存玉.高速公路水泥路面與瀝青路面經(jīng)濟(jì)學(xué)比較［J］.黑龍江交通科技，2007(7):15-16.

［2］淘 東.水泥路面和瀝青路面優(yōu)缺點(diǎn)比較［J］.交通與路建，2011(3):33-34.

［3］謝進(jìn)通.水泥路面與瀝青路面方案比選中的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析［J］.中外交通，2010(6):51-52.

［4］傅 智.水泥混凝土路面施工技術(shù)［M］.上海:同濟(jì)大學(xué)出版社，2004.