淺談道路建筑材料的發(fā)展及未來走向

陳梟　陳薇薇

摘 要：道路建筑材料是用來建筑道路與橋梁工程的具有一定性能的物質(zhì)的實(shí)體，為滿足社會經(jīng)濟(jì)建設(shè)提出的交通高速化的要求，要不斷追求和探索道路建筑材料的成分與結(jié)構(gòu)、合成與加工、性質(zhì)和表現(xiàn)等基本要素。文章通過當(dāng)今常用道路建筑材料性能進(jìn)行分析，進(jìn)一步提出對未來道路建筑材料發(fā)展走向的思考等。

關(guān)鍵詞：道路建筑材料；可持續(xù)發(fā)展；環(huán)保

材料是科學(xué)與工業(yè)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)，一種新材料的出現(xiàn)，能為社會物質(zhì)文明帶來巨大的變化。建筑材料是構(gòu)成建筑物和構(gòu)筑物的物質(zhì)基礎(chǔ)。道路路面材料也是一樣，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及為適應(yīng)社會的需要，新的路面材料層出不窮。回顧其發(fā)展過程，尋求其發(fā)展的歷史足跡，立足當(dāng)代，展望未來，為我國交通事業(yè)的快速發(fā)展作好“材料”上的準(zhǔn)備。

1 常用道路材料的分類與應(yīng)具備的性質(zhì)

1.1 常用道路材料的分類。目前，國內(nèi)外的道路建筑材料主要包括混凝土、水泥、瀝青等，一些回收再利用的固體廢棄物也直接用作道路建筑材料。隨著道路和橋梁建筑的發(fā)展，用于道路的橋梁建筑的材料不僅在品種上日益增多，而且對其質(zhì)量也不斷提出要求，常用的建筑材料有：（1）砂石材料。砂石材料有的是由地殼上層的巖石經(jīng)過自然風(fēng)化得到的（天然砂礫），有的是經(jīng)過人工開采或再經(jīng)軋制而得到的（如各種不同尺寸的碎石和石屑）。砂石材料可直接用于鋪筑路面或砌筑各種橋梁結(jié)構(gòu)物。（2）無機(jī)結(jié)合料及其制品。在道路與橋梁建筑中最常用到的是無機(jī)結(jié)合料，主要是石灰和和水泥。水泥是橋梁建筑中水泥混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的主要材料。（3）有機(jī)結(jié)合料及其混合料。有機(jī)結(jié)合料主要是指瀝青類材料，如石油瀝青，煤瀝青等。這些材料與不同粒徑的集料組配，可以修筑成各種類型的瀝青路面。（4）建筑鋼材。鋼材是橋梁鋼結(jié)構(gòu)及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的重要組成材料。（5）路用合成及化工材料。路用合成材料是應(yīng)用于道路工程，以合成材料為原材料制成的各種產(chǎn)品的統(tǒng)稱，主要包括土工織物、土工膜、土工復(fù)合材料、土工特種材料等品種。（6）防水材料。防水材料是保證建筑物免受雨水、地下水與其他水分侵蝕、滲透的重要材料。（7）交通設(shè)施材料。路用交通設(shè)施能有效降低行車事故，使行車安全、高速行駛以及實(shí)施高等級公路特別是高速公路的現(xiàn)代化交通管理。（8）新型復(fù)合材料。復(fù)合材料是兩種或兩種以上不同化學(xué)組成或組織相的物質(zhì)，以微觀和宏觀的物質(zhì)形式組合而成的材料。

1.2 道路建筑材料應(yīng)具備的性質(zhì)。道路與橋梁工程都是一種承受頻繁交通動荷載反復(fù)作用的結(jié)構(gòu)物，同時又是一種無遮蓋而裸露于大自然的結(jié)構(gòu)物。它不僅受到車輛復(fù)雜的力系作用，同時又受到各種自然因素的惡劣影響。所以，用于修筑道路與橋梁結(jié)構(gòu)用的材料，不僅需要具有抵抗復(fù)雜應(yīng)力作用下的綜合力學(xué)性能；同時，還要保證在各種自然因素的長時期影響下，綜合力學(xué)性能不產(chǎn)生明顯的下降，即保證所謂持久穩(wěn)定性。

為了保證道路與橋梁建筑用建筑材料的綜合力學(xué)強(qiáng)度和穩(wěn)定性，就要求建筑材料具備以下4個方面要求：（1）力學(xué)性質(zhì)。力學(xué)性質(zhì)是材料抵抗車輛荷載復(fù)雜力系綜合作用的性能。目前對建筑材料力學(xué)性質(zhì)的測定，主要是測定各種靜態(tài)的強(qiáng)度，如抗壓、抗拉、抗彎、抗剪等強(qiáng)度；或者某些特殊設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)指標(biāo)，如磨耗強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度等。（2）物理性質(zhì)。材料的力學(xué)強(qiáng)度隨其環(huán)境條件而改變。影響材料力學(xué)性質(zhì)的物理因素主要是溫度和濕度。材料的強(qiáng)度隨溫度的升高或含水率的增加而顯著降低，通常用熱穩(wěn)定性或水穩(wěn)定性等來表征其強(qiáng)度變化的程度。此外，還要測定一些物理常數(shù)，如密度、孔隙率和空隙率等。（3）化學(xué)性質(zhì)?；瘜W(xué)性質(zhì)是材料抵抗各種周圍環(huán)境對其化學(xué)作用的性能。道路與橋梁用材料除了受到周圍介質(zhì)的影響或者其他侵蝕外，通常還受到大氣因素的綜合作用，引起材料的“老化”，特別是各種有機(jī)材料尤為顯著。（4）工藝性質(zhì)。工藝性質(zhì)是材料適于按照一定工藝流程加工的性能。

2 道路建筑材料的發(fā)展及未來走向

現(xiàn)在世界正從工業(yè)社會向信息社會過渡。信息社會發(fā)展在很大程度上取決于交通工具和信息技術(shù)。高速交通工具的出現(xiàn)推動了鐵路、公路和隧道公路的快速發(fā)展。

高速鐵路既是空運(yùn)和市內(nèi)高速道路的補(bǔ)充，又是航空和汽車運(yùn)輸?shù)母偁帉ο蟆?1世紀(jì)將是中國鐵路興旺發(fā)達(dá)的新世紀(jì)，我國今后長期規(guī)劃中的國道主干線系統(tǒng)有“五縱”、“七橫”，它們貫通了直轄市和各省省會，連接了所有目前100萬以上人口的特大城市和絕大部分目前50萬以上人口的城市。在交通發(fā)展的同時，道路建筑材料也應(yīng)向高性能，多品種和綜合利用方向發(fā)展，并要做到材料與環(huán)境的協(xié)調(diào)，走可持續(xù)發(fā)展道路。

2.1 傳統(tǒng)材料既要改善其性能，又要改善其品種。如砌體材料、粘土磚因與農(nóng)業(yè)爭地應(yīng)限制使用，于是要大力發(fā)展混凝土砌塊、空心快料和各類采用當(dāng)?shù)夭牧献龀傻膲K材如石材、瀝青土坯、木竹材加筋制品等。它們的發(fā)展趨勢是努力改善性能，力求合理使用。

2.2 大力開發(fā)組合材料。用兩種或兩種以上材料組合，利用各自的優(yōu)越性開發(fā)出高性能的、便于使用的建筑制品，應(yīng)該成為21世紀(jì)土木工程的一個重要特征。今后，利用層壓技術(shù)把傳統(tǒng)材料組合起來形成各種具有建筑裝飾、受力、熱工、隔音、絕緣、防火等新性能的復(fù)合材料，用于屋面、墻體乃至結(jié)構(gòu)構(gòu)件是未來的發(fā)展方向。

2.3 化學(xué)合成材料用于抗應(yīng)力結(jié)構(gòu)是材料發(fā)展的嶄新領(lǐng)域。今后的方向一是擴(kuò)展用于建筑的外圍部件，如用之代替鋼、銅、木和陶瓷等傳統(tǒng)材料；二是改善建筑制品的性能，包括保溫、隔熱、隔聲、耐高溫、耐高壓、耐磨、耐火等新的需求；三是在深入研究、開發(fā)其受力和變形的性能后廣泛應(yīng)用于抗應(yīng)力結(jié)構(gòu)。

2.4 把生態(tài)環(huán)境作為引導(dǎo)建筑材料發(fā)展的一個重要因素。（1）材料的綠色制備和生產(chǎn)。如鼓風(fēng)爐煉鐵改為熔融還原法，它不僅不排放CO2，而且還能在制鐵過程中生產(chǎn)出氫氣作為清潔燃料。水泥生產(chǎn)不僅是燒掉煤，而且還要把石灰石（CaCO3）還原成CaO，這都要放出CO2。如果能把水泥中的CaO組成降低，將對環(huán)境起有利作用。一系列所謂“軟加工”方法制備材料并加以成型都在室溫下進(jìn)行，不經(jīng)燃燒或高溫過程，因而屬于與環(huán)境友好的加工方法。（2）環(huán)境協(xié)調(diào)材料。在可能的情況下盡量使用天然材料，如木材、竹材、石材等。這種材料或者可以再生或者無需人工制造。為了彌補(bǔ)竹、木材料的弱點(diǎn)，可以進(jìn)行一些深加工處理，做成一些木材樹脂或木材陶瓷產(chǎn)品。（3）環(huán)境修復(fù)材料。如對污染的吸附材料、凈化過濾材料、汽車尾氣的催化材料將利用其本身的功能作為它們的使用目標(biāo)，主動修復(fù)和改善環(huán)境。（4）固體廢物利用。固體廢物有城市垃圾、工業(yè)廢渣，農(nóng)業(yè)固體廢物，可以把這些廢物加以應(yīng)用作為建筑材料。

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作者簡介：陳梟（1993- ），男，福建福州人，鄭州大學(xué)交通工程2011級本科生；陳薇薇（1991- ），女，福建福州人，鄭州大學(xué)材料工程2013級碩士研究生。