臨海景觀公路彩色路面設(shè)計(jì)及應(yīng)用

■鄭建艷

(福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，福州 350004)

隨著人們生活水平以及藝術(shù)品味的提升，道路與環(huán)境的協(xié)調(diào)統(tǒng)一逐漸受到人們的重視，傳統(tǒng)的灰色水泥路面或黑色瀝青路面逐漸使人產(chǎn)生審美疲勞，在此前提下，彩色路面應(yīng)運(yùn)而生。對(duì)于臨海公路，由于受海水潮汐及海浪的拍打、沖刷作用，道路很容易產(chǎn)生病害，影響道路行車舒適性及安全性。因此，臨海公路路面結(jié)構(gòu)及色彩的選擇是否合理，是其能否在充分發(fā)揮交通功能的同時(shí)兼顧景觀效果的重要影響因素。本文以莆田市湄洲島環(huán)島東路舊路提級(jí)改造工程為例進(jìn)行分析，探索經(jīng)濟(jì)合理的彩色路面結(jié)構(gòu)。

1 工程概況

湄洲島位于福建省莆田市秀嶼區(qū)，為國(guó)家4A級(jí)景區(qū)，夏季高溫多雨，年平均氣溫21℃。湄洲島環(huán)島東路始建于1995年，按四級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，水泥砼路面寬9m，經(jīng)過(guò)近20年的使用，路面已經(jīng)產(chǎn)生病害，現(xiàn)對(duì)其按三級(jí)公路進(jìn)行升級(jí)改造，改造段落為K0+000～K3+021.017，全長(zhǎng)3.021017km，其中K0+000～K2+856段擬采用彩色路面，提升其交通服務(wù)及景觀功能。

2 彩色路面方案選擇

彩色路面的研究與應(yīng)用始于歐美等國(guó)家，我國(guó) 在這方面尚處于初級(jí)階段，相關(guān)的研究成果有限，工程經(jīng)驗(yàn)積累少，但隨著人們對(duì)交通安全和環(huán)境重視程度的提高，彩色路面必將逐步廣泛運(yùn)用，對(duì)其進(jìn)行探索有著現(xiàn)實(shí)的意義。目前彩色路面主要有彩色瀝青路面、彩色防滑路面、彩色透水路面、彩色壓印路面等，但由于材料、技術(shù)及經(jīng)濟(jì)原因，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，大多局限在廣場(chǎng)、景區(qū)、公園道路，普通公路的應(yīng)用較少。彩色路面方案的選擇要結(jié)合項(xiàng)目的環(huán)境特點(diǎn)、施工條件和財(cái)政狀況等綜合考慮。對(duì)于湄洲島環(huán)島東路路面改造，擬根據(jù)以下幾方面進(jìn)行路面方案比選：

2.1 瀝青砼路面與水泥砼路面方案比選

環(huán)島東路K0+000～K2+856段緊鄰海岸線，公路外側(cè)即為沙灘，臺(tái)風(fēng)季節(jié)浪高可達(dá)十幾米，并直接拍打在公路上，采用瀝青砼路面難以抵擋海水侵襲，海水鹽分也會(huì)對(duì)瀝青產(chǎn)生影響，路面易發(fā)生

水損害，而且瀝青路面造價(jià)高；相比之下，水泥砼路面強(qiáng)度、耐久性、抗沖刷性能要明顯強(qiáng)于瀝青路面，而且造價(jià)相對(duì)較低，因此，擬將舊路面改造為新的水泥砼路面。

2.2 水泥砼顏色方案比選

由于與環(huán)島東路相鄰的其它環(huán)島路均按普通瀝青路面改造，水泥砼路面若采用其它顏色將和瀝青路面在視覺(jué)上存在極大反差，作為湄洲島上標(biāo)志性的景觀公路，這點(diǎn)無(wú)疑會(huì)使整個(gè)環(huán)島路顯得不協(xié)調(diào)，影響景觀效果。據(jù)此，本工程采用黑色水泥砼路面的改造方案。

2.3 水泥砼著色方案比選

水泥砼著色方法主要有兩種，一種是在普通水泥砼中摻入一定比例的顏料拌合著色，另一種是在普通水泥砼路面施工后，在其表面涂抹涂料，選擇何種方案是本工程成敗的關(guān)鍵。分析研究國(guó)內(nèi)外類似工程認(rèn)為，水泥面層表面涂抹涂料后，不但減小了路面的構(gòu)造深度，降低了路面的抗滑性能，存在行車安全隱患，而且涂料在外界環(huán)境及車輛輪胎的綜合作用下，容易脫落，不但嚴(yán)重影響路容，而且修復(fù)后難以保證顏色統(tǒng)一，經(jīng)常性的養(yǎng)護(hù)也增加了造價(jià)。雖然目前有各種彩色防滑路面，但由于防滑路面的膠黏劑和防滑顆粒在輪胎摩擦及環(huán)境的作用下，實(shí)際使用壽命并不理想，后期修復(fù)費(fèi)用高且影響交通。而采用在普通水泥砼中摻入一定量的顏料，通車后即使路面表面經(jīng)長(zhǎng)期磨損，其顏色也不會(huì)褪去，可以從根本上解決褪色問(wèn)題，是可行的方案，推薦本工程采用。

2.4 面層全厚度黑色與淺層黑色方案比選

湄洲島島內(nèi)公路交通量很小，且由于嚴(yán)格限制貨車上島，車型基本為小汽車，經(jīng)計(jì)算，確定水泥砼面板厚度21cm。然而，由于彩色水泥砼相對(duì)于普通水泥砼造價(jià)高，導(dǎo)致大規(guī)模采用時(shí)，往往由于造價(jià)高而受阻。為探索既安全又經(jīng)濟(jì)的彩色路面方案，現(xiàn)對(duì)路面面層結(jié)構(gòu)進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)分析對(duì)比，如表1所示。

表1 路面面層結(jié)構(gòu)方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

方案一采用21cm厚的全厚度面層黑色水泥砼，施工工藝與普通砼一樣，一次性攤鋪、振搗成型，施工質(zhì)量有保障，工程進(jìn)度快，但造價(jià)太高，每平米造價(jià)超過(guò)400元。

方案二面層面層總厚度21cm，由6cm黑色水泥砼與15cm普通水泥砼共同組成，但兩者必須有效聯(lián)接為一個(gè)整體結(jié)構(gòu)層，保證強(qiáng)度均勻，不得存在分層，施工時(shí)必須嚴(yán)格控制兩層的施工銜接，否則將直接影響路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，甚至造成路面結(jié)構(gòu)破壞。采用6cm的黑色水泥砼作為上層，是結(jié)合施工質(zhì)量控制及經(jīng)濟(jì)角度考慮的，上層黑色水泥砼過(guò)薄，施工時(shí)無(wú)法保證有效厚度，砼振搗時(shí)容易串色、離析，過(guò)厚則將顯著增加造價(jià)，參考普通砼施工經(jīng)驗(yàn)，一般厚度為粗集料最大粒徑的1.3～1.5倍，因此，采用6cm厚的黑色水泥砼是經(jīng)濟(jì)可行的。

經(jīng)綜合比選，考慮到本工程為輕交通公路并且主要通行小型汽車，在加強(qiáng)原材料及施工工序管控，保證施工質(zhì)量的前提下，確定采用方案二，即6cm黑色水泥砼+15cm普通水泥砼作為路面面層結(jié)構(gòu)。

3 主要原材料質(zhì)量及技術(shù)指標(biāo)

（1）水泥

水泥作為混合料中的膠凝材料，是保證強(qiáng)度、耐久性和膠結(jié)顏料、集料的主要原材料。黑色水泥砼采用普通硅酸鹽水泥，其強(qiáng)度不應(yīng)低于32.5MPa。

（2）顏料

黑色路面所用顏料的選擇直接影響了工程的質(zhì)量和造價(jià)，必須慎重對(duì)待。目前顏料大致分為兩類，即有機(jī)顏料和無(wú)機(jī)顏料。有機(jī)顏料雖然著色里強(qiáng)，但是價(jià)格高且耐堿、耐候性差，在光和熱的影響下容易褪色；而無(wú)機(jī)顏料具備較好的較強(qiáng)的著色能力和分散性，不會(huì)對(duì)混凝土性能產(chǎn)生大的影響，對(duì)外加環(huán)境如溫度、日照及空氣中的各類氣體具有良好的穩(wěn)定性，能耐光、耐熱、耐堿，在大氣中長(zhǎng)期不褪色，不與水泥砼成分發(fā)生有害物理、化學(xué)反應(yīng)。因此，本工程黑色水泥砼所需顏料采用無(wú)機(jī)顏料：氧化鐵黑，其指標(biāo)如表2。

表2 黑色水泥砼路面顏料技術(shù)指標(biāo)表

顏料除了本身必須具有的技術(shù)指標(biāo)外，其摻量也應(yīng)嚴(yán)格控制，試驗(yàn)段結(jié)果表明，在一定的摻量范圍內(nèi)，隨著顏料摻量增大，顏料呈色提高，但摻量過(guò)大（超過(guò)8%），混凝土強(qiáng)度將下降，而成本增加，因此，一般應(yīng)控制在水泥用量的4%～6%。

（3）集料

集料除滿足規(guī)范要求的基本技術(shù)指標(biāo)外，由于集料本身的顏色對(duì)水泥砼色彩產(chǎn)生較大影響，在選擇集料時(shí)，顏色是必須考慮的一個(gè)因素，對(duì)于黑色水泥砼，應(yīng)采用暗色系的碎石，最好采用黑色集料以避免集料色澤對(duì)顏料呈色的干擾。

（4）減水劑

混凝土的含水量必須嚴(yán)格控制，含水量過(guò)大將直接影響色彩濃度。因此有必要加入減水劑以控制含水量，減水劑選擇減水率高（減水率大于25%），與水泥適應(yīng)性好，對(duì)混凝土顏色無(wú)影響的聚羧酸高性能減水劑，摻量1%左右。

4 配合比設(shè)計(jì)

目前路面彩色砼配合比無(wú)針對(duì)性的規(guī)范可循，有效可行的設(shè)計(jì)方法是參照普通砼路面，以顏色、坍落度和28d彎拉強(qiáng)度作為主要控制指標(biāo)，在普通混凝土配合比的基礎(chǔ)上，根據(jù)所配制凝土的顏色要求及配合比參數(shù)要求，確定混凝土的試配配比，然后通過(guò)大量試配確定最終配合比。配合比設(shè)計(jì)流程見(jiàn)圖1。

為保證后續(xù)大規(guī)模施工的順利進(jìn)行，保證工程質(zhì)量和工期要求，本項(xiàng)目在起點(diǎn)段開(kāi)展了30m的試驗(yàn)段施工，并重點(diǎn)從以下兩個(gè)關(guān)鍵性控制指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)分析：

圖1 黑色混凝土配合比設(shè)計(jì)流程圖

（1）顏色控制。為保證混凝土的色度和均勻性，顏料與水泥必須預(yù)先按一定的配比進(jìn)行拌合。試驗(yàn)段按顏料與水泥的摻量比進(jìn)行了三種配比，分別為4%、5%、6%，再用0.4mm篩過(guò)篩后重新拌合，使之進(jìn)一步拌合均勻，禁止將顏料直接投放到拌和機(jī)內(nèi)攪拌，這將嚴(yán)重影響色彩效果。試驗(yàn)結(jié)果顯示，三種不同顏料摻量的黑色砼出料時(shí)的顏色區(qū)別不明顯，但是初凝后6%摻量的砼顏色明顯要比4%摻量的深，更接近瀝青路面的顏色。

（2）強(qiáng)度控制。強(qiáng)度是保證路面結(jié)構(gòu)安全的最重要的指標(biāo)，試驗(yàn)段對(duì)三種不同顏料摻量的黑色水泥砼進(jìn)行了抗彎拉強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，無(wú)論是室內(nèi)試件還是室外現(xiàn)場(chǎng)取芯實(shí)驗(yàn)，混凝土強(qiáng)度均滿足設(shè)計(jì)要求，且顏料摻量在4%～6%范圍內(nèi)對(duì)強(qiáng)度基本無(wú)影響。強(qiáng)度控制最關(guān)鍵的一點(diǎn)，是黑色砼與普通砼之間的聯(lián)結(jié)強(qiáng)度，一旦兩者聯(lián)結(jié)不緊密，由于受力不均導(dǎo)致的應(yīng)力集中將影響面層結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度，甚至破壞，這點(diǎn)必須在施工時(shí)予以重視。因此，應(yīng)分別對(duì)黑色砼、普通砼以及兩者的結(jié)合體進(jìn)行抗彎拉強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，對(duì)于本項(xiàng)目，要求三種試件的彎拉強(qiáng)度不低于4.5MPa，彎拉彈性模量不低于27GP。試驗(yàn)段實(shí)驗(yàn)結(jié)果均滿足要求，從而有效保證其作為整體結(jié)構(gòu)層的力學(xué)性能。

5 施工工藝及質(zhì)量控制

5.1 混凝土生產(chǎn)

路面施工時(shí)必須同時(shí)配備兩臺(tái)砼攪拌機(jī)，分別拌制黑色砼和普通砼，砼的配合比要準(zhǔn)確掌握，控制用水量，每半天至少檢查2次混凝土的塌落度。

5.2 混凝土卸料、攤鋪

因上層黑色砼層厚度較薄，采用混凝土罐車進(jìn)行運(yùn)輸、卸料時(shí)應(yīng)有緩沖措施，以免高處卸料對(duì)下層普通砼形成沖擊導(dǎo)致翻漿并污染上層黑色砼，卸料及整平應(yīng)結(jié)合人工進(jìn)行，黑色混凝土罐車要求專用，每次使用前必須徹底清洗，逐車檢查混凝土的顏色、坍落度、和易性，合格的方可使用。

混凝土澆筑必須保證連續(xù)，盡量縮短鋪筑時(shí)間間隔。應(yīng)對(duì)模板內(nèi)側(cè)普通砼層的頂面位置做好標(biāo)記，模板下用干硬性砂漿對(duì)縫隙予以封閉，保證不漏漿。

兩層砼之間的鋪筑間隔時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)或過(guò)短，允許最長(zhǎng)間隔時(shí)間應(yīng)按水泥的初凝時(shí)間和混凝土的硬化條件進(jìn)行確定，一般不宜超過(guò)1h，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，可能在上下層間產(chǎn)生施工縫，不利于上下結(jié)構(gòu)層結(jié)合；時(shí)間過(guò)短，振搗時(shí)會(huì)由于上下層串色，導(dǎo)致上層砼顏色渾濁，因此攤鋪面層黑色砼的時(shí)間一般應(yīng)控制在下層普通砼澆筑完畢半小時(shí)以后，根據(jù)試驗(yàn)段經(jīng)驗(yàn)，正常只要下層砼振實(shí)后，泌出的水分已經(jīng)基本蒸發(fā)，刮除浮漿后即可進(jìn)行上層黑色砼鋪筑，如圖2所示。

圖2 黑色水泥砼路面現(xiàn)場(chǎng)施工

5.3 混凝土振搗

由于彩色砼層較薄，故只能采用表面振搗器進(jìn)行振搗。振動(dòng)時(shí)間應(yīng)以混凝土表面不再下沉且無(wú)氣泡逸出為止，振搗時(shí)間合理，不過(guò)振，不漏振。

下層普通砼振搗后，澆筑上層黑色砼之前，必須先刮除下層砼表面的浮漿，并深入普通砼1cm左右，以下層砼露出粗骨料為準(zhǔn)，之后立即撒布水泥凈漿（水泥凈漿按水灰比1:3配制），最后鋪筑上層黑色砼，同時(shí)應(yīng)保證砼振搗時(shí)層間充分結(jié)合，確保施工后的砼整體強(qiáng)度。

6 結(jié)語(yǔ)

本文在對(duì)工程實(shí)例進(jìn)行方案比選并進(jìn)行試驗(yàn)路分析的基礎(chǔ)上，提出了適合臨海景觀公路的經(jīng)濟(jì)可行的黑色水泥砼路面方案。黑色水泥砼應(yīng)從原材料、配合比及施工質(zhì)量等多環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，尤其是顏色和層間結(jié)合強(qiáng)度的控制尤為重要，它是整個(gè)路面方案成敗的關(guān)鍵。

試驗(yàn)段的相關(guān)數(shù)據(jù)及施工成果，為工程后期的大規(guī)模施工提供了依據(jù)，證實(shí)本項(xiàng)目路面設(shè)計(jì)方案是完全可行的，可供同類工程參考。

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