全面提升江南丘陵過濕區(qū)瀝青路面服務(wù)功能

文/圖 江西省交通投資集團(tuán)有限責(zé)任公司

江南丘陵過濕區(qū)瀝青路面服務(wù)功能提升關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用于交通運(yùn)輸部首批綠色公路建設(shè)典型示范工程——廣吉高速公路等國內(nèi)20余項(xiàng)工程中。

高速公路瀝青路面必須具備良好的服務(wù)功能，才能保證車輛安全、舒適、快速行駛。一般服役條件下路面服務(wù)功能可以得到保障，但仍存在很多短板。尤其是我國江南丘陵過濕地區(qū)，由于氣候炎熱且高溫時(shí)間長、降雨量大且強(qiáng)度高、地勢起伏且中小橋密布，瀝青路面雨天積水、橋頭跳車、高溫車轍、水損問題突出，行車安全性、舒適性面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

思路：破解服務(wù)功能供給的突出問題

“江南丘陵過濕區(qū)瀝青路面服務(wù)功能提升關(guān)鍵技術(shù)”項(xiàng)目研究主要針對江南丘陵過濕區(qū)瀝青路面在服務(wù)功能供給上存在的突出問題：降雨量大且瞬時(shí)降雨強(qiáng)度高，雨天行車不安全；多雨、高溫、重載，路面易產(chǎn)生車轍、水損等病害，路面服務(wù)功能不耐久；丘陵密布，降雨充沛，水網(wǎng)發(fā)達(dá)，軟土等不良地質(zhì)分布廣泛，中小橋梁、擋墻多，臺背沉降變形大等系列問題嚴(yán)重影響路面提供服務(wù)的安全性和舒適性。

以廣吉高速公路為例，排水復(fù)合改性技術(shù)可降低路面成本每噸100元，利用石灰?guī)r可節(jié)約石料每噸70元。

在解決江南丘陵過濕區(qū)路面服務(wù)功能突出問題上，雙層排水、橡膠瀝青、泡沫輕質(zhì)土具有技術(shù)上的優(yōu)勢；同時(shí)，也存在機(jī)理認(rèn)識不清、結(jié)構(gòu)與材料設(shè)計(jì)不夠優(yōu)化、材料性能不均衡、優(yōu)點(diǎn)發(fā)揮不充分、環(huán)境適應(yīng)性和耐久性不足、成本高等問題，技術(shù)服務(wù)功能還有很大的提升空間。

因此，項(xiàng)目對雙層排水路面排水降噪特性及空隙衰變規(guī)律等機(jī)理分析、兼具排水-降噪-抗堵塞的雙層排水瀝青路面結(jié)構(gòu)分析、復(fù)合改性材料開發(fā)、級配優(yōu)化、石灰?guī)r地材利用、雙層排水施工技術(shù)研發(fā)和總結(jié)；橡膠瀝青路面功能化設(shè)計(jì)優(yōu)化、全厚式功能型橡膠瀝青路面典型結(jié)構(gòu)推薦分析與應(yīng)用、基于粗集料間斷型礦料結(jié)構(gòu)和礦料最緊密狀態(tài)的橡膠瀝青混合料性能均衡設(shè)計(jì)方法、基于“四控制點(diǎn)”的多指標(biāo)均衡協(xié)調(diào)的橡膠瀝青應(yīng)力吸收層設(shè)計(jì)方法、低變異性的施工質(zhì)量實(shí)時(shí)控制方法的建立；泡沫劑材料開發(fā)、優(yōu)化泡沫輕質(zhì)土設(shè)計(jì)、水化溫升控制技術(shù)和高疏水性技術(shù)研發(fā)、臺背回填工藝的試驗(yàn)研究和總結(jié)等開展了系列研究。

泵吸噪聲分析

振動噪聲分析

密實(shí)性橡膠瀝青混凝土新型間斷級配礦料構(gòu)成

基于礦料級配變異性的目標(biāo)配合比礦料級配確定方法示意圖

泡沫輕質(zhì)土泡沫劑

項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了理論、結(jié)構(gòu)、材料、方法和標(biāo)準(zhǔn)方面的突破。一系列研究成果，解決了雨天不安全、路面服務(wù)性能差、服務(wù)功能不耐久、臺背沉降的安全性和舒適性問題，實(shí)現(xiàn)了路面的平整、抗滑、降噪、耐久、綠色，形成了江南丘陵過濕區(qū)瀝青路面服務(wù)功能提升的關(guān)鍵技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)。

成果：瀝青路面服務(wù)功能大幅提升

依托國家和省部級重大研發(fā)項(xiàng)目和交通運(yùn)輸部綠色公路建設(shè)典型示范工程，經(jīng)產(chǎn)學(xué)研用聯(lián)合攻關(guān)，項(xiàng)目研究團(tuán)隊(duì)形成了雙層高效排水降噪瀝青路面、全厚式功能型薄層橡膠瀝青、疏水控溫型泡沫輕質(zhì)土臺背回填關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了資源、環(huán)境和資金三重約束下瀝青路面服務(wù)功能的大幅提升和長效保持。

雙層高效排水降噪瀝青路面技術(shù)

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)采用材料性能基因組編輯優(yōu)化技術(shù)，通過組份設(shè)計(jì)、相態(tài)結(jié)構(gòu)與固化反應(yīng)開發(fā)了橡膠基抗飛散復(fù)合改性材料，動力黏度、低溫延展性、彈性恢復(fù)率等關(guān)鍵指標(biāo)提高30%以上；揭示了聯(lián)通空隙結(jié)構(gòu)衰變規(guī)律，提出了濾-排結(jié)合的抗堵塞型雙層排水瀝青路面結(jié)構(gòu)，以及基于結(jié)構(gòu)功能要求的混合料優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。與傳統(tǒng)排水路面相比，使用壽命延長50%以上，排水速度提高60%，5年滲水系數(shù)衰減不超過10%，混合料材料成本降低18%以上，并節(jié)約優(yōu)質(zhì)石料60%以上。

全厚式功能型薄層橡膠瀝青路面技術(shù)

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)率先提出了全厚式薄層橡膠瀝青路面結(jié)構(gòu)（4厘米 ARAC13+7厘米ARAC20+2厘米 ARAC10），開發(fā)了路面結(jié)構(gòu)與材料功能均衡設(shè)計(jì)方法，形成了薄層橡膠瀝青路面施工質(zhì)量變異性控制關(guān)鍵技術(shù)。相對于傳統(tǒng)橡膠瀝青路面裂縫減少48%以上，高溫抗剪切變形能力提高62%，水穩(wěn)定性提高20%，抗疲勞性能提高29%，工程造價(jià)相比傳統(tǒng)瀝青路面降低12%以上。

廣吉高速公路

疏水控溫型泡沫輕質(zhì)土臺背回填技術(shù)

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)發(fā)明了高效發(fā)泡-長效穩(wěn)泡的非離子耐堿泡沫劑，發(fā)泡倍率提高2倍、穩(wěn)泡時(shí)間延長1小時(shí)。提出了基于含氟有機(jī)硅烷防護(hù)的泡沫輕質(zhì)土疏水技術(shù)，以及基于有機(jī)膦酸螯合的大體積泡沫輕質(zhì)土水化溫升控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)吸水率由20%降至5%、水化溫升降低25%至30%，浸水強(qiáng)度損失率減少20%、干縮率減少50%以上。橋頭處瀝青路面平整度達(dá)到正常路面水平，5年內(nèi)沉降量控制在2厘米以內(nèi)，實(shí)現(xiàn)車輛在橋頭段“無感”通過，并消化了工業(yè)固體廢棄物。

廣吉高速公路瀝青路面攤鋪

該項(xiàng)目獲授權(quán)專利10項(xiàng)，其中國際專利1項(xiàng)、發(fā)明專利7項(xiàng)、軟件著作權(quán)2項(xiàng)，出版專著4部，發(fā)表論文49篇，其中SCI/Ei收錄34篇，主編行業(yè)及地方標(biāo)準(zhǔn)14部。項(xiàng)目研究成果經(jīng)中國公路學(xué)會組織的專家評價(jià)，總體達(dá)到了國際先進(jìn)水平。

效益：安全性、節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展等方面均顯著提高

提高安全性和舒適性。泡沫土技術(shù)控制了沉降、橡膠瀝青技術(shù)減少了病害，功能更耐久、雙層排水技術(shù)大幅降低雨天行車事故發(fā)生率，使出行更加安全高效舒心。路面損害、道路維修封道、交通事故等現(xiàn)象均相對減少，公路暢通率得到提高，公路行駛舒適度的改善，讓廣大人民群眾對公路路面提供的服務(wù)感到滿意。

項(xiàng)目首次提出了考慮礦料級配變異性的瀝青混合料目標(biāo)配合比礦料級配確定方法

改善環(huán)境、減少了污染。橡膠瀝青和雙層排水技術(shù)實(shí)施效果可顯著降低公路路面行駛噪音，從而達(dá)到改善居民乘車出行環(huán)境及道路周邊居民生活環(huán)境的效果，實(shí)現(xiàn)廢舊材料再利用，減少環(huán)境污染。橡膠瀝青路面每公里大約可消耗1萬條輪胎，雙層排水采用橡膠改性瀝青+高黏瀝青添加劑技術(shù)方案也可大量消耗廢舊輪胎（約為瀝青質(zhì)量的20%），減少廢舊輪胎對環(huán)境的不利影響。泡沫輕質(zhì)土技術(shù)提高了粉煤灰、礦粉等固廢綜合利用率，減少了固廢排放。

促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。項(xiàng)目實(shí)施涉及廢舊輪胎和粉煤灰回收、橡膠瀝青加工、瀝青混合料生產(chǎn)等多個(gè)產(chǎn)業(yè)，技術(shù)的集成應(yīng)用，必將推動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。項(xiàng)目研究形成的施工指導(dǎo)意見和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的形式實(shí)現(xiàn)了社會共享，加速了科研成果向生產(chǎn)力的轉(zhuǎn)化。

推動公路建設(shè)健康可持續(xù)發(fā)展。服務(wù)功能提升技術(shù)，提高路面耐久性，節(jié)省建設(shè)、養(yǎng)護(hù)和維修費(fèi)用，推動綠色技術(shù)發(fā)展和推廣，提高公路建設(shè)水平，促進(jìn)公路建設(shè)的節(jié)約集約化、標(biāo)準(zhǔn)化，引導(dǎo)行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

項(xiàng)目研究成果與當(dāng)前國內(nèi)外同類技術(shù)主要參數(shù)、效益、市場競爭力對比一覽表

項(xiàng)目研究成果與當(dāng)前國內(nèi)外同類技術(shù)主要參數(shù)、效益、市場競爭力對比一覽表