深季凍區露石水泥混凝土路面降噪、抗滑技術的應用

李小林,孟 鑫,周 凱

(黑龍江省公路勘察設計院)

露石水泥混凝土路面是在面層水泥混凝土混合料鋪筑完成后,噴灑露石劑對混凝土表面進行化學處理,延緩表面2～3mm厚水泥砂漿的凝結,但不影響主體混凝土的正常凝結硬化,當主體混凝土達到一定強度后,再用水刷洗其表面進行表面除漿,露出均勻分布的 2mm左右高度粗集料的表面,這樣所形成的水泥混凝土路面就是露石水泥混凝土路面。

露石水泥混凝土路面是一種新型的路面形式,它具有優良的宏觀與微觀結構,露石混凝土路面除保持普通混凝土路面強度高、使用壽命長、養護費用低等特點外,還具有卓越的抗滑性能、優良的減噪性能、隧道內的能見度高、優良的散光防眩性能、優良的的耐磨性能、優良的排水性能等等。

1 研究目的、用途和意義

隨著我國公路建設的快速發展,道路交通噪聲已成為環境噪聲污染的重要來源。眾所周知,傳統的水泥混凝土路面行車的噪聲比普通瀝青路面高,以致設計者在選擇路面類型時,尤其在聲環境敏感區,往往選擇瀝青混凝土路面,使得水泥混凝土路面的使用受到限制。而對許多地區來說,選用水泥混凝土路面不僅可以充分利用當地材料、降低成本,而且還可以促進地方產業的發展。基于我國的國情,在今后公路路面建設中,仍將大量采用水泥混凝土路面。對低噪聲水泥混凝土路面的研究顯得必要而適時。

傳統水泥混凝土路面在干燥條件下的抗滑性能良好,而在雨季,其抗滑性能大大降低。尤其在冬初和春融期,路面易形成薄冰,其抗滑能力急劇下降。提高不利季節水泥混凝土路面抗滑能力,是深季凍區公路建設面臨的重要課題。

受氣候和環境條件影響,在深季凍區應用露石水泥混凝土路面,降低路面噪音、提高路面抗滑能力,是一種十分有效的措施,但應考慮風砂、塵土、積雪對路面使用性能的影響,路面耐久性以及施工工藝等。因此,針對黑龍江省氣候和環境特點,展開深季凍區露石水泥混凝土路面降噪、抗滑技術及施工工藝、質量控制及評價方法的研究,推廣露石水泥混凝土路面在我國東北、西北地區的應用。

2 國內外概況和發展趨勢

隨著公路建設的飛速發展,水泥混凝土路面在一些地區受到越來越普遍的重視,被廣泛的應用于交通量大、車速快的干線公路和城市道路上。但在使用過程中,水泥混凝土路面抗滑性低,交通事故率增加,與此同時,隨著人們環保意識的增加,人們對水泥混凝土路面產生較高交通噪聲的認識更為深刻,“噪音路面”已成為水泥混凝土路面的另一代名詞,在對路面使用品質要求不斷提高的情況下,這一缺陷會成為水泥混凝土路面發展的一個制約因素;另外,作為“白色”路面,水泥混凝土路面的反光、眩目等自身特性,給交通安全亦造成不利影響。

在過去的若干年中,道路工作者對水泥混凝土路面的抗滑技術進行了多方面研究,提出了一些可行的施工措施。我國目前主要用于水泥混凝土路面的抗滑措施是拉毛和刻槽,這些措施在使用初期能滿足抗滑性能的要求,但相對于水泥混凝土路面較長的使用年限,這些措施難以保證道路始終具有所要求的良好的抗滑品質。另一方面,我國現行的橫向拉毛、刻槽技術對混凝土路面的噪聲不但沒有降低,反而有強化作用。

隨著社會對公路環境噪聲、不利季節公路通行能力要求的提高,修筑低噪聲露石水泥混凝土路面成為公路建設中的重要課題。

3 寒區露石水泥混凝土路面研究

3.1 國內外露石水泥混凝土路面設計方法及現狀調研

露石混凝土路面結構型式與普通水泥混凝土路面相同,但在攤鋪施工工藝方面,按照集料技術性質與經濟性因素,可選擇整層一次攤鋪或兩層攤鋪工藝。

對于高等級公路,用于露石混凝土路面的粗集料,其綜合力學性能要高,根據需要對最大粒徑(不宜大于 25mm,一般取20mm)與級配有一定的要求。

如果綜合力學性質高的粗集料比較豐富,則露石混凝土路面板整個結構都可采用這種集料,即一次鋪筑振搗,然后采取相應露石工藝。

對于低交通量道路,粗集料的綜合力學性質可以適當放寬,整層混凝土板自然也是一次攤鋪。

對于高等級公路,如果綜合力學性質高的粗集料比較貴,或要求表面露石顆粒粒徑要小一些,則可選擇兩層鋪筑工藝,即表面層采用所期望露石效果的集料組成混凝土,這個厚度為 4～5cm,而其余厚度則采用按強度要求所選擇集料組成的混凝土。

3.2 露石水泥混凝土路面施工工藝、材料的選用

露石路面施工工藝同以往的水泥混凝土路面的施工工藝基本一樣,所不同的是將以往施工過程中的拉毛、刻槽工序改為露石工藝,簡單易行,實施方便。

需要增加的材料是露石劑。需要增加的設備一是露石劑噴灑機具,這可以是人工噴灑器具,也可以是機械噴灑機;二是刷洗機具,如果采用人工刷洗,則掃把一類器具就可以;如考慮機械刷洗,則采用自行式刷洗機。

(1)施工工藝。

①在現行水泥混凝土路面施工工序和技術規范的前提下鋪筑混凝土。

②當三筒滾筒、震搗梁拖平路面后(或滑模法施工抹平路面后),按一般工序手工抹平,其后根據表面浮水蒸發情況,以不見表面水為宜,即可噴灑露石劑。

③噴灑液態EACCP露石劑。

④噴灑露石劑要使噴出的露石劑霧化。可采用小型吸水噴灑泵霧化噴灑,也可采用自行式噴灑機噴灑。噴灑量控制在 250～275g/m2,噴灑露石劑要均勻,噴灑達到顏色均勻時,即可認為噴灑均勻。

⑤遮蓋塑料膜。

當露石劑均勻噴灑完成以后,稍等一定時間即可用塑料薄膜加以遮蓋,以防止表面干燥。

⑥沖洗。

以溫度和時間來控制是否開始沖洗,根據試驗結果,一般控制在 300～450℃·h左右。對于普通水泥,如果氣溫在 20℃左右,則覆蓋塑料膜養生 20h左右后,即可沖洗表面砂漿,使集料露出。

由于沖洗時水泥混凝土路面強度較低,不得使用高壓水槍或壓力較大的水管直接沖洗,一般采用無沖擊力的自流水或霧化水流沖洗,沖洗可人工刷洗,沖洗完成后進入后期養生(同常規養生方法相同),直到14d后開放交通。

(2)材料的選用。

交通量低的道路,對集料巖類的選擇沒有要求;而交通量較大的道路,考慮到露出集料的耐磨性問題,應選用巖漿巖類(如花崗巖、輝綠巖、閃長巖、玄武巖等)或未風化的沉積巖等耐磨性能好的石料。

集料的最大粒徑、形狀對露石混凝土路面的外觀有一定的影響。一般公稱最大粒徑不宜大于25mm,針片狀含量不宜過高。

水泥采用與普通水泥混凝土路面相同的種類。

4 成果應用前景、經濟、社會效益預測

(1)成果應用前景。

可以推廣應用于我國東北和西北等深季凍區的公路水泥混凝土路面建設,其應用前景廣泛。潛在的應用單位包括相關省市地區的公路建設部門、交通規劃設計管理部門和政府決策部門。

盡管露石混凝土路面可能比一般混凝土路面造價稍高一些,但作為一種抗滑性高、安靜、防眩光、可排水、減少水漂、養護費用小的路面,在保證設計和施工質量的情況下,露石水泥混凝土路面具有很好的發展前景。

另外,考慮到露石混凝土技術用于橋梁橋面板混凝土鋪裝層時,可廉價地去除浮漿,形成豐富的表面紋理,大大提高瀝青路面與混凝土鋪裝層間的摩阻力,消除瀝青混合料在橋面板上推移的可能性等優勢,在鋪筑水泥混凝土橋面板時采用露石混凝土技術,可取得很好的層間摩阻效果。

(2)經濟、社會效益預測。

近年來,瀝青價格不斷上漲,高等級公路瀝青混凝土路面厚度逐漸增大,使得瀝青混凝土路面價格高于水泥混凝土路面。露石水泥混凝土路面的發展擴大了水泥混凝土路面使用范圍,使得在噪聲敏感區也可以修筑水泥混凝土路面,因而有利于推動地方工業的發展,提高經濟效益。雖然由于施工工藝的特殊性,使得露石水泥混凝土路面的造價高于一般水泥混凝土路面,但較修建聲屏障等降噪措施要經濟得多。

采用露石水泥混凝土路面,較大程度降低了公路沿線噪聲污染。由于路表為高強度粗集料,其磨耗量較小,產生的粉塵少,降低了對公路周邊環境的污染。

由于露石水泥混凝土路面表面的不光滑性,在陽光或燈光照射下形成漫反射,避免了普通水泥混凝土路面的鏡面反射。由于路表粗糙,摩擦系數、路表容水性能增加,提高了路面抗滑性能,消除了雨天漂滑、冬初及春融期路表薄冰現象,使得行車更加安全。