我國水泥公路面臨的機遇與挑戰

王亞奇 楊 杰

(長安大學，陜西 西安 710064)

1 我國公路的發展現狀

截止到2011年年底，全國公路總里程已突破400萬km大關，其中高速公路總里程達到8.5萬km，位居世界第二，僅次于美國的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難度大)，使得我國高速公路中絕大多數采用瀝青路面，出現了一邊倒的現狀。目前我國的水泥路面主要用于低等級道路中，其舒適性差和修復難的缺點不應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步來解決。目前國際原油價格的上漲使瀝青資源更為寶貴，而白色路面眾多的優點也已被專業人士發揮到極致，新的科技成果彌補了水泥路面的缺陷，相信會有越來越多的人開始重新考慮選擇“黑”還是“白”的問題。

2 我國水泥路面面臨的機遇

2.1 經濟上的優勢

2.1.1 發展水泥路面對國民經濟的貢獻

1)我國水泥資源及供給狀況。我國是目前世界上連續20多年水泥生產和出口的第一大國，有上萬家水泥廠，年產水泥十億多噸。我國生產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、粉煤灰等全部在國內自給有余。從全國來看，平均每個縣有1家～2家水泥廠。目前水泥的銷售小于生產能力，供過于求，價格低廉，全國平均價格在400元左右，因此面層初期投資相比瀝青路面可節省15%～40%左右。2)水泥路面建設對水泥等工業的帶動作用。按全國平均建成3.2萬公路水泥路面計算，使用水泥混凝土8 000萬m3，使用水泥2 800萬t，占年生產總量的2%～3%，這個比例是很小的，不會對水泥帶來任何的實質性影響。所以大力發展水泥路面對我國的水泥、砂石料、鋼鐵、化工等原材料工業以及設備制造業會帶來巨大的推動力，提供更多的就業機會，對國民經濟的發展提供更大的貢獻率。

2.1.2 我國瀝青資源及供給狀況

我國瀝青資源尤其是高等級公路用瀝青資源相當匱乏，我國目前瀝青年缺口達到200萬t以上。自20世紀80年代中期以來，由于市場供求關系的影響，我國瀝青價格上漲了10倍～20倍，而且受國際市場上的原油價格波動的巨大影響。譬如2003年上半年，由于伊拉克戰爭，原油價格由16美元/桶上漲到35美元/桶，導致進口重交通瀝青也上漲了一倍多。近幾年國際瀝青價格漲勢更是迅猛，沖破5 000元/t大關，直接導致瀝青路面的建設費用大幅上漲。這僅僅是價格方面的問題，更重要的是使得我國基本建設用的原材料過度依賴國際市場，受制于人，這將影響到我國的基本建設和經濟安全。

2.1.3 修建水泥路面相比瀝青路面經濟上存在的優勢

對新建高速公路兩種路面造價相比較，瀝青路面在以下四個方面造價高于水泥路面:1)進口瀝青均價是國產水泥均價的十幾倍。瀝青均價大約為5 000元/t，水泥均價為400元/t，瀝青均價是水泥均價的十幾倍。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，這些粗集料的價格視運距遠近是水泥路面粗集料的3倍～6倍。細集料:瀝青路面級配由粗集料、細集料和石粉三級原材料構成，不僅比水泥路面多石粉這一級原材料，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高于水泥混凝土。瀝青混合料一般在拌和場進行熱拌和，而水泥路面混凝土為常溫拌和，不需加熱。因瀝青混合料的熱拌和而消耗的費用大約在150元/t～200元/t。4)瀝青路面需要的壓實能耗高。施工中，瀝青路面要多次碾壓、密實成型;而水泥路面只需要振搗密實成型。瀝青路面因壓路機壓實、膠輪壓路機精平，比水泥路面振搗成型需要的振動壓實施工能耗高5倍～8倍。綜上所述，由于我國石油資源和能源的限制及制約，并伴隨瀝青均價的不斷提高，加之水泥路面養護維修費用低，耐久性好等優點，所以水泥路面在經濟上具有很大的優勢，加快水泥混凝土路面的發展和技術進步是我國高速公路建設的客觀需求，也是促進我國能源大發展的重要戰略措施。

2.2 技術上的優勢

1)剛度大、承載能力強。由于剛度在(3～5)×104MPa之間，使得板底分布荷載小，這使其對基層的承載力要求相對較低。2)耐水性、耐高溫性強。由于耐久性好，使其能夠在降雨量較大的地區和在洪水短期淹沒路面條件下照常通行;由于耐高溫性強，使其不會像瀝青路面那樣在持續高溫下產生較大變形。3)水泥路面平整度衰減緩慢、可維持長時間的高平整度。只要水泥路面施工質量好、基層抗沖刷能力強，其平整度保持良好的年限要比瀝青路面長久。4)抗彎拉強度高、抗疲勞性好、路面壽命更長久。瀝青路面有老化、耐水性差的缺點，其設計壽命15年，水泥路面設計壽命為30年，設計年限比瀝青路面長一倍，保證建設質量條件下養護維修費用更節省，尤其對于重載交通和坡度較大的公路，水泥路面的優勢更明顯。5)相比瀝青路面，水泥路面對集料的要求更低、集料易得。對于路面所使用的集料，水泥路面是由水泥這種水硬性結合料膠結而成，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準(如級配、砂率、潔凈等)就可以滿足要求。而瀝青混凝土路面對集料的要求較高，除應滿足規范規定的強度、耐磨耗及粗糙度等指標要求，還應考慮瀝青與石料的粘結力等［2］。6)水泥路面較瀝青路面環保。眾所周知，瀝青路面對公路周圍的土地、地下水等會造成污染，瀝青的自然分解與降解需要幾十年，這也是國際上綠色環保組織反對大量建造瀝青路面的重要原因之一。而水泥產業擁有循環經濟特征，生產水泥需要的是相關化學成分，不是特定的原料，生產水泥可利用各種高爐礦渣、粉煤灰等工業廢渣。采礦場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，又降低了生產單位混凝土的污染量［3］。7)水泥路面相比瀝青路面營運油耗低、經濟性好。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，始終在爬彎沉盆，據調查在營運當中車輛燃油消耗比瀝青路面省15%～20%，營運經濟性明顯優于瀝青路面。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光反射、熱量反射和隔熱性能，對于季節凍土路段保證路基凍土不融化失穩具有重要的使用價值［4］。綜上所述，水泥路面相比瀝青路面有其自身的優點和優越性，如果水泥路面的這些優點能夠很好地加以利用，定能鋪出高等級高質量的路面。

3 水泥路面面臨的挑戰

3.1 水泥路面普遍存在的缺點

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

3.2 我國水泥路面存在的問題與挑戰

1)總體結構偏弱。按照我國現有的水泥路面設計理論，設計出的板厚不足，結構種類單一，總體結構偏弱。

2)機械化施工程度低。先進的滑模機械施工技術普及率遠不如瀝青路面的施工機械，這阻礙了高等級水泥路面的發展。

3)面板欠密實。我國混凝土面板欠振、漏振現象較普遍，這使得強度大打折扣，使其運營早期磨損相當嚴重，表面裸露骨料，平整度嚴重惡化。

4)材料不精良。水泥的路用性能要求不嚴格，原材料和配合比要求過于粗放。有的水泥中游離的氧化鈣、氧化鎂嚴重超標，有的水泥摻雜了過多的粘土、火山灰等，使得路面開裂嚴重甚至全線崩潰。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)快速修補技術不過關。快速修補技術不過關，修補困難，同時阻礙交通，我國對快速維修技術的研究開發力度不足。

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

7)路基和基層支撐欠密實。基層支撐變形超過水泥面板所能容忍的限度就會造成大量的斷板現象，主要發生在軟基、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。我國水泥路面施工疏于養護，使得路面的表層強度欠佳、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 針對我國水泥路面存在的狀況提出的解決措施

對比國內外水泥路面設計、施工及其營運質量狀況，針對我國水泥路面存在的問題，應做好以下幾個方面的工作:

1)優化水泥路面的結構設計。a.增加面板和總結構的厚度。現有的水泥路面面板偏薄、總體結構偏弱，目前的水泥路面設計理論已經不能適應重交通。要增加面板厚度，同時加強基層，增加總體結構的強度。b.水泥路面的結構形式向多元化發展。為了能夠適應越來越重的汽車荷載和復雜多變的地形、地質、水文等的需要，許多新型結構形式迅速發展起來［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、高性能、彩色、低噪聲、快通等混凝土路面)。還可以考慮復合式路面結構，多元化發展成為一種趨勢。c.加強基層和路基。基層和路基為面板提供支撐作用，基層和路基的好壞決定著面板的使用質量和壽命。近年來，我國水泥路面早期面板破壞嚴重，很多是由于基層和路基的不穩定造成的，所以必須解決基層和路基的強度、抗沖刷性和不均勻彎沉等問題。

2)大力推廣施工先進技術。我國水泥路面施工機械化程度低，人工施工的路面尤其是高等級路面早期破壞十分嚴重，先進的滑模機械施工技術普及率太低。

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很大程度上影響了其在高速公路上的應用，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。先進的大型滑模機械可以大大提高其平整度。b.消除錯臺。水泥路面的接縫處容易產生唧泥和錯臺，影響其舒適性和耐久性。國外工程實踐表明，水泥路面的錯臺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的路面結構來徹底解決［4］。c.研發低噪聲水泥路面。由于水泥路面剛性大，其行車噪聲要高于柔性的瀝青路面。某些國家采用高強低噪聲細粒式水泥混凝土路面來降低噪聲，國內尚未引進;也可以采取設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)提高施工質量監管力度。我國很多工程出現早期破壞的現象很大程度上是由于施工質量差，甚至出現“豆腐渣”工程，我們要加強施工質量的監管和控制力度，提高施工質量。

5)提高預防性養護的意識。我國很多工程技術人員和管理人員缺乏預防性養護的意識，平時養護只是簡單的清掃而已，直到面板破壞或斷裂后才去維修。事實證明，在我國現有的基層環境和超載情況下，下述幾項預防性養護措施很是必要:a.及時進行接縫的重新密封，防止水分進入基層和路基。b.對滲透排水不暢路面及時進行滲透排水設施的改造。c.對沖刷脫空盡早進行探查，并及時灌漿穩板。

5 結語

由于我國瀝青資源的制約，并隨著國際油價的不斷上漲，瀝青路面建造成本越來越高，而我國是水泥生產大國，伴隨著水泥路面技術的不斷發展，其經濟優勢和技術優勢越來越凸顯，綜合多方面的因素考慮，水泥路面肯定會得到更好的發展。加快水泥路面的發展和技術進步是我國高速公路建設的客觀要求，也是我國能源發展的重要戰略措施。

［1］韓存玉.高速公路水泥路面與瀝青路面經濟學比較［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缺點比較［J］.交通與路建，2011(3):33-34.

［3］謝進通.水泥路面與瀝青路面方案比選中的技術經濟分析［J］.中外交通，2010(6):51-52.

［4］傅 智.水泥混凝土路面施工技術［M］.上海:同濟大學出版社，2004.