深季冻区露石水泥混凝土路面降噪、抗滑技术的应用

李小林,孟 鑫,周 凯

(黑龙江省公路勘察设计院)

露石水泥混凝土路面是在面层水泥混凝土混合料铺筑完成后,喷洒露石剂对混凝土表面进行化学处理,延缓表面2～3mm厚水泥砂浆的凝结,但不影响主体混凝土的正常凝结硬化,当主体混凝土达到一定强度后,再用水刷洗其表面进行表面除浆,露出均匀分布的 2mm左右高度粗集料的表面,这样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种新型的路面形式,它具有优良的宏观与微观结构,露石混凝土路面除保持普通混凝土路面强度高、使用寿命长、养护费用低等特点外,还具有卓越的抗滑性能、优良的减噪性能、隧道内的能见度高、优良的散光防眩性能、优良的的耐磨性能、优良的排水性能等等。

1 研究目的、用途和意义

随着我国公路建设的快速发展,道路交通噪声已成为环境噪声污染的重要来源。众所周知,传统的水泥混凝土路面行车的噪声比普通沥青路面高,以致设计者在选择路面类型时,尤其在声环境敏感区,往往选择沥青混凝土路面,使得水泥混凝土路面的使用受到限制。而对许多地区来说,选用水泥混凝土路面不仅可以充分利用当地材料、降低成本,而且还可以促进地方产业的发展。基于我国的国情,在今后公路路面建设中,仍将大量采用水泥混凝土路面。对低噪声水泥混凝土路面的研究显得必要而适时。

传统水泥混凝土路面在干燥条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,其抗滑能力急剧下降。提高不利季节水泥混凝土路面抗滑能力,是深季冻区公路建设面临的重要课题。

受气候和环境条件影响,在深季冻区应用露石水泥混凝土路面,降低路面噪音、提高路面抗滑能力,是一种十分有效的措施,但应考虑风砂、尘土、积雪对路面使用性能的影响,路面耐久性以及施工工艺等。因此,针对黑龙江省气候和环境特点,展开深季冻区露石水泥混凝土路面降噪、抗滑技术及施工工艺、质量控制及评价方法的研究,推广露石水泥混凝土路面在我国东北、西北地区的应用。

2 国内外概况和发展趋势

随着公路建设的飞速发展,水泥混凝土路面在一些地区受到越来越普遍的重视,被广泛的应用于交通量大、车速快的干线公路和城市道路上。但在使用过程中,水泥混凝土路面抗滑性低,交通事故率增加,与此同时,随着人们环保意识的增加,人们对水泥混凝土路面产生较高交通噪声的认识更为深刻,“噪音路面”已成为水泥混凝土路面的另一代名词,在对路面使用品质要求不断提高的情况下,这一缺陷会成为水泥混凝土路面发展的一个制约因素;另外,作为“白色”路面,水泥混凝土路面的反光、眩目等自身特性,给交通安全亦造成不利影响。

在过去的若干年中,道路工作者对水泥混凝土路面的抗滑技术进行了多方面研究,提出了一些可行的施工措施。我国目前主要用于水泥混凝土路面的抗滑措施是拉毛和刻槽,这些措施在使用初期能满足抗滑性能的要求,但相对于水泥混凝土路面较长的使用年限,这些措施难以保证道路始终具有所要求的良好的抗滑品质。另一方面,我国现行的横向拉毛、刻槽技术对混凝土路面的噪声不但没有降低,反而有强化作用。

随着社会对公路环境噪声、不利季节公路通行能力要求的提高,修筑低噪声露石水泥混凝土路面成为公路建设中的重要课题。

3 寒区露石水泥混凝土路面研究

3.1 国内外露石水泥混凝土路面设计方法及现状调研

露石混凝土路面结构型式与普通水泥混凝土路面相同,但在摊铺施工工艺方面,按照集料技术性质与经济性因素,可选择整层一次摊铺或两层摊铺工艺。

对于高等级公路,用于露石混凝土路面的粗集料,其综合力学性能要高,根据需要对最大粒径(不宜大于 25mm,一般取20mm)与级配有一定的要求。

如果综合力学性质高的粗集料比较丰富,则露石混凝土路面板整个结构都可采用这种集料,即一次铺筑振捣,然后采取相应露石工艺。

对于低交通量道路,粗集料的综合力学性质可以适当放宽,整层混凝土板自然也是一次摊铺。

对于高等级公路,如果综合力学性质高的粗集料比较贵,或要求表面露石颗粒粒径要小一些,则可选择两层铺筑工艺,即表面层采用所期望露石效果的集料组成混凝土,这个厚度为 4～5cm,而其余厚度则采用按强度要求所选择集料组成的混凝土。

3.2 露石水泥混凝土路面施工工艺、材料的选用

露石路面施工工艺同以往的水泥混凝土路面的施工工艺基本一样,所不同的是将以往施工过程中的拉毛、刻槽工序改为露石工艺,简单易行,实施方便。

需要增加的材料是露石剂。需要增加的设备一是露石剂喷洒机具,这可以是人工喷洒器具,也可以是机械喷洒机;二是刷洗机具,如果采用人工刷洗,则扫把一类器具就可以;如考虑机械刷洗,则采用自行式刷洗机。

(1)施工工艺。

①在现行水泥混凝土路面施工工序和技术规范的前提下铺筑混凝土。

②当三筒滚筒、震捣梁拖平路面后(或滑模法施工抹平路面后),按一般工序手工抹平,其后根据表面浮水蒸发情况,以不见表面水为宜,即可喷洒露石剂。

③喷洒液态EACCP露石剂。

④喷洒露石剂要使喷出的露石剂雾化。可采用小型吸水喷洒泵雾化喷洒,也可采用自行式喷洒机喷洒。喷洒量控制在 250～275g/m2,喷洒露石剂要均匀,喷洒达到颜色均匀时,即可认为喷洒均匀。

⑤遮盖塑料膜。

当露石剂均匀喷洒完成以后,稍等一定时间即可用塑料薄膜加以遮盖,以防止表面干燥。

⑥冲洗。

以温度和时间来控制是否开始冲洗,根据试验结果,一般控制在 300～450℃·h左右。对于普通水泥,如果气温在 20℃左右,则覆盖塑料膜养生 20h左右后,即可冲洗表面砂浆,使集料露出。

由于冲洗时水泥混凝土路面强度较低,不得使用高压水枪或压力较大的水管直接冲洗,一般采用无冲击力的自流水或雾化水流冲洗,冲洗可人工刷洗,冲洗完成后进入后期养生(同常规养生方法相同),直到14d后开放交通。

(2)材料的选用。

交通量低的道路,对集料岩类的选择没有要求;而交通量较大的道路,考虑到露出集料的耐磨性问题,应选用岩浆岩类(如花岗岩、辉绿岩、闪长岩、玄武岩等)或未风化的沉积岩等耐磨性能好的石料。

集料的最大粒径、形状对露石混凝土路面的外观有一定的影响。一般公称最大粒径不宜大于25mm,针片状含量不宜过高。

水泥采用与普通水泥混凝土路面相同的种类。

4 成果应用前景、经济、社会效益预测

(1)成果应用前景。

可以推广应用于我国东北和西北等深季冻区的公路水泥混凝土路面建设,其应用前景广泛。潜在的应用单位包括相关省市地区的公路建设部门、交通规划设计管理部门和政府决策部门。

尽管露石混凝土路面可能比一般混凝土路面造价稍高一些,但作为一种抗滑性高、安静、防眩光、可排水、减少水漂、养护费用小的路面,在保证设计和施工质量的情况下,露石水泥混凝土路面具有很好的发展前景。

另外,考虑到露石混凝土技术用于桥梁桥面板混凝土铺装层时,可廉价地去除浮浆,形成丰富的表面纹理,大大提高沥青路面与混凝土铺装层间的摩阻力,消除沥青混合料在桥面板上推移的可能性等优势,在铺筑水泥混凝土桥面板时采用露石混凝土技术,可取得很好的层间摩阻效果。

(2)经济、社会效益预测。

近年来,沥青价格不断上涨,高等级公路沥青混凝土路面厚度逐渐增大,使得沥青混凝土路面价格高于水泥混凝土路面。露石水泥混凝土路面的发展扩大了水泥混凝土路面使用范围,使得在噪声敏感区也可以修筑水泥混凝土路面,因而有利于推动地方工业的发展,提高经济效益。虽然由于施工工艺的特殊性,使得露石水泥混凝土路面的造价高于一般水泥混凝土路面,但较修建声屏障等降噪措施要经济得多。

采用露石水泥混凝土路面,较大程度降低了公路沿线噪声污染。由于路表为高强度粗集料,其磨耗量较小,产生的粉尘少,降低了对公路周边环境的污染。

由于露石水泥混凝土路面表面的不光滑性,在阳光或灯光照射下形成漫反射,避免了普通水泥混凝土路面的镜面反射。由于路表粗糙,摩擦系数、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现象,使得行车更加安全。