郝新寶

（山西朔州路橋建設(shè)有限責(zé)任公司，山西 朔州 036000）

在國(guó)內(nèi)外已建成通車的高等級(jí)道路中，路面結(jié)構(gòu)的主要形式為瀝青和水泥混凝土路面。目前，水泥混凝土路面在整個(gè)高等級(jí)道路中所占比重較低，這是基于水泥路面現(xiàn)存的某些技術(shù)問題所致。

1 問題的提出

雖然在國(guó)內(nèi)外高等級(jí)道路中水泥路面的應(yīng)用較少，但道路工程學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)為，水泥路面的下述性能和技術(shù)優(yōu)勢(shì)是十分突出的：

a）水泥路面是一種剛性路面，其受力形式為板式整體承壓結(jié)構(gòu)。與分散受力的瀝青混凝土路面（柔性路面）相較，水泥路面對(duì)上部的動(dòng)、靜荷載，特別是車輛的沖擊荷載的受力均勻且具有更好的承壓能力。有鑒于此，水泥路面更加適宜于在路基承壓能力較低的松散砂土基礎(chǔ)和水網(wǎng)沼澤地帶建設(shè)和使用。同時(shí)，我國(guó)廣大農(nóng)村鄉(xiāng)鎮(zhèn)和偏遠(yuǎn)地帶的較低等級(jí)道路，由于路基建設(shè)等級(jí)較低使得基層承壓較為薄弱，故選擇水泥路面結(jié)構(gòu)更為適宜。

b）水泥混凝土路面材料主要是多種無機(jī)物質(zhì)的混合物，這些原材料按照設(shè)定級(jí)配和制備工藝混合而成。路面形成強(qiáng)度后，對(duì)水（落雨和地表水）的侵蝕具有更強(qiáng)的抵御能力。因此，在落雨較多、地下水位較高和水網(wǎng)地帶的應(yīng)用具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

c）在長(zhǎng)期的運(yùn)行中，因車輛故障（包括交通事故等）或使用不當(dāng)難免會(huì)有一些油品（以車輛使用的汽、柴燃油和潤(rùn)滑冷卻系統(tǒng)的各種機(jī)油為代表）遺落在路面上。與路用瀝青相較，這些油品屬于輕質(zhì)稀油，與瀝青的接觸和混合必然使得已形成強(qiáng)度的瀝青路面出現(xiàn)嚴(yán)重的乳化現(xiàn)象，使路面形成腐蝕和松散破壞。而水泥路面由于材料的組成基本是無機(jī)物質(zhì)，其化學(xué)組成的相對(duì)穩(wěn)定性對(duì)這些油品的侵蝕具有較強(qiáng)的抵抗能力。

d）水泥路面的材料混合（制備）過程在常溫下（但施工時(shí)的環(huán)境溫度必須高于冰點(diǎn)。為了保證道路的施工質(zhì)量，水泥路面的施工期、包括必要的養(yǎng)生期，應(yīng)在當(dāng)年春暖后開始，而在冬季來臨前完成）進(jìn)行，故路面混凝土材料在制備、轉(zhuǎn)運(yùn)、攤鋪和壓實(shí)等所有施工工序無需進(jìn)行加熱作業(yè)，施工成本相對(duì)較低，工藝也相對(duì)簡(jiǎn)單，且在整個(gè)施工（包括材料制備）期間基本不會(huì)產(chǎn)生有害排放。

e）在正常情況下，水泥路面的使用壽命明顯高于瀝青路面。如山西省第一條現(xiàn)代意義上的高等級(jí)道路是建成于20世紀(jì)30年代后期的太原市城南公路（市中心至南郊黃陵，約25 km），整條道路為寬7.5 m的水泥混凝土路面（路面厚度300～350 mm）。該道路建筑質(zhì)量甚佳，一直到20世紀(jì)后期仍在正常使用，直至21世紀(jì)初才被瀝青混凝土路面所取代。

雖然水泥路面具有一定的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，但其建設(shè)和使用中的一些弱勢(shì)也是十分明顯和突出的。有鑒于此，如果對(duì)水泥路面的路用特性及施工工藝進(jìn)行充分研究，有的放矢地解決某些存在的技術(shù)問題，必將有力地促進(jìn)水泥路面的快速發(fā)展和規(guī)模應(yīng)用。

2 水泥路面存在的主要問題和解決方案

2.1 剛性受力使得行車振動(dòng)較大 舒適性較差

水泥路面的材料主要是各種粒徑級(jí)配的礦料與作為黏結(jié)劑的水泥和水混合而成，經(jīng)攤鋪和養(yǎng)生后形成剛性板塊承壓結(jié)構(gòu)的道路面層，對(duì)上部車輛的沖擊和振動(dòng)荷載基本沒有吸收作用，因此這些振動(dòng)又被反射回行駛車輛自身來承受，因此行車振動(dòng)較大，舒適性較差。

水泥路面的剛性受力結(jié)構(gòu)是造成行車振動(dòng)較大的主要原因。行車對(duì)路面造成的沖擊荷載與車輛自身的質(zhì)量和沖擊速度的平方成正比，由此可建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行量化：

式中：F為車輛對(duì)路面形成的沖擊荷載；k為綜合系數(shù)；m為車輛自身（包括自重和承載質(zhì)量）的總質(zhì)量；v為車輛行進(jìn)時(shí)對(duì)路面形成的相對(duì)速度。

顯然，在行車自身的總質(zhì)量決定之后，車輛對(duì)路面形成的沖擊荷載的大小取決于車輛行進(jìn)時(shí)對(duì)路面形成的相對(duì)速度。而這個(gè)相對(duì)速度由兩部分組成，一是車輛行進(jìn)的速度由人為和車輛自身性能決定，是難以改變的；二是由于路面的不平整使得車輛行進(jìn)時(shí)對(duì)路面產(chǎn)生的瞬時(shí)沖擊。顯然，后者是能夠通過提高道路施工時(shí)的質(zhì)量，特別是提高路面的平整度來弱化，從而盡可能減少車輛對(duì)路面形成的沖擊荷載。

平整度較低一直是水泥路面建設(shè)質(zhì)量的瓶頸之一，筆者認(rèn)為做好下述工作對(duì)提高水泥路面的平整度是非常重要的：

a）適當(dāng)減少水泥混凝土制備時(shí)材料的含水量。水是水泥和級(jí)配礦料良好結(jié)合的必備，但水量過大會(huì)大大提高混凝土路面形成強(qiáng)度過程中的彎沉值，從而造成路面平整度的下降[1]。因此混凝土材料中的含水量應(yīng)在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)取低值，同時(shí)應(yīng)根據(jù)施工季節(jié)、環(huán)境溫度、空氣的相對(duì)濕度和材料制備基地與路面攤鋪地點(diǎn)的相對(duì)運(yùn)距等指標(biāo)的不同隨時(shí)進(jìn)行必要的調(diào)整和優(yōu)化。

b）減少材料在運(yùn)輸和攤鋪過程中的離析。水泥混凝土在運(yùn)輸和攤鋪過程中的材料離析較瀝青混凝土更為嚴(yán)重[2]，為了盡量規(guī)避此類問題，應(yīng)特別注意盡可能縮短材料的運(yùn)輸距離，并在運(yùn)輸過程中采取慢速攪拌等防離析措施。

c）攤鋪過程。在水泥混凝土路面攤鋪過程中，攤鋪機(jī)必須保證勻速連續(xù)作業(yè)，并采用變螺距攤鋪（輸送）器以減少混凝土材料在輸送（特別是8 m以上的大寬度攤鋪）過程中的材料離析。

2.2 水泥混凝土路面抗滑構(gòu)造壽命較低

有別于瀝青混凝土路面，水泥路面自身難以形成較好的抗滑構(gòu)造，所以必須在攤鋪工藝中加設(shè)抗滑構(gòu)造制作工序（橫向刻紋）。但這種抗滑構(gòu)造在長(zhǎng)期的車輛磨耗下通常只能維持2年左右。當(dāng)水泥混凝土路面形成強(qiáng)度后，重新制作抗滑構(gòu)造十分困難，作業(yè)效率低且工程成本很高。目前抗滑構(gòu)造的后期制作工藝和相關(guān)設(shè)備在國(guó)際范圍內(nèi)尚未成熟。我國(guó)交通運(yùn)輸部科研院和山西省交通科學(xué)研究院曾立項(xiàng)研發(fā)水泥路面抗滑構(gòu)造專用施工設(shè)備并已完成相應(yīng)的成果，但終因作業(yè)效率和施工成本等問題而難以規(guī)模推廣。筆者認(rèn)為，在目前階段可以考慮采用下述方案盡量提高路面抗滑構(gòu)造的使用壽命。

a）適當(dāng)加深抗滑構(gòu)造的深度。在相同荷載及車流數(shù)量前提下，抗滑構(gòu)造的有效厚度（即刻紋深度）與使用壽命成正比。圖1是在此前提下抗滑構(gòu)造厚度與使用壽命的數(shù)據(jù)曲線。

圖1 抗滑構(gòu)造厚度與使用壽命的關(guān)系

但抗滑構(gòu)造的深度不宜過大（其具體數(shù)據(jù)并非常數(shù)，而與其橫向間距和混凝土材料的組成有關(guān)），否則不僅會(huì)增加工程費(fèi)用和作業(yè)難度，而且會(huì)影響路面的整體強(qiáng)度。

b）道路表面以高硬石料鋪筑。水泥混凝土路面材料組成中的級(jí)配礦料可根據(jù)設(shè)計(jì)選配不同的石質(zhì)和礦渣材料，如筆者所在的山西晉中地區(qū)主要有石灰?guī)r、青石、玄武巖和閃長(zhǎng)巖等。這些礦料的硬度不同，其耐磨性能指標(biāo)也存在較大的差異，但采用玄武巖和閃長(zhǎng)巖等高硬石料的道路表面抗滑結(jié)構(gòu)的使用壽命可較其他石料高出3～5倍。因此，以高硬石料鋪筑的水泥混凝土路面能夠明顯提高抗滑構(gòu)造的使用壽命。

c）水泥路面材料再生難度較大。新世紀(jì)以來，材料的再生利用和節(jié)能減排已成為我國(guó)各行業(yè)的共識(shí)和基本國(guó)策，但基于水泥路面的特殊性，其材料的再生利用尚處在較為初級(jí)的階段，很難作為路面材料再生利用，只能以冷再生方式將其作為道路基層的填料，再生利用價(jià)值有限。但作為一種有別于松散泥土的物質(zhì)，路面舊材料能夠在粉碎至一定粒度后作為工民建筑的預(yù)制水泥構(gòu)件的原材料進(jìn)行再生利用。山西省公路工程建設(shè)和養(yǎng)護(hù)單位也將其作為路緣石和城鎮(zhèn)道路邊側(cè)人行道的預(yù)制鋪筑件制作的原材料進(jìn)行再利用，取得了良好的成果。相信通過和借鑒相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步，水泥路面材料的再生利用會(huì)取得更大的成就。

3 結(jié)語(yǔ)

作為一種高等級(jí)道路的主要路面結(jié)構(gòu)形式，水泥路面的建設(shè)質(zhì)量也反映了一個(gè)國(guó)家或地區(qū)道路交通事業(yè)的整體水平，相信隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，水泥路面的總體技術(shù)水平會(huì)隨著某些技術(shù)瓶頸的逐步克服而迅速提高。