黃七零

(廣西交通技師學(xué)院,廣西 南寧 530000)

1 引 言

出行是現(xiàn)代人必不可少的,傳統(tǒng)的道路大多數(shù)是水泥混凝土和瀝青混凝土,未來是否可以使用更加環(huán)保安全的材料來修建道路,是否可以使用玻璃材料來代替基層的水泥穩(wěn)定碎石和瀝青混凝土路面。例如我國張家界玻璃棧橋路面為玻璃材料,因此為我們使用玻璃材料來代替基層的水泥穩(wěn)定碎石及瀝青混凝土路面成為可能。

修建道路采用的鋼化玻璃,又稱強(qiáng)化玻璃、淬火玻璃,是指表面具有壓應(yīng)力的玻璃,是一種預(yù)應(yīng)力玻璃,亦被稱為安全玻璃。鋼化玻璃,通常采用化學(xué)或物理的方法,在玻璃表面形成壓應(yīng)力,在內(nèi)部形成張應(yīng)力,玻璃承受外力時(shí)首先抵消表層應(yīng)力,能夠提高承載能力,并且增強(qiáng)了自身抗沖擊性、抗風(fēng)壓性和寒暑性等性能。隨著時(shí)代的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,各個(gè)領(lǐng)域逐步開始廣泛地應(yīng)用玻璃制品,并對玻璃制品各方面的性能如:玻璃制品的輕質(zhì)、高強(qiáng)、安全性等性能要求越來越高。因此,玻璃鋼化技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并且得到迅速發(fā)展,從而使得我們用玻璃材料來代替基層的水泥穩(wěn)定碎石及瀝青混凝土路不是空想,是可以實(shí)現(xiàn)的。

2 傳統(tǒng)施工材料與玻璃材料施工方法比較

鋼化玻璃不需要拌和站拌和直接購買成品,不需要初平碾壓,不用擔(dān)心運(yùn)輸過程中運(yùn)輸車側(cè)壁與運(yùn)輸物品粘合,拼接時(shí)間短,大大地縮短了工期。

3 玻璃材料修筑道路施工要點(diǎn)

3.1 配料

玻璃材料的主要原料有:石英砂、石灰石、長石、純堿、硼酸等,按照設(shè)計(jì)好的配合比,將各種原料稱量后在混料機(jī)內(nèi)混合均勻。

3.2 熔制

首先將玻璃材料所需原料配好,然后經(jīng)高溫將其加熱成無氣泡、均勻的玻璃液。玻璃材料的熔制是復(fù)雜的物理和化學(xué)反應(yīng)過程,需要在特定的器皿——熔窯內(nèi)完成。目前,熔窯的主要類型分為兩種:一種稱為坩堝窯,將玻璃原材料盛裝在坩堝內(nèi),再將坩堝放入坩堝窯內(nèi),并在坩堝外面加熱。坩堝窯根據(jù)容量的大小可同時(shí)盛放1～20個(gè)坩堝。坩堝窯是間隙式生產(chǎn)的,采用坩堝窯生產(chǎn)的僅為光學(xué)玻璃和顏色玻璃。另一種稱為池窯,將玻璃原材料盛裝在窯池內(nèi)熔制,在玻璃液面上部采用明火加熱,玻璃材料的熔制溫度在1 300～1 600 ℃,常用火焰加熱,也用電流加熱,稱為電熔窯。池窯是連續(xù)生產(chǎn)的,小池窯僅為幾米,大池窯可達(dá)400多米[1]。

3.3 成型

玻璃材料成型就是將熔制好的玻璃液處理轉(zhuǎn)變成形,這需要在一定溫度范圍內(nèi)才能進(jìn)行,這是一個(gè)冷卻過程。我們需要的階梯式固體形態(tài),進(jìn)行刻槽,把鋼化玻璃路面刻出小槽防止車輛在玻璃路面打滑,減少事故的發(fā)生,再進(jìn)行拉毛涂層。由于玻璃透光性和反光性極強(qiáng),導(dǎo)致路面下層溫度過高,影響地球的生態(tài)環(huán)境,以及反光時(shí)影響駕駛員觀看前方道路和車輛,從而會引發(fā)交通事故,所以要將鋼化玻璃下層進(jìn)行深色染料涂層,以及表面的拉毛。

3.4 退火

玻璃退火主要是指將成型后的玻璃材料置于退火窯中在某一溫度范圍內(nèi)保溫或緩慢降溫一段時(shí)間,然后再慢慢冷卻的熱處理制程,主要目的是釋放應(yīng)力,使玻璃中產(chǎn)生的熱應(yīng)力減少或消除,不再產(chǎn)生超過允許范圍的永久應(yīng)力和暫時(shí)應(yīng)力。這是因?yàn)椴Ａг诔尚芜^程中,經(jīng)受激烈的溫度變化和形狀變化,而這種變化在玻璃中留下的熱應(yīng)力會降低玻璃制品的熱穩(wěn)定性和材料強(qiáng)度。如果將玻璃制品直接快速冷卻降溫,那么在冷卻過程中,或者在此后的存放、運(yùn)輸和使用過程中很可能發(fā)生玻璃自行破裂的現(xiàn)象——俗稱玻璃的冷爆。因此,玻璃制品在成形后必須進(jìn)行退火處理,以避免玻璃冷爆現(xiàn)象的發(fā)生[2]。

3.5 鋪砌

將自己需要的玻璃路面的尺寸計(jì)算出來,并準(zhǔn)備好相應(yīng)的玻璃材料。將材料表面的油污洗凈搽干、等待使用。玻璃路面的修建成階梯式拼接從左到右,從前到后有序拼接,并且接縫處采用強(qiáng)力玻璃膠進(jìn)行粘合,將強(qiáng)力玻璃膠裝入玻璃膠槍,將需要的玻璃拼接成設(shè)計(jì)的形狀,使用強(qiáng)力玻璃膠將所有接頭的地方全部粘接上,涂玻璃膠的時(shí)候一邊擠膠一邊移動(dòng),保持穩(wěn)定,使路面更加穩(wěn)定,不易松動(dòng)。

4 瀝青混凝土材料與玻璃材料修筑路面的質(zhì)量比較

(1)瀝青在高溫下容易變形形成車轍,而玻璃硬度較好。瀝青面層高溫穩(wěn)定性差,在高溫天氣里,在車輪的反復(fù)碾壓作用下,路面荷載應(yīng)力超過瀝青混合料穩(wěn)定極限,使得路面流動(dòng)變形不斷積累造成了車轍和推移等瀝青路面病害。而玻璃材料,特別是鋼化玻璃,作為一種預(yù)應(yīng)力玻璃、安全玻璃,已通過使用化學(xué)或物理的方法,在玻璃表面形成壓應(yīng)力,當(dāng)承受外力時(shí)可最先抵消表層的應(yīng)力,能夠提高承載能力、改善玻璃強(qiáng)度。同等厚度的鋼化玻璃與普通玻璃相比,抗沖擊強(qiáng)度是5～10倍、抗彎強(qiáng)度是3～5倍,具有較高的安全性和穩(wěn)定性,不容易發(fā)生變形。

(2)瀝青在長時(shí)間的使用下容易產(chǎn)生裂縫,因?yàn)闉r青分子分布較為擴(kuò)散、不集中。但玻璃截然相反,玻璃在使用過程中不會產(chǎn)生裂縫,玻璃分子排列較為緊密、不容易分散。

(3)從對人的身體健康上來說,瀝青具有毒性氣味,對人的身體會造成一定的傷害和影響,而玻璃既環(huán)保又安全。使用安全是鋼化玻璃第二個(gè)主要優(yōu)點(diǎn),其承載能力增大、改善了易碎性質(zhì),即使鋼化玻璃破壞也呈無銳角的小碎片,對人體的傷害極大地降低了。

表1 瀝青混凝土與玻璃材料比較一覽表

(4)從施工難度上來說,瀝青施工難度大,工期長,需要?jiǎng)趧?dòng)力較多,玻璃施工和安裝都較簡便,既能省時(shí)又能省力。

(5)從保護(hù)環(huán)境角度來說,瀝青的產(chǎn)生需要大量的資源,需要大角度地開采資源,但玻璃可以減少資源的浪費(fèi),從而既節(jié)約了資源,又保護(hù)了環(huán)境。

(6)使用年限,鋼化玻璃的耐急冷急熱性質(zhì)較之普通鋼化玻璃有2～3倍的提高,一般可承受150 ℃以上的溫差變化,具有良好的熱穩(wěn)定性,對防止熱炸裂有明顯的效果。如果鋼化玻璃出現(xiàn)裂痕或者地基出現(xiàn)不均勻沉降,可以進(jìn)行部分重建,而不用像瀝青混凝土路面那樣要大規(guī)模的修建,維護(hù)成本價(jià)低。

5 瀝青混凝土和玻璃材料施工的優(yōu)缺點(diǎn)

5.1 危害

瀝青混凝土瀝青提煉可能有高分子的碳?xì)浠衔镂唇?jīng)揮發(fā)出來,會產(chǎn)生大量的有害氣體,這些物質(zhì)或多或少對人體健康是有害的。瀝青路面施工成型過程中由于高散發(fā)刺激性氣味對近距離人體有有害,對環(huán)境也造成污染。而玻璃環(huán)保無刺激性氣味、對人體無害。

5.2 溫度

瀝青混凝土高速公路在修建過程當(dāng)中一定要注意溫度的變化,溫度太低瀝青混合料溫度散失較快,會導(dǎo)致攤鋪、路面壓實(shí)困難,道路孔隙率變大,滲水系數(shù)偏大,在通車后的高溫雨季容易出現(xiàn)各種問題。如果修建的過程溫度過高會導(dǎo)致瀝青加速老化,因?yàn)樵谏a(chǎn)拌合過程中瀝青在集料表面形成很薄的膜,在高溫下輕質(zhì)組分容易流失,導(dǎo)致瀝青老化,使瀝青的延伸度下降容易導(dǎo)致路面的壽命降低,在溫度過高的情況下瀝青會變軟,在重型車輛的碾壓下會導(dǎo)致混合集中料發(fā)生位移,導(dǎo)致車轍的出現(xiàn),如果各個(gè)面層之間的粘接措施采取不當(dāng),在高溫下,集料還會沿著行車方向進(jìn)行位移,從而形成車轍推移病害。由于瀝青材料的穩(wěn)定性較差,當(dāng)北方的冬季溫度過低時(shí),行車不當(dāng)會導(dǎo)致瀝青路面產(chǎn)生大面積裂縫,而當(dāng)夏季溫度過40 ℃高溫時(shí),瀝青材料會變軟,針入度變高,在高溫環(huán)境下,瀝青混凝士易軟化變形,影響路面使用壽命。

與之相比,鋼化玻璃具有良好的熱穩(wěn)定性,能承受的溫差是普通玻璃的3倍,300 ℃以下的溫度對玻璃化學(xué)穩(wěn)定性和壽命不產(chǎn)生任何影響。玻璃的物理化學(xué)性質(zhì)會隨著溫度的升高發(fā)生變化,在600 ℃左右開始發(fā)生軟化,隨著溫度升高,玻璃內(nèi)部產(chǎn)生析晶現(xiàn)象,逐漸從透明變向模糊[3]。在常溫下,玻璃出現(xiàn)析晶變模糊的情況可能需要上萬年,暫且可以忽略不計(jì)。

5.3 安裝

預(yù)先分化出玻璃的位置,清理平整安裝玻璃,安放好玻璃之后在玻璃縫隙中打入玻璃膠填充縫隙。

玻璃道路不需要分次施工,玻璃具有高透明性,透光率過高,在修建玻璃的過程中可以在路面下層添加黑色顏料,玻璃路面玻璃表面過于光滑,可以在玻璃上拉毛,起到防滑作用,在轉(zhuǎn)角處設(shè)置凹槽,用來避免車速過快、防止發(fā)生意外。而且,玻璃的化學(xué)構(gòu)成相對穩(wěn)定,自然狀態(tài)下的陽光雨霧通常不會對玻璃產(chǎn)生性能衰減等方面的影響,普通酸堿也不能對玻璃造成傷害。

5.4 壽命

瀝青混凝土在非常規(guī)氣溫下使用受限,極寒或極熱的氣溫限制瀝青混凝土路面的使用。瀝青混凝土溫度過高會導(dǎo)致瀝青加速老化、變軟,降低壽命。此外,瀝青混凝土路面需要定期維護(hù)和修補(bǔ),維護(hù)成本較高。通常情況下影響玻璃壽命的情況只有兩個(gè):潮濕空氣和高溫。鋼化玻璃油墨可以在玻璃鋼化前印刷在玻璃基材上,然后隨玻璃基材一起進(jìn)入鋼化隧道爐,不懼高溫,隨爐鋼化一次完成,不僅抗刮耐磨,而且能經(jīng)受風(fēng)吹日曬雨淋都不會損壞或脫落,起到了一定的保護(hù)作用。

5.5 運(yùn)輸

瀝青是石油的產(chǎn)物,近些年來我國對石油大量開采導(dǎo)致石油資源匱乏,如果繼續(xù)開采石油會影響自然環(huán)境,而且提煉瀝青時(shí)會對環(huán)境造成的污染。瀝青在運(yùn)輸過程中會擔(dān)心灑落,如果運(yùn)輸距離過遠(yuǎn),瀝青中的水分會蒸發(fā),從而影響瀝青的質(zhì)量。提煉玻璃沒有那么大的危害,但玻璃在運(yùn)輸?shù)倪^程當(dāng)中要注意保護(hù)玻璃的邊角處,防止玻璃破碎,相對于瀝青的運(yùn)輸過程,玻璃不怕遠(yuǎn)距離運(yùn)輸,只需要注意玻璃的四個(gè)角落,相對而言較易保存。一旦受到外力破壞時(shí),玻璃的碎片呈現(xiàn)為碎小的蜂窩狀的鈍角顆粒,不容易對人體造成傷害。

5.6 強(qiáng)度

玻璃油墨可以在玻璃鋼化前印刷在玻璃基材上,然后隨玻璃基材一起進(jìn)入鋼化隧道爐,不懼高溫,隨爐鋼化一次完成,不僅抗刮耐磨,而且能經(jīng)受風(fēng)吹日曬雨淋都不會損壞或脫落,起到了一定的保護(hù)作用,因此徹底解決了玻璃油墨在鋼化玻璃上易脫落不耐刮等問題。同等厚度的鋼化玻璃與普通玻璃相比,抗沖擊強(qiáng)度是5～10倍、抗彎強(qiáng)度是3～5倍,具有較高的安全性和穩(wěn)定性。

6 傳統(tǒng)道路材料施工與玻璃材料施工造價(jià)對比分析

按照國家頒布的標(biāo)準(zhǔn),高速公路道路寬為3.5～3.75 m,如果以車道寬為3.5 m,長度為1 km,基層為水泥穩(wěn)定級配碎石厚度為40 cm,面層為瀝青混凝土厚度為15 cm,雙向四車道的高速公路為例,進(jìn)行分析對比。

6.1 傳統(tǒng)道路材料施工價(jià)格

(1)基層為水泥穩(wěn)定級配碎石厚度為40 cm[4]

水泥穩(wěn)定碎石施工綜合價(jià)格約為90元/m2,3.5 m×1 000 m×4車道=14 000 m2,14 000 m2×90元/m2=1 260 000.00元。

(2)面層為瀝青混凝土厚度15 cm[5]

瀝青混凝土的綜合價(jià)格為1 cm的厚度價(jià)格12元/m2,3.5 m×1 000 m×4(車道)=14 000 m2,14 000 m2×15 cm×12元/m2=2 520 000.00元。

(3)傳統(tǒng)道路材料施工價(jià)格總計(jì)

1 260 000.00+2 520 000.00=3 780 000.00元

6.2 玻璃材料施工價(jià)格

按材料費(fèi)占總造價(jià)的70%計(jì)算。

(1)玻璃價(jià)格:900元/t,密度為2.2 kg/m3,道路厚度55 cm即0.55 m。

3.5 m×1 000 m×4(車道)=14 000 m2,14 000 m2×0.55 m=7 700 m3。

7 700 m3×2.2 kg/m3×900元/t=15 246元。15246元/0.7=21 780.00元。

(2)鋼化玻璃價(jià)格:1 400元/t,密度為2.2 kg/m3,道路厚度55 cm即0.55 m。

3.5 m×1 000 m×4車道=14 000 m2,14 000 m2×0.55 m=7 700 m3。

7 700 m3×2.2 kg/m3×1 400元/t=23 716元。23 716/0.7=33 880.00元。

根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)可知,修建一條長度為1 000 m,寬為3.5 m的雙向四車道使用鋼化玻璃材料的造價(jià)成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于瀝青材料路面的造價(jià)。

綜上所述,瀝青混凝土路面的使用對環(huán)境的影響比玻璃路面較大,同時(shí),瀝青的提取和運(yùn)輸會對人的身體健康造成很大危害,但與玻璃相比較而言,玻璃更加環(huán)保,并且玻璃在提取和運(yùn)輸?shù)倪^程中,對人體沒有危害,同時(shí)安裝方便,大大地減少了施工對人的身體造成的影響,既縮短了工期,也節(jié)省了人力物力。