露石混凝土路面技術(shù)及施工設(shè)備應(yīng)用

1 露石混凝土路面

　　露石混凝土路面(Exposed-Aggregate Cement Concrete Pavement，簡稱EACCP)，也稱“悄聲混凝土路面”（Whisper Concrete Pavement）技術(shù)，是一種將面層混凝土中的粗集料外露,形成粗糙表面路面的方法。通過這種技術(shù)所形成的露石水泥混凝土路面，具有隨機(jī)凸起集料的表面,使聲波和壓力波在輪胎花紋下的空隙中自行消散,從而降低了噪聲。與傳統(tǒng)混凝土路面相比，該路面還具有抗滑性好、表面排水性強(qiáng)、反光系數(shù)小等優(yōu)良特性。它的出現(xiàn)拓寬了水泥混凝土路面的應(yīng)用范圍，為我們提供了一種新型優(yōu)質(zhì)道路路面的修筑方法，被歐美國家譽(yù)為頗具應(yīng)用前景的混凝土路面。

　　露石混凝土路面技術(shù)的原理是在面層水泥混凝土混合料鋪筑完成后，噴灑露石劑并覆蓋塑料膜養(yǎng)生，通過露石劑作用對水泥混凝土表面層進(jìn)行化學(xué)處理，延緩表面一定厚度水泥砂漿的凝結(jié)，當(dāng)主體混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，刷洗其表面進(jìn)行表面除漿，露出均勻分布的粗集料。國內(nèi)外試驗(yàn)研究表明,集料、配合比、露石劑的選擇以及適宜的施工工藝都是成功運(yùn)用該項(xiàng)技術(shù)的重要因素，其中集料的粒徑越小,噪聲就越低。路面的最佳紋理深度,即集料的外露高度大約為1.5 mm。從降噪角度考慮,表面層的骨料一般應(yīng)小于10 mm ,粒徑4～6 mm 為最好。但另一方面, 集料粒徑過小容易脫落,因此粒徑又不能太小。石料要求有棱角、質(zhì)地堅(jiān)硬、潔凈等,石料磨光值為65,以長時(shí)間維持良好的抗滑性能。

2 露石混凝土路面技術(shù)研究與應(yīng)用

　　在歐洲，環(huán)保一直是一個(gè)重要議題。早在上世紀(jì)70年代，許多歐洲國家就已經(jīng)開始研究減小道路噪音的方法。1980年，比利時(shí)的道路承包商ROBUCO申請了露石混凝土路面處理技術(shù)的專利，并開始運(yùn)用于道路的建設(shè)，取得明顯的降噪、抗滑效果。隨后該項(xiàng)技術(shù)的研究應(yīng)用在歐洲、美國、澳大利亞等國家鋪開，目前該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在比利時(shí)、奧地利、德國、荷蘭等歐洲國家得到廣泛的應(yīng)用。

　　比利時(shí):

　　比利時(shí)以最早開發(fā)和應(yīng)用具有降噪性和抗滑性的露石混凝土路面而著稱。早在上世紀(jì)70年代，比利時(shí)就開始了露石混凝土路面的研究和應(yīng)用。1980年，他們在靠近Bierbeek 的E40 高速公路項(xiàng)目中采用了露石混凝土技術(shù)，路面使用單層的高質(zhì)量硬質(zhì)集料，經(jīng)測試，這種路面產(chǎn)生的輪胎路面噪聲比原來降低了4dB(A)。1996年，比利時(shí)通過對低噪聲路面配合比的實(shí)地研究，促使該技術(shù)的研究取得重大進(jìn)展。他們在N255 Edingen - Ninove高速公路上試鋪了6段不同表面的路面，頂層分別是瀝青、透水瀝青、透水混凝土以及細(xì)露石混凝土,并在建成后分別進(jìn)行了噪音測試，通過與3年后的測試結(jié)果比較，他們發(fā)現(xiàn)：最初透水路面噪音就較小，3年后，露石混凝土路面的噪音等級更低，充分顯示了露石混凝土路面降噪、抗滑性能的穩(wěn)定性和持久性。2003年，比利時(shí)又在一項(xiàng)雙層混凝土路面項(xiàng)目中建造了4個(gè)試驗(yàn)段，以便對不同底層厚度、頂層厚度以及頂層最大集料粒徑情況下的降噪性能進(jìn)行比較。其結(jié)論顯示，頂層最大集料粒徑越小，其噪聲等級就越小。

　　通過大量的研究和改進(jìn)，露石混凝土路面在比利時(shí)得到廣泛的應(yīng)用，上世紀(jì)90年代初期至今修建的水泥混凝土公路和高速公路中有95%的是露石混凝土路面。

　　奧地利：

　　奧地利的第一條混凝土路面建于1925年，上世紀(jì)80年代，瀝青路面技術(shù)在奧地利得到飛速的發(fā)展，而混凝土路面則被認(rèn)為是費(fèi)用高、噪聲大、維修難的路面而陷入低速增長。90年代，混凝土路面技術(shù)的進(jìn)步以及大量道路的重建、擴(kuò)寬和改進(jìn)使混凝土路面的使用呈現(xiàn)轉(zhuǎn)機(jī)，其中露石混凝土路面技術(shù)、混凝土路面的再生技術(shù)以及快速的維修技術(shù)的發(fā)展功不可沒。

　　1989年，奧地利引進(jìn)比利時(shí)的專利技術(shù)，首次在連接維也納和薩爾茲堡的AI高速公路上建造了第一條露石混凝土路面。該路面為雙層混凝土結(jié)構(gòu)，頂層4cm厚，采用高質(zhì)量的硬質(zhì)集料，而底層則使用了22cm厚的路面再生料。1991年該國隨即又在其他4個(gè)地段修建了露石混凝土路面，通過對修建路面的研究和測試發(fā)現(xiàn)，這種路面表現(xiàn)出極好的降噪性能。從圖2看出，與原有傳統(tǒng)混凝土路面相比，最大降噪達(dá)到7dB(A)，兩年后，由美國聯(lián)邦公路總署等部門組成的歐洲調(diào)研團(tuán)對其中部分道路進(jìn)行了考察，仍完好如初。

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　　目前奧地利所有新建混凝土路面均采用雙層結(jié)構(gòu)的露石混凝土路面，同時(shí)每年有50000-70000m2的道路采用露石混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行更新。其路面使用新料或再生混凝土集料作底層，最大集料粒徑32mm，耐磨集料做上層，最大集料粒徑8-11mm，路面養(yǎng)護(hù)方式采用噴灑緩凝劑后加蓋塑料膜的方式。

　　荷蘭：

　　荷蘭是歐洲人口密度最大的國家，1985年的噪聲控制法案（The Noise Abatement Act）激起了荷蘭關(guān)于不同路面交通噪聲的討論，而傳統(tǒng)的混凝土路面比《交通噪聲計(jì)算和測量規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)》（Prescribed Standards for the Calculation and Measurement of Traffic Noise）中定義的參考路面（密實(shí)瀝青路面）的噪聲高約3dB(A)，因此在80年代末，高速公路部（Motorways Department）決定在混凝土路面上覆蓋透水瀝青表面。由于露石混凝土具有良好的抗噪聲性能，到90年代中期，荷蘭在一些地區(qū)開始在混凝土道路上使用露石混凝土表面，以代替透水瀝青表面。在這些道路中，露石混凝土路面顯示出了其噪聲等級完全可以與透水瀝青路面相匹敵的特性。通過全面的實(shí)地試驗(yàn)，荷蘭繼續(xù)對不同集料類型、級配、紋理深度、緩凝劑噴灑方式以及路面類型（單層、雙層以及使用超級整平設(shè)備糾正局部路面不平度）的路面效果進(jìn)行了研究。

　　目前露石混凝土路面在荷蘭A1、A73高速公路的一些路段上得到運(yùn)用，同時(shí)城市公交專用道路也使用了露石混凝土路面。

　　德國：

　　德國的大流量高速公路網(wǎng)中有25%是混凝土路面，雙層路面結(jié)構(gòu)是其常用的形式。1993年，該國利用ROBUCO專利技術(shù)建造了第一條露石混凝土路面，并與使用其他路面紋理處理方法的路面進(jìn)行比較。從2006年5月開始，雙層結(jié)構(gòu)的露石混凝土技術(shù)成為德國高速公路標(biāo)準(zhǔn)的混凝土道路罩面方法，頂層4cm厚，最大集料直徑8mm，混合物的水泥含量至少為420kg/m3，水、水泥比例約0.40，斷級配集料混合物中含30%沙和70%碎石。路面的保養(yǎng)有兩種方式：一種是噴灑緩凝劑與液體養(yǎng)護(hù)劑相結(jié)合；另一種是噴灑緩凝劑后加蓋塑料膜。

　　英國：

　　上世紀(jì)90年代末期，迫于政府對降低路面噪聲的政策，英國開始在混凝土路面上進(jìn)行瀝青罩面。盡管如此，自1991年在AS高速公路上進(jìn)行了露石混凝土路面的實(shí)驗(yàn)以后，市場對這種在英國被稱為“悄聲混凝土路面”的技術(shù)非常看好。1993年12月，英國在M18公路上的露石混凝土試驗(yàn)段開通, 它采用暴露混凝土粗集料取代了傳統(tǒng)水泥混凝土采用刷毛和劃槽的表面處理方式。該路面為雙層結(jié)構(gòu)，上層厚度為40-50mm；1995年，位于Derbyshire A50的第二條露石混凝土路面開通，英國交通研究實(shí)驗(yàn)室TRL 對上述兩條道路的噪聲和抗滑性實(shí)施了全面的研究。其結(jié)果顯示，這種路面具有良好的防滑性，在噪聲方面，該路面是所有混凝土路面中最安靜的，甚至比常規(guī)熱壓瀝青（hot rolled asphalt ）的噪聲等級還低約2.2 dB(A) 。英國南威爾士A449 Codra-Usk道路大修項(xiàng)目是第三條露石混凝土路面，在對舊水泥路面實(shí)施連續(xù)配筋混凝土加鋪層時(shí)，采用了該項(xiàng)技術(shù)，預(yù)期比傳統(tǒng)的拉毛混凝土路面降低噪聲3dB(A)。英國計(jì)劃在2010年前，對60%的主干道實(shí)施“安靜表面”路面處理，對日交通量大于75000輛的道路只允許采用露石混凝土路面。

　　法國：

　　1985年法國開始了在水泥混凝土路面上運(yùn)用露石混凝土技術(shù)，如A6“AUTOROUTE DU SOLEIL”段以及高速公路A10、A26、A71路段，一些國道（RN）和RD也是露石混凝土路面。

　　中國：

　　上世紀(jì)末，國內(nèi)個(gè)別水泥路面施工中對露石混凝土路面作了嘗試性試驗(yàn)，如黑龍江哈綏線尚志至亞布?xì)v段，2000年開始，長安大學(xué)與銅川公路管理局合作進(jìn)行露石混凝土路面的研究，當(dāng)年鋪筑了一百多米試驗(yàn)路。2001年，又實(shí)際應(yīng)用鋪筑了1.6km, 2004年，鋪筑了第一條抗滑低噪聲水泥混凝土隧道路面，其降噪幅度在車輛時(shí)速為80km/h時(shí)達(dá)4dB(A)。2004年年底到2005年年初，由長安大學(xué)技術(shù)支持，分別在西藏鋪筑了2.5km長隧道露石混凝土路面，在廈門大陡坡路段鋪筑了3km長抗滑露石混凝土路面。這些試驗(yàn)路或?qū)嶋H應(yīng)用路段的使用均獲得了滿意效果。

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3 露石混凝土路面的典型結(jié)構(gòu)及施工設(shè)備

　　目前修筑的露石混凝土路面，有單層結(jié)構(gòu)，也有雙層結(jié)構(gòu)，其中以雙層路面為多，是露石混凝土路面的典型結(jié)構(gòu)。在奧地利，其露石混凝土路面的底層為質(zhì)量較差的原集料或再生料，厚21cm，頂層為4cm厚的高質(zhì)量耐磨集料，表面形成露石紋理。這種結(jié)構(gòu)具有良好的摩擦性，噪音小，節(jié)省集料，歐洲其他國家的雙層結(jié)構(gòu)的露石混凝土路面基本上與奧地利的類似。

　　根據(jù)雙層結(jié)構(gòu)露石混凝土路面工藝，其主要施工步驟是:鋪筑下層混凝土→上層混凝土鋪筑→噴灑露石劑→覆蓋塑料膜養(yǎng)生→刷洗形成露石表面→第二次養(yǎng)生。

　　下層和上層混凝土的攤鋪采用“濕接濕”鋪筑，即在攤鋪的下層混凝土還未凝結(jié)硬化時(shí)，即鋪筑表層混凝土。以保證兩層間完全粘接。相應(yīng)的主要施工設(shè)備為混凝土攪拌設(shè)備、攤鋪設(shè)備、露石劑噴灑設(shè)備以及露石表面刷洗設(shè)備。在奧地利、德國等歐洲國家，上述路面的施工已經(jīng)全部實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化。其施工配套設(shè)備簡述如下。

　　混凝土攪拌設(shè)備：

　　在奧地利，產(chǎn)量200m3/h的連續(xù)式攪拌站常在露石混凝土路面的工程中使用，而在德國，現(xiàn)有高速公路的混凝土翻修的工期通常很短，超過工期，對承包商的懲罰非常嚴(yán)厲。對于這樣一個(gè)工程，混凝土需求量為3000 m3/d，因此產(chǎn)量100 -300 m3/h的間歇式攪拌站和產(chǎn)量高達(dá)300 m3/h的連續(xù)式攪拌站都是常用設(shè)備。

　　路面攤鋪機(jī)設(shè)備：

　　雙層結(jié)構(gòu)露石混凝土路面的攤鋪既可同時(shí)采用兩臺(tái)滑模攤鋪機(jī)，也可使用一臺(tái)雙層攤鋪機(jī)完成。使用雙層攤鋪機(jī)在經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)點(diǎn)如下：

　?。?）可以方便地從攤鋪機(jī)前面提供第一層和第二層所需的混凝土。同時(shí)不會(huì)妨礙相鄰車道的交通；

　?。?）與使用兩臺(tái)機(jī)器相比，采用雙層攤鋪所需的運(yùn)行費(fèi)用明顯要低；也可以減少設(shè)備投資經(jīng)費(fèi)及所需操作人員。同時(shí)，操作一臺(tái)機(jī)器比協(xié)調(diào)兩臺(tái)機(jī)器更容易。

　　（3）避免了使用兩臺(tái)機(jī)器時(shí)兩種集料可能出現(xiàn)的混淆以及分層問題。

　　目前德國Wirtgen公司和美國Gomaco公司都開發(fā)了大型雙層水泥混凝土攤鋪機(jī)，并在露石混凝土路面施工中得到運(yùn)用。

　　Wirtgen的SP1600和SP1500L可以分上下兩層“濕對濕”同步攤鋪兩種不同配合比、不同厚度的水泥混凝土路面。前半部分鋪底層的常規(guī)水泥混凝土，這部分材料由卡車卸在正前方；后半部分在其表面再加鋪單一粒徑“露石面層”，這部分材料由水泥混凝土攪拌罐車從攤鋪機(jī)側(cè)前方料斗經(jīng)傳送帶供應(yīng)。Gomaco的GP-4000在原理上與前述設(shè)備基本類似，這兩種設(shè)備都可配置整平、抹平裝置或振動(dòng)梁，形成所需的面層紋理。

　　露石劑噴灑養(yǎng)生設(shè)備：

　　露石劑噴灑設(shè)備緊跟在攤鋪機(jī)后面，以便在攤鋪后立即進(jìn)行噴灑，對混凝土路面進(jìn)行養(yǎng)生。Wirtgen的TCM系列，Gomaco的T/C系列均可進(jìn)行養(yǎng)生施工。

　　露石表面刷洗設(shè)備：

　　當(dāng)混凝土路面達(dá)到一定強(qiáng)度后，使用表面刷洗設(shè)備除掉表面砂漿，形成露石路面。這種設(shè)備具有足夠的動(dòng)力保證刷頭的旋轉(zhuǎn)速度，從而去掉路面砂漿，同時(shí)還具有除塵和灰塵收集功能。其輪胎花紋淺，氣壓低，有一定的寬度以避免破壞路面。

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　　二次養(yǎng)生設(shè)備：

　　在形成露石混凝土表面后一小時(shí)內(nèi)，必須對整個(gè)路表面和側(cè)面均勻噴灑養(yǎng)生劑進(jìn)行二次養(yǎng)生。

4 露石混凝土路面在我國的應(yīng)用前景及面臨的問題

　　經(jīng)過多年的研究和運(yùn)用，露石混凝土路面的降噪性、抗滑性、耐久性不斷改善，施工工藝日臻成熟并形成了整套機(jī)械化施工設(shè)備，露石混凝土路面技術(shù)在國外眾多國家獲得廣泛應(yīng)用。國內(nèi)目前有關(guān)研究同樣證明了這種路面技術(shù)的先進(jìn)性。對于雙層結(jié)構(gòu)的露石混凝土路面，由于底層結(jié)構(gòu)可以使用質(zhì)量較差的集料或路面再生料，優(yōu)質(zhì)的集料只需供應(yīng)上面層，因而與單層結(jié)構(gòu)相比更具有經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性。從長遠(yuǎn)的觀點(diǎn)分析，隨著我國對節(jié)約型經(jīng)濟(jì)建設(shè)要求的進(jìn)一步落實(shí)，這種路面將越來越凸顯其潛在的應(yīng)用前景。

　　首先，我國擁有得天獨(dú)厚的水泥資源，因此在現(xiàn)有的公路和城市道路路面中，水泥混凝土路面占有相當(dāng)大的比例，隨著近年來我國大型滑模攤鋪機(jī)的運(yùn)用、《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范》的編制以及對水泥路面養(yǎng)護(hù)新技術(shù)研究的深入，我國的水泥混凝土路面修筑技術(shù)不斷提高，水泥混凝土路面的占比呈上升趨勢。來自國家交通部《2007年公路水路交通行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》的統(tǒng)計(jì)顯示：截止2007年底，我國有鋪裝路面125.03萬公里，其中水泥混凝土路面84.88萬公里，占有鋪裝路面的67.89%，而從2006年到2004年，其比例分別為64.87%、57.56%、58.22%。在今后的路面修建中，水泥混凝土路面將扮演越來越重要的角色。

　　其次，當(dāng)前國際原油價(jià)格長期高位運(yùn)行，瀝青價(jià)格同比快速上升。2007年普通重交通瀝青價(jià)格由2005年的2000元/噸上升至4200元/噸，改性瀝青為5200元/噸，快速上升的成本使瀝青路面的公路建設(shè)受到極大的沖擊，而水泥混凝土路面的成本優(yōu)勢得到進(jìn)一步顯現(xiàn)。

　　第三，噪聲大是水泥混凝土路面普遍存在的技術(shù)和質(zhì)量難題之一。目前道路交通噪聲，特別是人口密集區(qū)、臨近城市的快速干線、隧道內(nèi)的交通噪聲已成為環(huán)境噪聲污染的重要來源。經(jīng)各國的研究證明，道路的表面特征是影響路面噪聲的主要因素，所以通過改善水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)的方法來降低路面噪聲是一種行之有效的方法。而露石混凝土路面為我國提供了一種低噪聲優(yōu)質(zhì)路面，將徹底改變水泥混凝土路面高噪聲現(xiàn)象。

　　第四，從露石混凝土路面的發(fā)展歷史分析，在奧地利等歐洲國家，水泥混凝土路面同樣經(jīng)歷了被視為費(fèi)用高、噪聲大、維修難的路面而陷于低速發(fā)展的過程，而露石混凝土路面的高性能以及相應(yīng)技術(shù)的發(fā)展成為推動(dòng)水泥混凝土路面技術(shù)發(fā)展的動(dòng)力之一。這一發(fā)展歷程對我國處于起步階段的露石混凝土路面技術(shù)研究具有明顯的借鑒作用。

　　不過，目前我國露石混凝土路面的推廣仍然存在一些問題，從而制約了它的發(fā)展。其一，國內(nèi)只做了少量嘗試性鋪筑，缺乏系統(tǒng)深入的研究，無法為道路建設(shè)承包商提供成熟的設(shè)計(jì)、工藝以及施工設(shè)備；其二，施工費(fèi)用較高。與傳統(tǒng)混凝土路面施工相比，費(fèi)用增加主要體現(xiàn)在兩方面：增加一套混凝土攪拌站的購置、運(yùn)行、占地、運(yùn)輸、油耗以及人工費(fèi)用；增加一臺(tái)攤鋪機(jī)或雙層攤鋪機(jī)的購置、維護(hù)、油耗、運(yùn)行以及人工費(fèi)用。1993年，美國密歇根州在底特律市區(qū)的主要超速干道I75上進(jìn)行了雙層結(jié)構(gòu)露石混凝土路面試驗(yàn)，根據(jù)美國的報(bào)告，雙層結(jié)構(gòu)露石混凝土路面的造價(jià)幾乎是同一工程傳統(tǒng)混凝土路面的兩倍。盡管該項(xiàng)技術(shù)具有良好的應(yīng)用前景，同時(shí)若承包商在底層使用低廉的混凝土，其節(jié)省的費(fèi)用可以彌補(bǔ)添加設(shè)備、人工等造成的多余費(fèi)用，但總的建造成本仍有可能增加。在國內(nèi)，機(jī)械化施工技術(shù)及配套機(jī)具仍不完善，主要的施工設(shè)備滑模攤鋪機(jī)絕大部分仍從國外進(jìn)口，造成了購置和使用成本偏高，加之國內(nèi)對舊有路面的再生沒有實(shí)施強(qiáng)制性的要求，因而在現(xiàn)階段還無法完全體現(xiàn)露石混凝土路面的優(yōu)勢。