高速公路路面材料的发展及存在的问题

高速公路路面材料的发展及存在的问题

摘要：文章总结了高速公路路面材料的发展历史，目前存在的问题，路面材料的发展前景与新型路面材料的研究。

关键词：高速公路路面材料发展

Abstract：This paper summarizes the development history, existing problems, development prospect and new pavement materials of pavement materials.

Key words：highway; pavement materials; development

随着社会与经济的不断发展，我国公路建设也在快速发展。而路面在高速公路中起着直接承受荷载并向下传递的作用，路面材料的种类与发展更加被人们关注。由于行车荷载、自然环境等因素的共同作用，路面出现不同程度、不同类型的早期破坏现象。因此总结高速公路路面材料的发展历史，目前存在的问题，路面材料的发展前景与新型路面材料的研究是有必要的。

1路面材料的发展

19世纪前一直以石板、卵石或木板等天然材料用于铺设路面方便行人的行走。19世纪中期随着碎石机，蒸汽压路机的出现，西方国家大力发展碎石路面。19世纪六十年代后，工业技术的提高沥青路面开始风靡；20世纪人们将沥青路面进行改善沥青混合料路面开始大规模运用。机械化运输的发展，压路机、沥青混合料摊铺机、水泥混凝土搅拌厂的出现促进了高速公路的出现。

我国高速公路路面主要使用沥青路面和水泥混凝土路面。

1.1沥青路面

沥青路面拥有优越的路面性能，其在各国范围内都有着广泛的应用。沥青路面具有充足的力强度，是一种无接缝的连续式路面，在公路的路面铺筑里有着很大的比例。沥青路面行车舒适平稳，且车行驶时的噪音较小，震动程度低，施工周期比较短，容易维修但维护费用较高。沥青路面构造物范围的处理相对容易，但施工工艺及材料的要求较高，使用的年限相对较短。水泥混凝土路面的稳定性好，强度比较高，使用寿命长，适用于速度快、载重大、密度高的车辆运输，利于夜间行车，维修养护费用比较少，但面板容易损坏，维修比较困难。

1.2水泥混凝土路面

水泥混凝土路面的路面接缝比较多，地面水容易顺着面板裂缝和接缝下渗，使得路面的破坏加剧。且水泥混凝土路面行车容易扬尘、噪音大，烈日下路面会反光，容易造成疲劳感，对行车安全产生影响，舒适性较差。复合式路面是指在水泥混凝土上铺设沥青面层的复合式路面，性能和特点介于水泥混凝土路面和沥青路面之间。

2 路面材料的存在的问题

2.1路面材料本身的问题

碎砾石路面结构强度形成的特点是：矿料颗粒之间的联结强度，一般要比材料本身的强度小得多；在外力作用下，材料首先将在颗粒之间产生滑动和位移。使其失去承载能力而遭致破坏。因此，这类路面只能适应中低交通量的公路。块料路面虽然坚固耐久、清洁少尘、养护管理方便，但是这种路面需用手工铺筑，难以实现机械化施工，块料之间容易出现松动，铺饰吏度慢，建筑费用高。

天然砂砾基层所用的砂砾材料，虽无严格要求，但为了保证起干稳性及便于稳定成型，对于颗粒组成应予以适当控制。由于天然砂砾基层的颗粒组成不属于最佳级配，且缺乏粘结料、故其整体性较差。强度不高。为提高其整体性和强度，可根据交通量和公路线形(如弯道、陡坡)情况，在其表面嵌入碎石或铺碎石过渡层。

石灰稳定土是由土、石灰和水组成。混合料的组成设计包括：根据强度标准，通过实验取合适的土，确定必须的石灰剂量和混合料的最佳含水量。石灰剂量对石灰土强度影响显著，石灰剂量较低时，石灰主要起稳定作用，土的塑性、膨胀、吸水量减少，使土的密实度、强度得到改善。随着剂量的增加，强度和稳定性均提高，但剂量超过一定范围时，强度反而降低。因此，剂量的确定应根据结构层技术要求严格进行混合料组成设计。

水是石灰土的重要组成部分。它促使石灰土发生物理化学变化，形成强度；便于土的粉碎、搅拌和与压实。不同土质的石灰土有不同的最佳含水量。因此，水的性质对于这种材料的影响很大，所用水必须是干净可饮用的水，在当今水资源严重缺乏的情况下，这不营是一种浪费。而且在施工中，压实含水量也应严格控制。石灰土因含水量过多产生的干缩裂缝显著，因而压实时含水量一定不要大于最佳含水量，其含水量应略小于最佳含水量。水泥土的强度随水泥稳定土强度影响很大。但过多的水泥用量，虽获得强度的增加，在经济上却不一定合理，在效果上也不一定显著，且容易开裂。

2.2混凝土路面的问题

（1）、混凝土路面破损与混凝土强度及混凝土施工质量有关。混凝土路面的强度，经设计部门按道路的使用和安全系数设计的混凝上强度是满足要求的，但是由于交通运输车辆频繁超载，显然原设计的混凝土强度就远远地不能满足要求。且混凝土施工情况复杂，易造成施工不符合设计和技术规程、规范要求，导致混凝土质量低劣，路面混凝土很容易破损。因此，目前我国强制执行交通运输限载措施和工程施工严格执行工程质量验收制度是很有必要

的。

（2）、混凝土路面破损与路基强度及稳定性。混凝土强度低与混凝土质量低劣是造成混凝土路面破损的直接原因，单纯归于这一原因也是片面的。如果没有足够强度和稳定的路基，混凝土质量再好也会产生破损，混凝土刚度大且具有弹性，频繁重复荷载和卸载，软土范围不断扩大，造成路面局部下沉形成坑洼甚至错开等现象。影响路基强度和稳定性原因主要是公路路基回填土数量大，土质不均，尤其是南方炎热多雨地区，存在雨季施工、赶工期的现象等，都会造成路基强度不均和稳定性差，此外有些路基受到环境污染而产生变形，例如建在峡谷、鱼塘、稻田等路段路基未得到保护，或长时间受到山洪或地表水浸染而产生较大的变形，造成混凝土路面断裂、破碎。

2.3沥青路面的病害

（1）、原材料的影响。设计好的沥青混合料首先应认真抓好矿质原材料的选材，严格控制矿质原材料备料质量。目前，市场上供应水泥硷用或建筑用集料多采用传统小型粤式破碎机生产，加工的碎石针片状含量大，级配和材料均匀性差，采用这样的矿料很难生产出质量稳定的沥青混合料。沥青：各地根据气候分区选择与本地气候、交通条件相适应的沥青种类及标号，并使用优质的沥青，对预防沥青路面早期出现车辙，有效防止路面开裂，保证路面有较好的抗疲劳破坏能力具有重要的意义。

（2）、路基施工缺陷的影响。有些道路早期破坏与路基施工质量有关，特别是软土地区。路基软土地基不稳定、地基换填或挤淤处理不彻底、路基填筑密实度不足、路基填料的液限偏高、路堤不均匀沉降等都会导致路面的早期破坏。

3 路面材料的发展前景与新型路面材料的研究

3.1沥青混凝土路面

沥青混凝土路面的结构中包含了柔性路面和半刚性路面结构。沥青混凝土路面具有无缝隙、路面平整、噪声低、吸收能量以及施工维修方便等优点，在使用中期还能够恢复表明抗滑性能，所以这种路面在我国被广泛采用，我国已建成的公路中，一半以上都是采用沥青混凝土路面，其中90%的路面结构都是选用的半刚性路面结构，能够提高道路的承载能力和抗变形能力。但是据了解，这种结构的路面建成以后，路面的裂缝问题比较严重，通常在建成通车后的两年以内道路就会出现裂缝现象。而通过路面裂缝进行取样分析，其原因主要是来自于半刚性结构的反射裂缝，由半刚性路面结构导致的路面出现裂缝现象占50%以上，尤其是在湿度变化较大的地区更为严重，从而导致我国道路的破坏严重。这也是我国公路建设上

的一个难题。所以应该对半刚性沥青混凝土路面进行研究改进或者替换。

3.1.1贫混凝土基层路面

贫混凝土作为基层材料主要原料是由粗细级配集料和水泥混合而成的材料。贫混凝土基层路面具有强度高、承载能力强和抗冲刷等优势。在贫混凝土基层路面的结构中，基层具有稳固的支撑力，能够起到良好的支撑作用，面层则可以提供良好的使用性能，使路面平整、噪音小。目前，这种路面在许多发达国家被广泛采用，我国对这种路面的采用还仅是初期，采用贫混凝土基层路面可以解决我国的路面由于超载和重交通量引起的路面结构被破坏的问题，通过实践达到建设高性能路面，保证路面的质量，实现我国公路建设的可持续发展。

3.1.2永久性路面

永久性路面诞生于20实际60年代的北美地区，在近年来的公路建设选材和结构设计中得到了改进和发展，永久性路面的设计是根据路面的结构的破坏原因进行设计，通过这种路面的诞生，被大多数国家所采用。永久性路面更适用于车流量比较大的道路中，也可以使用中低级交通量的道路。永久性路面分为全厚式和加厚式两种路面，全厚式路面可以直接修建在土基结构上，而加厚型路面需要在土基的基础上加入一层粒料基层。在设计中，要针对不同的路面特点和功能进行路面的采用。并且要求路面结构具有高强度、抗磨损性和不透水的特点，中间层耐久性较高，基层的耐久能力比较强。通常在交通量比较大的路面建设中，中间层通常会采用稳定性好的胶结料。基层要保证沥青的质量和密实度。

3.1.3多空隙排水路面

多空隙排水路面是一种新型路面，它不再采用SMA做为表面发，而是利用其渗水性小的特点，将他用在用在开机配磨耗层底部作为防水层。这种路面首度在美国被采用，简称为OGFCA，其路面的结构组成分别是OGFC、SMA、SPP等。这种路面更实用与道路两旁是企业或居民区的地点。开级配磨耗层主要由集料、改性沥青以及稳定纤维和熟石灰组成，是典型的间断级配。这种路面的具有排水功能，在遇到暴风雨期间，水会经过混合料的空隙，排到路外，而不会经过混合料的表面，不会破坏到便面的混合料，从而也显著的减小了路面的水膜厚度，降低了路面行车的溅水现象，从而保障了路面行车安全，并且还具备很强的减噪能力。OGFC在我国的公路建设中还只是试用阶段，今后的发展中必将正是的采用多空隙排水路面，这是对沥青混凝土结构路面的有一种该进方式。

玻纤格栅是一种提高路面性能的新材料，它对沥青棍合料起到物理改性作用.在沥青面层中铺设玻纤格姗，能将压应力与拉应力分散，在两块受力区域之间形成缓冲带，减少应力突变对沥青面层的破坏。利用材料的高抗拉强度和低延伸率，减少路面变形，提高路面承载

能力，从而提高沥青路面的抗疲劳寿命.

3.2水泥混凝土路面

水泥混凝土路面结构属于刚性路面，这种路面早期使用较多，在大多数道路的建设中都体现出显著地效果。其使用的耐久度比较好。在与沥青混凝土路面相比，水泥混凝土的使用中更占据优势。我国的沥青材料每年都会缺口100万t以上，在加上运费之高，所以严重增加了路面建设的成本，给国家道路建设带来了危机感，但是水泥资源比较丰富，且价格比较便宜，并且可以就地取材，省去了运输这一环节，节约了大量成本。目前，我国高等级公路正向着水泥混凝土路面方向发展，结构形式也会越来越完善，并且能够适应更多的道路建设中。

3.2.1钢筋混凝土路面

钢筋混凝土路面只要是通过水泥与钢筋的有效结合的一种路面，它的主要形式分为间断钢筋混凝土路面与连续配筋混凝土路面。通常间断钢筋混凝土路面应用在高等公路采用

水泥路面的局部补强，而连续配筋混凝土路面通常用在填挖交界和路基下方有暗河的路面。

3.2.2钢纤维混凝土路面

钢纤维混凝土路面的纤维众位有很多种，常见的有刚纤维、聚丙烯纤维和耐碱玻璃纤维等。钢纤维路面的采用一般分为两种：①拌和钢纤维混凝土路面；②分层散布钢纤维混凝土路面。

3.3高性能的路面材料

目前我国的路面结构主要就是沥青混凝土路面和水泥混凝土路面两种，这两种路面材料在道路建设中是不可缺少的，但是对于公路及城市道路的使用性能来看，公路的质量并不高。所以在材料的选择方面也需要进一步分析和了解。

3.3.1改性沥青

由于我国的地区特点，冬季和夏季交替的温差大，又由于车流量较多，加上路面材料质量较差，所以道路质量是个严重的问题。改性沥青在我国的研究时间虽然不长，但是就我国目前的道路形式来看，迫切需要采用和替换。近几年由于我国的沥青性能较差，质量不符合道路建设的标准，导致大量进口高价沥青，消耗大量的资金。所以，应该对沥青的改性进行研究，改性沥青可以分为物理改性和化学改性两种。

（1）、物理改性。玻纤格栅是一种沥青混合料，在沥青混凝土路面中加入这种材料可以提高沥青混面的抗车辙能力同时提高道路的使用寿命，防止裂缝情况的出现。另外还可在沥青混凝土的道路中加入纤维沥青，使用纤维沥青作为改性材料可以提高沥青的稳定性，防止

由于冬夏的温差对路面产生影响，同时也能更好的起到界面增强作用。

（2）、化学改性。目前改性剂主要有热塑性弹性体、热塑性树脂和橡胶类等，他们对沥青的改性起着不同的效果。通常在一些高温地区，路面建设要求稳定性高，通常采用热塑性弹性体和热塑性树脂作为改性材料，能起到很好的效果；在比较寒冷的地区，路面对抗裂性能要求较高，所以一般采用热塑性弹性体和橡胶类作为改性材料，能起到良好的抗裂效果

3.3.2混凝土改性

（1）、钢纤维混凝土改性。钢纤维混凝土是在普通混凝土中加入乱向分布短钢纤维而形成的一种新复合材料。它具备混凝土的抗拉和冲击能力，并且具备抗疲劳的性能。能有效的避免裂缝现象的出现。通过这种改性材料，虽然可以提高混凝土的抗折强度和韧性，但是会提高工程造价的成本，所以将钢纤维分布在混凝土的最外层，能够有效的发挥纤维的强度特性。

（2）、再生玻璃沥青混凝土。在沥青混凝土中加入粉碎的玻璃，可以提高路面的摩擦系数，渗透性低，并且反光度比较好。但是玻璃料的沥青吸收率较低，会减弱玻璃颗粒与沥青接触的较合理，可以通过添加适当的石灰来改善这种缺陷，通常添加2%的石灰，可以更好的使玻璃料与沥青材料进行融合。确信利用玻璃的回收作为改性沥青添加剂，制造出新的沥青混凝土，具有一定的可实际性，能为道路建设产业和国家的经济发展带来收益。

三结语

总之，路面材料对高速公路的路面设计有着重要的影响，为保证高速公路路面设计的科学合理性，必须对其所需的路面材料进行严格的控制与研究。

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