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(jiǎn)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(guò)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(guó)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(guò)露石劑作用對(duì)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(guó)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(guò)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(zhǎng)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(guó)家就已經(jīng)開(kāi)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(qǐng)了露石混凝土路面處理技術(shù)的專利，并開(kāi)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(guó)、澳大利亞等國(guó)家鋪開(kāi)，目前該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在比利時(shí)、奧地利、德國(guó)、荷蘭等歐洲國(guó)家得到廣泛的應(yīng)用。

　　比利時(shí):

　　比利時(shí)以最早開(kāi)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(kāi)始了露石混凝土路面的研究和應(yīng)用。1980年，他們?cè)诳拷麭ierbeek 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(cè)試，這種路面產(chǎn)生的輪胎路面噪聲比原來(lái)降低了4dB(A)。1996年，比利時(shí)通過(guò)對(duì)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?cè)贜255 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(cè)試，通過(guò)與3年后的測(cè)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(jí)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(duì)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(jí)就越小。

　　通過(guò)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(zhǎng)。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(méi)。

　　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(guó)隨即又在其他4個(gè)地段修建了露石混凝土路面，通過(guò)對(duì)修建路面的研究和測(cè)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(guó)聯(lián)邦公路總署等部門(mén)組成的歐洲調(diào)研團(tuán)對(duì)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(guó)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(cè)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(kāi)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(jí)完全可以與透水瀝青路面相匹敵的特性。通過(guò)全面的實(shí)地試驗(yàn)，荷蘭繼續(xù)對(duì)不同集料類(lèi)型、級(jí)配、紋理深度、緩凝劑噴灑方式以及路面類(lèi)型（單層、雙層以及使用超級(jí)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(guó)：

　　德國(guó)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(guó)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(kāi)始，雙層結(jié)構(gòu)的露石混凝土技術(shù)成為德國(guó)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(jí)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(guó)：

　　上世紀(jì)90年代末期，迫于政府對(duì)降低路面噪聲的政策，英國(guó)開(kāi)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(chǎng)對(duì)這種在英國(guó)被稱為“悄聲混凝土路面”的技術(shù)非常看好。1993年12月，英國(guó)在M18公路上的露石混凝土試驗(yàn)段開(kāi)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(kāi)通，英國(guó)交通研究實(shí)驗(yàn)室TRL 對(duì)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(jí)還低約2.2 dB(A) 。英國(guó)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(duì)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(guó)計(jì)劃在2010年前，對(duì)60%的主干道實(shí)施“安靜表面”路面處理，對(duì)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(guó)：

　　1985年法國(guó)開(kāi)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(guó)道（RN）和RD也是露石混凝土路面。

　　中國(guó)：

　　上世紀(jì)末，國(guó)內(nèi)個(gè)別水泥路面施工中對(duì)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(kāi)始，長(zhǎng)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(chē)輛時(shí)速為80km/h時(shí)達(dá)4dB(A)。2004年年底到2005年年初，由長(zhǎng)安大學(xué)技術(shù)支持，分別在西藏鋪筑了2.5km長(zhǎng)隧道露石混凝土路面，在廈門(mén)大陡坡路段鋪筑了3km長(zhǎng)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(guó)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(lèi)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(guó)等歐洲國(guó)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(jiǎn)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(guó)，現(xiàn)有高速公路的混凝土翻修的工期通常很短，超過(guò)工期，對(duì)承包商的懲罰非常嚴(yán)厲。對(duì)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(chē)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。

　?。?）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(wèn)題。

　　目前德國(guó)Wirtgen公司和美國(guó)Gomaco公司都開(kāi)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(duì)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(chē)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(chē)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(lèi)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(duì)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(duì)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(guó)的應(yīng)用前景及面臨的問(wèn)題

　　經(jīng)過(guò)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(guó)外眾多國(guó)家獲得廣泛應(yīng)用。國(guó)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(duì)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(zhǎng)遠(yuǎn)的觀點(diǎn)分析，隨著我國(guó)對(duì)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(lái)越凸顯其潛在的應(yīng)用前景。

　　首先，我國(guó)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(lái)我國(guó)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(duì)水泥路面養(yǎng)護(hù)新技術(shù)研究的深入，我國(guó)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(shì)。來(lái)自國(guó)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(guó)有鋪裝路面125.03萬(wàn)公里，其中水泥混凝土路面84.88萬(wàn)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(lái)越重要的角色。

　　其次，當(dāng)前國(guó)際原油價(jià)格長(zhǎng)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(shì)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(lái)源。經(jīng)各國(guó)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(guò)改善水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)的方法來(lái)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(guó)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(guó)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(guò)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(duì)我國(guó)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(guò)，目前我國(guó)露石混凝土路面的推廣仍然存在一些問(wèn)題，從而制約了它的發(fā)展。其一，國(guó)內(nèi)只做了少量嘗試性鋪筑，缺乏系統(tǒng)深入的研究，無(wú)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(gòu)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(gòu)置、維護(hù)、油耗、運(yùn)行以及人工費(fèi)用。1993年，美國(guó)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(guó)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(guó)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(guó)外進(jìn)口，造成了購(gòu)置和使用成本偏高，加之國(guó)內(nèi)對(duì)舊有路面的再生沒(méi)有實(shí)施強(qiáng)制性的要求，因而在現(xiàn)階段還無(wú)法完全體現(xiàn)露石混凝土路面的優(yōu)勢(shì)。