全面提升江南丘陵過濕區(qū)瀝青路面服務(wù)功能

文/圖 江西省交通投資集團有限責(zé)任公司

江南丘陵過濕區(qū)瀝青路面服務(wù)功能提升關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用于交通運輸部首批綠色公路建設(shè)典型示范工程——廣吉高速公路等國內(nèi)20余項工程中。

高速公路瀝青路面必須具備良好的服務(wù)功能，才能保證車輛安全、舒適、快速行駛。一般服役條件下路面服務(wù)功能可以得到保障，但仍存在很多短板。尤其是我國江南丘陵過濕地區(qū)，由于氣候炎熱且高溫時間長、降雨量大且強度高、地勢起伏且中小橋密布，瀝青路面雨天積水、橋頭跳車、高溫車轍、水損問題突出，行車安全性、舒適性面臨嚴峻挑戰(zhàn)。

思路：破解服務(wù)功能供給的突出問題

“江南丘陵過濕區(qū)瀝青路面服務(wù)功能提升關(guān)鍵技術(shù)”項目研究主要針對江南丘陵過濕區(qū)瀝青路面在服務(wù)功能供給上存在的突出問題：降雨量大且瞬時降雨強度高，雨天行車不安全；多雨、高溫、重載，路面易產(chǎn)生車轍、水損等病害，路面服務(wù)功能不耐久；丘陵密布，降雨充沛，水網(wǎng)發(fā)達，軟土等不良地質(zhì)分布廣泛，中小橋梁、擋墻多，臺背沉降變形大等系列問題嚴重影響路面提供服務(wù)的安全性和舒適性。

以廣吉高速公路為例，排水復(fù)合改性技術(shù)可降低路面成本每噸100元，利用石灰?guī)r可節(jié)約石料每噸70元。

在解決江南丘陵過濕區(qū)路面服務(wù)功能突出問題上，雙層排水、橡膠瀝青、泡沫輕質(zhì)土具有技術(shù)上的優(yōu)勢；同時，也存在機理認識不清、結(jié)構(gòu)與材料設(shè)計不夠優(yōu)化、材料性能不均衡、優(yōu)點發(fā)揮不充分、環(huán)境適應(yīng)性和耐久性不足、成本高等問題，技術(shù)服務(wù)功能還有很大的提升空間。

因此，項目對雙層排水路面排水降噪特性及空隙衰變規(guī)律等機理分析、兼具排水-降噪-抗堵塞的雙層排水瀝青路面結(jié)構(gòu)分析、復(fù)合改性材料開發(fā)、級配優(yōu)化、石灰?guī)r地材利用、雙層排水施工技術(shù)研發(fā)和總結(jié)；橡膠瀝青路面功能化設(shè)計優(yōu)化、全厚式功能型橡膠瀝青路面典型結(jié)構(gòu)推薦分析與應(yīng)用、基于粗集料間斷型礦料結(jié)構(gòu)和礦料最緊密狀態(tài)的橡膠瀝青混合料性能均衡設(shè)計方法、基于“四控制點”的多指標均衡協(xié)調(diào)的橡膠瀝青應(yīng)力吸收層設(shè)計方法、低變異性的施工質(zhì)量實時控制方法的建立；泡沫劑材料開發(fā)、優(yōu)化泡沫輕質(zhì)土設(shè)計、水化溫升控制技術(shù)和高疏水性技術(shù)研發(fā)、臺背回填工藝的試驗研究和總結(jié)等開展了系列研究。

泵吸噪聲分析

振動噪聲分析

密實性橡膠瀝青混凝土新型間斷級配礦料構(gòu)成

基于礦料級配變異性的目標配合比礦料級配確定方法示意圖

泡沫輕質(zhì)土泡沫劑

項目實現(xiàn)了理論、結(jié)構(gòu)、材料、方法和標準方面的突破。一系列研究成果，解決了雨天不安全、路面服務(wù)性能差、服務(wù)功能不耐久、臺背沉降的安全性和舒適性問題，實現(xiàn)了路面的平整、抗滑、降噪、耐久、綠色，形成了江南丘陵過濕區(qū)瀝青路面服務(wù)功能提升的關(guān)鍵技術(shù)與標準。

成果：瀝青路面服務(wù)功能大幅提升

依托國家和省部級重大研發(fā)項目和交通運輸部綠色公路建設(shè)典型示范工程，經(jīng)產(chǎn)學(xué)研用聯(lián)合攻關(guān)，項目研究團隊形成了雙層高效排水降噪瀝青路面、全厚式功能型薄層橡膠瀝青、疏水控溫型泡沫輕質(zhì)土臺背回填關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了資源、環(huán)境和資金三重約束下瀝青路面服務(wù)功能的大幅提升和長效保持。

雙層高效排水降噪瀝青路面技術(shù)

項目團隊采用材料性能基因組編輯優(yōu)化技術(shù)，通過組份設(shè)計、相態(tài)結(jié)構(gòu)與固化反應(yīng)開發(fā)了橡膠基抗飛散復(fù)合改性材料，動力黏度、低溫延展性、彈性恢復(fù)率等關(guān)鍵指標提高30%以上；揭示了聯(lián)通空隙結(jié)構(gòu)衰變規(guī)律，提出了濾-排結(jié)合的抗堵塞型雙層排水瀝青路面結(jié)構(gòu)，以及基于結(jié)構(gòu)功能要求的混合料優(yōu)化設(shè)計方法。與傳統(tǒng)排水路面相比，使用壽命延長50%以上，排水速度提高60%，5年滲水系數(shù)衰減不超過10%，混合料材料成本降低18%以上，并節(jié)約優(yōu)質(zhì)石料60%以上。

全厚式功能型薄層橡膠瀝青路面技術(shù)

項目團隊率先提出了全厚式薄層橡膠瀝青路面結(jié)構(gòu)（4厘米 ARAC13+7厘米ARAC20+2厘米 ARAC10），開發(fā)了路面結(jié)構(gòu)與材料功能均衡設(shè)計方法，形成了薄層橡膠瀝青路面施工質(zhì)量變異性控制關(guān)鍵技術(shù)。相對于傳統(tǒng)橡膠瀝青路面裂縫減少48%以上，高溫抗剪切變形能力提高62%，水穩(wěn)定性提高20%，抗疲勞性能提高29%，工程造價相比傳統(tǒng)瀝青路面降低12%以上。

廣吉高速公路

疏水控溫型泡沫輕質(zhì)土臺背回填技術(shù)

項目團隊發(fā)明了高效發(fā)泡-長效穩(wěn)泡的非離子耐堿泡沫劑，發(fā)泡倍率提高2倍、穩(wěn)泡時間延長1小時。提出了基于含氟有機硅烷防護的泡沫輕質(zhì)土疏水技術(shù)，以及基于有機膦酸螯合的大體積泡沫輕質(zhì)土水化溫升控制技術(shù)，實現(xiàn)吸水率由20%降至5%、水化溫升降低25%至30%，浸水強度損失率減少20%、干縮率減少50%以上。橋頭處瀝青路面平整度達到正常路面水平，5年內(nèi)沉降量控制在2厘米以內(nèi)，實現(xiàn)車輛在橋頭段“無感”通過，并消化了工業(yè)固體廢棄物。

廣吉高速公路瀝青路面攤鋪

該項目獲授權(quán)專利10項，其中國際專利1項、發(fā)明專利7項、軟件著作權(quán)2項，出版專著4部，發(fā)表論文49篇，其中SCI/Ei收錄34篇，主編行業(yè)及地方標準14部。項目研究成果經(jīng)中國公路學(xué)會組織的專家評價，總體達到了國際先進水平。

效益：安全性、節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展等方面均顯著提高

提高安全性和舒適性。泡沫土技術(shù)控制了沉降、橡膠瀝青技術(shù)減少了病害，功能更耐久、雙層排水技術(shù)大幅降低雨天行車事故發(fā)生率，使出行更加安全高效舒心。路面損害、道路維修封道、交通事故等現(xiàn)象均相對減少，公路暢通率得到提高，公路行駛舒適度的改善，讓廣大人民群眾對公路路面提供的服務(wù)感到滿意。

項目首次提出了考慮礦料級配變異性的瀝青混合料目標配合比礦料級配確定方法

改善環(huán)境、減少了污染。橡膠瀝青和雙層排水技術(shù)實施效果可顯著降低公路路面行駛噪音，從而達到改善居民乘車出行環(huán)境及道路周邊居民生活環(huán)境的效果，實現(xiàn)廢舊材料再利用，減少環(huán)境污染。橡膠瀝青路面每公里大約可消耗1萬條輪胎，雙層排水采用橡膠改性瀝青+高黏瀝青添加劑技術(shù)方案也可大量消耗廢舊輪胎（約為瀝青質(zhì)量的20%），減少廢舊輪胎對環(huán)境的不利影響。泡沫輕質(zhì)土技術(shù)提高了粉煤灰、礦粉等固廢綜合利用率，減少了固廢排放。

促進經(jīng)濟發(fā)展。項目實施涉及廢舊輪胎和粉煤灰回收、橡膠瀝青加工、瀝青混合料生產(chǎn)等多個產(chǎn)業(yè)，技術(shù)的集成應(yīng)用，必將推動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和進步。項目研究形成的施工指導(dǎo)意見和標準規(guī)范的形式實現(xiàn)了社會共享，加速了科研成果向生產(chǎn)力的轉(zhuǎn)化。

推動公路建設(shè)健康可持續(xù)發(fā)展。服務(wù)功能提升技術(shù)，提高路面耐久性，節(jié)省建設(shè)、養(yǎng)護和維修費用，推動綠色技術(shù)發(fā)展和推廣，提高公路建設(shè)水平，促進公路建設(shè)的節(jié)約集約化、標準化，引導(dǎo)行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

項目研究成果與當前國內(nèi)外同類技術(shù)主要參數(shù)、效益、市場競爭力對比一覽表

項目研究成果與當前國內(nèi)外同類技術(shù)主要參數(shù)、效益、市場競爭力對比一覽表