道路工程中材料的应用分析
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作者: 魏开军
摘要：目前，用于交通道路路面的材料主要有水泥混凝土和沥青混凝土两种，随着道路铺筑技术的发展，为了满足人们日益提高的对出行环境的快速、便捷、舒适性的要求，近年来新型的道路路面结构形式和材料不断出现。
关键词：道路工程；改性沥青；煤矸石
随着国民经济的发展，交通量日益增大,大型车辆，重载、超载车辆比例逐步增加，对路面的要求越来越高。由于沥青材料自身性能的缺陷，导致路面的早期损坏严重，主要表现在：夏季沥青路面在重载车的作用下形成车辙、拥包等永久变形；冬季低温开裂及路面的半刚性基层开裂的反射裂缝；超载车增加碾压形成的疲劳开裂等。而改性沥青可以提高路面的高温抗车辙、低温抗开裂、抗水稳定、抗老化和行车舒适性能，为此，其用量增长迅速。实际使用证明，该沥青性能稳定，使用效果较好，具有较好的使用前景。
近年来，道路工程建设中, 特别是在一些重点项目中，出现了SEAM( 沥青混合料改性剂) 、SMA( 沥青玛蹄脂碎石混合料) 、EPS( 聚苯乙烯泡沫板) 、LSM( 大碎石沥青混合料)等新材料，如果不及时了解和掌握这些新材料的性能和应用情况，就无法对工程质量进行控制。
1、 改性沥青
沥青由多种化学成分的烃类组成,结构复杂,用于路面结构中，与各种矿物材料结合成具有一定强度的整体。在使用过程中要求沥青混合料具有以下性能：有足够的力学强度；有一定的弹性和塑性变形能力;与骨料有很好的粘附性；有较好的减震性。
首先是粘结性要求。粘结性是沥青材料在外力的作用下，沥青粒子相互产生位移抵抗变形的能力。沥青的粘结性一般用粘度来表示，针入度和软化点也是评价沥青材料粘结能力及温度稳定性的指标。其次是感温性要求。由于不同沥青化学组成和胶体结构不同，因此对温度的敏感性差异较大。沥青路面表层在一个较大的温度范围内(约-30～70℃) 承受荷载及环境变化。
所以仅某一温度下的粘结力，并不能表征沥青材料的工作性质，而需要在一定温度范围内考察沥青的性质。通常沥青的感温性能是采用粘度随温度变化的关系(粘温特性)，或针入度随温度变化的特性(针入度指数PI) 来判断。另外，延度也是一个重要的通用工程指标，它表示沥青在一定温度下断裂前的扩展和伸长的能力。延度试验的结果常常被用来预测该种沥青的使用性能。
目前中国改性沥青大多为沥青混合料拌合现场改性，贮存稳定性差，而加入稳定剂的欢喜岭改性沥青稳定性非常好，其离析实验的软化点差小于110℃，可以长期贮存和长距离运输。
2、SEAM的发展及其在实际中的应用
SEAM是一种新型的沥青混合料改性剂，是在硫磺里面添加烟雾抑制剂和增塑剂制成的半球状颗粒，主要成分为硫磺。SEAM是经过特别处理的石油炼制副产品，经济易得。在沥青混合料拌和过程中，将其直接加入拌和仓可取代一定比例的沥青，按常规方法拌和后形成SEAM沥青混合料能同时达到对沥青混合料进行改性的目的，从而提高沥青混合料的路用性能。
早在20世纪初，人们就知道硫磺具有提高沥青质量的特性，沥青混合料中加入硫磺能够改善混合料的物理结构和力学性能，因此：硫磺改性沥青在美国、加拿大、北美及一些温差较大、重载较多的地区得到了广泛应用。2000 年我国开始引入SEAM 沥青混合料，并于2002年在天津成功铺筑了试验路―津沽公路、津榆公路。从2002至2005 年期间，在天津、黑龙江、内蒙古、云南等地修筑了一定量的小型试验段，且大都取得了较好的应用效果，但SEAM 沥青混合料在我国的研究与应用仅属于初步探索阶段。
3、SMA 在道路工程中的应用
沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA)是由沥青、纤维稳定剂、矿粉及少量的细集料和沥青玛蹄脂填充间断级配的粗集料骨架空隙而组成的沥青混合料，这种热拌热铺的间断级配骨架型密实沥青混合料由大比例粗集料构成坚固的骨架结构，并由丰富的沥青玛蹄脂填充骨架进行稳定。它是德国在浇筑式沥青混凝土的基础上为解决车辙问题而发展起来的新型材料，以其优良的抗车辙性能和抗滑性能而闻名于世。
SMA 在国外已经有30 多年的应用历史。炎热夏季，发现许多密级配沥青混凝土路面出现了严重的车辙变形，唯有铺筑SMA 的路面几乎没有车辙变形。从此在欧洲很多国家开始将SMA 用于承受重交通荷载及高轮胎压力的道路和机场道面。
1992年，我国从奥地利引进“Novop halt”沥青技术，并于1993 年首次在广佛高速公路和首都机场高速公路上用SMA 铺筑5cm厚上面层，经过长时间检验，路面状况良好。以后，又在厦门机场跑道、八达岭高速公路、保宁通公路等使用SMA 铺筑路面。至1998年，全国用SMA 铺筑的路面累计已达上千公里。目前，交通部在全国组织了SMA 技术推广工作，并已将SMA 路面的技术列入规范。
4、LSM的应用
大碎石沥青混合料(LSM)是一种新型的沥青混合料，通常由较大粒径(25mm～62mm)的单粒径集料和一定量的细集料组成。由于大碎石沥青混合料(LSM)路面的整体稳定性好，能够承受重交通条件下荷载的作用并在高温稳定性等方面表现出良好的特性，因此得到许多发达国家道路工作者的重视。
作为柔性基层的沥青大碎石混合料属于散体结构，不传递拉应力和拉应变且柔性基层总处于三向受压的受力状态，这种受力特点使其能充分吸收下层裂缝释放的应变能，从而达到防裂效果。在半刚性基层和沥青面层之间加入柔性基层时， 柔性基层的隔离作用大大改善了半刚性基层的温、湿度变化，从而减轻半刚性基层的温缩和干缩现象。
大碎石沥青混合料基层作为一类柔性结构层，具有很好的抗疲劳性能及低温抗裂性、良好的抗车辙能力、较好的抗水损害能力和良好的路用性能，有效解决基层裂缝以及由此引起的相关病害问题。
5、煤矸石作为道路基层材料
随着公路事业的发展，交通量的快速猛增，要求公路路面等级提高的同时，路基、路面的工程质量是公路施工企业不容忽视的问题。若要保证路基、路面质量，其材料选择和施工质量控制是关键性的环节。而且，近年来人们对环境保护意识日益加强，关于各种工业废渣的利用问题也越来越引起重视，所以将工业废渣应用于公路工程已是业内工程技术人员研究的重要课题。在各种工业废渣中，煤矸石产量较大，性能适于用作公路路基、路面基层材料，这样为煤矸石的再次利用找到了一条合适的途径。
煤矸石颗粒之间的嵌挤作用和结合料的粘结作用，产生一定的初期强度；煤矸石中的活性物质能与水泥、粉煤灰等的水化产物发生二次反应，提高煤矸石的后期强度。水泥稳定煤矸石抗压和抗拉强度最高，石灰和粉煤灰稳定煤矸石强度次之，石灰稳定煤矸石强度最低；而且各种煤矸石混合料的强度均随龄期而增大。煤矸石的应用，特别是在道路工程中的应用，具有较大的经济效益和较高的推广价值。煤矸石在用作路基或道路基层材料时，还存在一些问题，有待于进一步深化研究。
参考文献：
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