如题所述
第1个回答 2014-12-09
石油沥青，沥青混凝土
第2个回答 推荐于2017-10-09
编前语：路面材料与公路的使用寿命密切相关，采用什么样的路面材料最适合我国国情呢，本栏目所编发的一组文章，集中研究沥青材料，特别是著名公路路面专家沈金安所撰写的文章，多方面分析了沥青材料在公路上的应用现状，针对热点问题提出了有见地的观点，值得业界人士关注。
改革开放以来的20年，是中国公路历史上交通发展速度最快，规模最大，最具活力的时期，自1988年沈大高速公路建成通车以来，中国的公路事业进入了以建设高速公路、一级公路等高等级公路为主的新时代。如图1所示，1998年以来，中国已经连续4年每年将超过2000亿元的投资用于公路建设，2002年达到公路建设
3211.73亿元。到2002年末，全国公路总里程达到176.5公里，比1989年增长了74
％，公路密度以国土面积计算，达到每百平方公里18.4公里，13年增长了7.7％，以人口总数计算达到13.6公里/万人，通公路的乡镇比重达到99.5％，通公路的行政村比重达到92.3％。高速公路里程，1989年全国仅为271公里，到1999年突破1万公里，到2002年突破2万公里，一年新增5693公里，达到25130公里，高速公路的总里程已经跃居世界第二位，明年就将超过30000公里。用短短的十多年时间走完了发达国家半个多世纪的发展历程。我国已经有10个省的高速公路里程突破1000公里，其中山东达到了2411公里。2002年二级及二级以上公路占总里程的比重达到14.1％，比上年增加了0.7％。由于公路建设的发展，带动了交通运输事业的发展，在各种运输方式的总运量中，公路运输完成的客货运量和客货周转量所占比重大幅度提高。
在已经建成的高速公路沥青路面中，大部分路面的使用状况是比较好的。例如1991年建成的京津塘高速公路，至今已经12年，情况良好，现正进行微表处里或再生进行预防性养护。1988年建成的沈大高速公路，沈阳至鞍山段除进行了局部修补外，仍在正常使用。1993
年建成的广深高速公路，至今没有发生严重的破坏，现正进行表面功能性的维修养护。另外，1996年建成的沪宁高速公路、八达岭高速公路以及随后建成的京沪、京哈、京珠三大高速公路主干线，大部分路段都达到了相当高的使用水平。
不过，我们也清楚地认识到，由于我国高速公路的建设起步晚，技术力量的储备较少，经济基础较差，以及中国的气候和交通荷载条件恶劣，车辆超载严重，优质的道路石油沥青等原料缺乏等原因，铺筑的高速公路路面结构还存在种种问题，一些路段的建设水平并不如人意，甚至发生了通车头几年就不得不大规模维修的车辙、开裂、泛油、坑槽等早期损坏现象。如何预防高速公路的早期病害是我国重要的研究课题。
本文谈谈中国目前高速公路建设中普遍关注的几个技术问题，抛砖引玉，以期引起广泛的重视和思考。
关于沥青路面的结构形式
中国沥青路面的结构有其自身的特点，这是中国国情决定的，是公路建设发展历史的必然结果。
在20世纪的60年代以前，中国的公路路面基本上只能用砂石材料铺筑。从
60年代中国开发大庆油田起，开始利用质量很差、蜡含量很高的渣油，铺筑薄层的渣油表面处治，厚度一般为2cm左右。为了提高承载能力，基层主要采用石灰稳定土。当时的目标仅仅是为了做到“晴雨通车”，解决晴天扬灰、雨天泥泞的问题。渣油表处加上石灰土的简易式结构起到了重大作用，渣油路面和双曲拱桥、钻孔灌柱桩成为当时中国公路行业的三大科研成果之一。
20世纪的70年代起开始建设胜利油田并正式生产道路沥青，但严重缺乏沥青资源的情况并没有改变。渣油、沥青是国家计划分配物资，每年只有50～100
万吨左右，远远不能满足全国需要，中国当时的经济条件也不可能从国外进口沥青。再加上筑路机械主要是沥青喷洒车，为数很少的国产小型拌和楼的拌和能力很低，且不能添加矿粉，许多还停留在人工拌和的水平上。我国在努力实现公路路面黑色化的同时，竭力减薄沥青面层的厚度，为满足日益增长的交通荷载的需要，水泥、石灰、粉煤灰等无机结合料稳定粒料成为最普遍的基层结构。沥青面层由沥青表面处治向贯入式路面、上拌下贯式路面、及半开级配的沥青碎石路面过渡，沥青层的厚度充其量只能做到6cm～8cm。当时的主要认为是加快路面“黑色化”。这个国情决定了中国长期来奉行“强基、薄面、稳土基”
的方针。它使我国公路沥青路面的水平有了显著的改善。
进入20世纪的80年代后，交通量迅速增加，开始修建二级公路、一级公路，沥青面层逐步向沥青混凝土发展，半刚性基层和底基层的强度要求也随之增加。尤其是1984年开始设计京津塘高速公路，沥青缺乏和路面承载能力的矛盾更加激化。为了提高沥青路面的使用性能，中国的石化与石油部门对生产高质量的道路沥青进行了艰苦的努力，并开发了一些优质的国产道路沥青，但面对蓬勃发展高速公路建设的形势，这些沥青仍然是杯水车薪，不得不从国外进口大量沥青，这在经济上是个沉重的负担。80年代末期的“七五”国家科技攻关项目就是应当时的生产形势开设的研究课题，由此形成了“半刚性基层重交通道路沥青路面及抗滑表层成套技术”，这个引人注目的研究成果获得了国家科技进步二等奖，成为这以后沥青路面设计和施工的重大技术依据，促进了高速公路建设的大发展。与此同时，道路沥青进口数量继续飙升，路面造价居高不下，成为发展沥青路面的重大障碍。半刚性基层沥青路面继续在“强基薄面”的思想下发展，半刚性基层沥青路面成为中国沥青路面结构的主要型式，并几乎成为包括高速公路在内的唯一的结构形式。现在，除少部分干线高速公路已经将沥青面层加厚至18cm外，普遍采用沥青面层3层总厚度为15cm～16cm的结构，而基层的强度则逐渐从3MPa提高到5MPa以上，在施工中甚至强度更高。
图2显示了我国道路沥青进口数量的增长情况，沥青及沥青混合料的成本甚至超过国外发达国家的价格(表1)。由于沥青路面的初期投资昂贵，一方面大力发展水泥混凝土路面，一方面继续努力减薄沥青面层，加强半刚性基层。
因此，我国广泛采用半刚性基层沥青路面这种结构是有其长期的历史发展过程的，而且为我国沥青路面的发展做出了巨大贡献。
但是，多年来许多沥青路面发生严重的早期病害，不得不使人们对此结构提出一些质疑。长期以来人们普遍认为半刚性基层的最大优点是板体性强，有很高的承载能力。我们一直在充分利用它的这个优点，但是对它的缺点却并不很重视。这就引发人们开始思考，为什么在国际上发达国家很少采用半刚性基层沥青路面这种结构，而且越是重交通量道路，越不采用。除了造价一个因素外，在技术上是怎么考虑的呢？按照“与时惧进”的思想，我们不能固步自封，必须认真考虑这一点。
据了解，国际上在20世纪70年代以前，半刚性基层沥青路面也曾经用得很普遍，并发生了关于基层的“黑白之争”，后来，柔性基层和全厚式路面得到了很大的发展，逐渐成为主流。
我们分析，其原因可能是半刚性基层在其优点的反面，也有不少缺点，有些是无法克服的。
1)
半刚性基层的收缩开裂及由此引起沥青路面的反射性裂缝轻重不同地存在。在国外普遍采取对裂缝进行封缝，而在交通量繁重或者高速公路上，这种封缝工作十分困难，严重影响交通，也不安全。而在我国，目前根本就没有发现裂缝就进行沥青封缝的习惯，因而开裂得不到有效的处理。裂缝的存在导致两种后果，首先是裂缝中进水，导致沥青层和基层界面条件的变化，使基层、底基层、路基的水分状况恶化，承载能力迅速降低，表面产生水力冲刷，出现灰浆，并形成裂缝处唧浆、坑槽；第二是车轮从裂缝的一侧经过到达裂缝的另一侧时，荷载变化不再连续，使路面裂缝两侧发生大的应力突变，还形成很大的上下剪切和表面受拉。
2)半刚性基层非常致密，它基本上是不透水或者渗水性很差的材料。水从各种途径进入路面并到达基层后，不能从基层迅速排走，只能沿沥青层和基层的界面扩散、积聚。水进入路面的途径，除了降雨(尤其是梅雨、雨季集中降雨)、降雪、化雪的表面水外，还有多种来源，如冬季由于冰冻引起的水分积聚和春融期间产生的积水；超限超载车辆为了降温需要向轮毂不断喷水，以保持汽车的刹车性能，使路面常年处于潮湿状态；中央分隔带的绿化浇水、挖方路段的裂隙水、路面铺筑过程冲洗的水等等。可以说，水进入沥青路面是不可避免的，如不能及时排走就将造成危害。界面上水的存在改变了界面连续的边界条件，使路面的受力状态变得十分不利，成为导致路面破坏的直接原因。
3)半刚性基层有很好的整体性，但是受水的影响敏感，在长期浸水条件下，板体结构会逐渐破坏，反映为路面弯沉并不水龄期的增长不断减小，沥青路面开始出现破损，弯沉迅速增大，并导致结构性破损。现在许多高速公路竣工验收阶段的弯沉很小，以后逐步变大。许多路面在损坏初期开挖可见基层往往是完好的，弯沉并不大。说明除了少数确实是因为基层施工不好的原因外，大部分基层发生结构性损坏，是发生在沥青面层损坏之后。
4)半刚性基层损坏后没有愈合的能力，且无法进行修补。基层一旦破坏，便无可救药，除了挖掉重建，别无他法，这将对沥青路面的维修养护造成很大的困难。通常所说进行“补强”实际上是不现实的，也是不可能的。在半刚性基层是加铺基层也不能结合成为整体。
5)半刚性基层很难跨年度施工，无论是直接暴露还是铺上一层下面层过冬，都避免不了发生横向收缩裂缝，从而为沥青路面的横向裂缝埋下隐患。甚至在冬天就从缝中进水(融雪)、半刚性基层暴露的还可能冻疏，影响强度的形成。
集中到一点，开裂和进水且难以排走是这种结构致命的缺点。本回答被提问者和网友采纳
改革开放以来的20年，是中国公路历史上交通发展速度最快，规模最大，最具活力的时期，自1988年沈大高速公路建成通车以来，中国的公路事业进入了以建设高速公路、一级公路等高等级公路为主的新时代。如图1所示，1998年以来，中国已经连续4年每年将超过2000亿元的投资用于公路建设，2002年达到公路建设
3211.73亿元。到2002年末，全国公路总里程达到176.5公里，比1989年增长了74
％，公路密度以国土面积计算，达到每百平方公里18.4公里，13年增长了7.7％，以人口总数计算达到13.6公里/万人，通公路的乡镇比重达到99.5％，通公路的行政村比重达到92.3％。高速公路里程，1989年全国仅为271公里，到1999年突破1万公里，到2002年突破2万公里，一年新增5693公里，达到25130公里，高速公路的总里程已经跃居世界第二位，明年就将超过30000公里。用短短的十多年时间走完了发达国家半个多世纪的发展历程。我国已经有10个省的高速公路里程突破1000公里，其中山东达到了2411公里。2002年二级及二级以上公路占总里程的比重达到14.1％，比上年增加了0.7％。由于公路建设的发展，带动了交通运输事业的发展，在各种运输方式的总运量中，公路运输完成的客货运量和客货周转量所占比重大幅度提高。
在已经建成的高速公路沥青路面中，大部分路面的使用状况是比较好的。例如1991年建成的京津塘高速公路，至今已经12年，情况良好，现正进行微表处里或再生进行预防性养护。1988年建成的沈大高速公路，沈阳至鞍山段除进行了局部修补外，仍在正常使用。1993
年建成的广深高速公路，至今没有发生严重的破坏，现正进行表面功能性的维修养护。另外，1996年建成的沪宁高速公路、八达岭高速公路以及随后建成的京沪、京哈、京珠三大高速公路主干线，大部分路段都达到了相当高的使用水平。
不过，我们也清楚地认识到，由于我国高速公路的建设起步晚，技术力量的储备较少，经济基础较差，以及中国的气候和交通荷载条件恶劣，车辆超载严重，优质的道路石油沥青等原料缺乏等原因，铺筑的高速公路路面结构还存在种种问题，一些路段的建设水平并不如人意，甚至发生了通车头几年就不得不大规模维修的车辙、开裂、泛油、坑槽等早期损坏现象。如何预防高速公路的早期病害是我国重要的研究课题。
本文谈谈中国目前高速公路建设中普遍关注的几个技术问题，抛砖引玉，以期引起广泛的重视和思考。
关于沥青路面的结构形式
中国沥青路面的结构有其自身的特点，这是中国国情决定的，是公路建设发展历史的必然结果。
在20世纪的60年代以前，中国的公路路面基本上只能用砂石材料铺筑。从
60年代中国开发大庆油田起，开始利用质量很差、蜡含量很高的渣油，铺筑薄层的渣油表面处治，厚度一般为2cm左右。为了提高承载能力，基层主要采用石灰稳定土。当时的目标仅仅是为了做到“晴雨通车”，解决晴天扬灰、雨天泥泞的问题。渣油表处加上石灰土的简易式结构起到了重大作用，渣油路面和双曲拱桥、钻孔灌柱桩成为当时中国公路行业的三大科研成果之一。
20世纪的70年代起开始建设胜利油田并正式生产道路沥青，但严重缺乏沥青资源的情况并没有改变。渣油、沥青是国家计划分配物资，每年只有50～100
万吨左右，远远不能满足全国需要，中国当时的经济条件也不可能从国外进口沥青。再加上筑路机械主要是沥青喷洒车，为数很少的国产小型拌和楼的拌和能力很低，且不能添加矿粉，许多还停留在人工拌和的水平上。我国在努力实现公路路面黑色化的同时，竭力减薄沥青面层的厚度，为满足日益增长的交通荷载的需要，水泥、石灰、粉煤灰等无机结合料稳定粒料成为最普遍的基层结构。沥青面层由沥青表面处治向贯入式路面、上拌下贯式路面、及半开级配的沥青碎石路面过渡，沥青层的厚度充其量只能做到6cm～8cm。当时的主要认为是加快路面“黑色化”。这个国情决定了中国长期来奉行“强基、薄面、稳土基”
的方针。它使我国公路沥青路面的水平有了显著的改善。
进入20世纪的80年代后，交通量迅速增加，开始修建二级公路、一级公路，沥青面层逐步向沥青混凝土发展，半刚性基层和底基层的强度要求也随之增加。尤其是1984年开始设计京津塘高速公路，沥青缺乏和路面承载能力的矛盾更加激化。为了提高沥青路面的使用性能，中国的石化与石油部门对生产高质量的道路沥青进行了艰苦的努力，并开发了一些优质的国产道路沥青，但面对蓬勃发展高速公路建设的形势，这些沥青仍然是杯水车薪，不得不从国外进口大量沥青，这在经济上是个沉重的负担。80年代末期的“七五”国家科技攻关项目就是应当时的生产形势开设的研究课题，由此形成了“半刚性基层重交通道路沥青路面及抗滑表层成套技术”，这个引人注目的研究成果获得了国家科技进步二等奖，成为这以后沥青路面设计和施工的重大技术依据，促进了高速公路建设的大发展。与此同时，道路沥青进口数量继续飙升，路面造价居高不下，成为发展沥青路面的重大障碍。半刚性基层沥青路面继续在“强基薄面”的思想下发展，半刚性基层沥青路面成为中国沥青路面结构的主要型式，并几乎成为包括高速公路在内的唯一的结构形式。现在，除少部分干线高速公路已经将沥青面层加厚至18cm外，普遍采用沥青面层3层总厚度为15cm～16cm的结构，而基层的强度则逐渐从3MPa提高到5MPa以上，在施工中甚至强度更高。
图2显示了我国道路沥青进口数量的增长情况，沥青及沥青混合料的成本甚至超过国外发达国家的价格(表1)。由于沥青路面的初期投资昂贵，一方面大力发展水泥混凝土路面，一方面继续努力减薄沥青面层，加强半刚性基层。
因此，我国广泛采用半刚性基层沥青路面这种结构是有其长期的历史发展过程的，而且为我国沥青路面的发展做出了巨大贡献。
但是，多年来许多沥青路面发生严重的早期病害，不得不使人们对此结构提出一些质疑。长期以来人们普遍认为半刚性基层的最大优点是板体性强，有很高的承载能力。我们一直在充分利用它的这个优点，但是对它的缺点却并不很重视。这就引发人们开始思考，为什么在国际上发达国家很少采用半刚性基层沥青路面这种结构，而且越是重交通量道路，越不采用。除了造价一个因素外，在技术上是怎么考虑的呢？按照“与时惧进”的思想，我们不能固步自封，必须认真考虑这一点。
据了解，国际上在20世纪70年代以前，半刚性基层沥青路面也曾经用得很普遍，并发生了关于基层的“黑白之争”，后来，柔性基层和全厚式路面得到了很大的发展，逐渐成为主流。
我们分析，其原因可能是半刚性基层在其优点的反面，也有不少缺点，有些是无法克服的。
1)
半刚性基层的收缩开裂及由此引起沥青路面的反射性裂缝轻重不同地存在。在国外普遍采取对裂缝进行封缝，而在交通量繁重或者高速公路上，这种封缝工作十分困难，严重影响交通，也不安全。而在我国，目前根本就没有发现裂缝就进行沥青封缝的习惯，因而开裂得不到有效的处理。裂缝的存在导致两种后果，首先是裂缝中进水，导致沥青层和基层界面条件的变化，使基层、底基层、路基的水分状况恶化，承载能力迅速降低，表面产生水力冲刷，出现灰浆，并形成裂缝处唧浆、坑槽；第二是车轮从裂缝的一侧经过到达裂缝的另一侧时，荷载变化不再连续，使路面裂缝两侧发生大的应力突变，还形成很大的上下剪切和表面受拉。
2)半刚性基层非常致密，它基本上是不透水或者渗水性很差的材料。水从各种途径进入路面并到达基层后，不能从基层迅速排走，只能沿沥青层和基层的界面扩散、积聚。水进入路面的途径，除了降雨(尤其是梅雨、雨季集中降雨)、降雪、化雪的表面水外，还有多种来源，如冬季由于冰冻引起的水分积聚和春融期间产生的积水；超限超载车辆为了降温需要向轮毂不断喷水，以保持汽车的刹车性能，使路面常年处于潮湿状态；中央分隔带的绿化浇水、挖方路段的裂隙水、路面铺筑过程冲洗的水等等。可以说，水进入沥青路面是不可避免的，如不能及时排走就将造成危害。界面上水的存在改变了界面连续的边界条件，使路面的受力状态变得十分不利，成为导致路面破坏的直接原因。
3)半刚性基层有很好的整体性，但是受水的影响敏感，在长期浸水条件下，板体结构会逐渐破坏，反映为路面弯沉并不水龄期的增长不断减小，沥青路面开始出现破损，弯沉迅速增大，并导致结构性破损。现在许多高速公路竣工验收阶段的弯沉很小，以后逐步变大。许多路面在损坏初期开挖可见基层往往是完好的，弯沉并不大。说明除了少数确实是因为基层施工不好的原因外，大部分基层发生结构性损坏，是发生在沥青面层损坏之后。
4)半刚性基层损坏后没有愈合的能力，且无法进行修补。基层一旦破坏，便无可救药，除了挖掉重建，别无他法，这将对沥青路面的维修养护造成很大的困难。通常所说进行“补强”实际上是不现实的，也是不可能的。在半刚性基层是加铺基层也不能结合成为整体。
5)半刚性基层很难跨年度施工，无论是直接暴露还是铺上一层下面层过冬，都避免不了发生横向收缩裂缝，从而为沥青路面的横向裂缝埋下隐患。甚至在冬天就从缝中进水(融雪)、半刚性基层暴露的还可能冻疏，影响强度的形成。
集中到一点，开裂和进水且难以排走是这种结构致命的缺点。本回答被提问者和网友采纳
第3个回答 2014-12-08
半刚性基层沥青
