露石混凝土路面技术及施工设备应用

1 露石混凝土路面

　　露石混凝土路面(Exposed-Aggregate Cement Concrete Pavement，简称EACCP)，也称“悄声混凝土路面”（Whisper Concrete Pavement）技术，是一种将面层混凝土中的粗集料外露,形成粗糙表面路面的方法。通过这种技术所形成的露石水泥混凝土路面，具有随机凸起集料的表面,使声波和压力波在轮胎花纹下的空隙中自行消散,从而降低了噪声。与传统混凝土路面相比，该路面还具有抗滑性好、表面排水性强、反光系数小等优良特性。它的出现拓宽了水泥混凝土路面的应用范围，为我们提供了一种新型优质道路路面的修筑方法，被欧美国家誉为颇具应用前景的混凝土路面。

　　露石混凝土路面技术的原理是在面层水泥混凝土混合料铺筑完成后，喷洒露石剂并覆盖塑料膜养生，通过露石剂作用对水泥混凝土表面层进行化学处理，延缓表面一定厚度水泥砂浆的凝结，当主体混凝土达到一定强度后，刷洗其表面进行表面除浆，露出均匀分布的粗集料。国内外试验研究表明,集料、配合比、露石剂的选择以及适宜的施工工艺都是成功运用该项技术的重要因素，其中集料的粒径越小,噪声就越低。路面的最佳纹理深度,即集料的外露高度大约为1.5 mm。从降噪角度考虑,表面层的骨料一般应小于10 mm ,粒径4～6 mm 为最好。但另一方面, 集料粒径过小容易脱落,因此粒径又不能太小。石料要求有棱角、质地坚硬、洁净等,石料磨光值为65,以长时间维持良好的抗滑性能。

2 露石混凝土路面技术研究与应用

　　在欧洲，环保一直是一个重要议题。早在上世纪70年代，许多欧洲国家就已经开始研究减小道路噪音的方法。1980年，比利时的道路承包商ROBUCO申请了露石混凝土路面处理技术的专利，并开始运用于道路的建设，取得明显的降噪、抗滑效果。随后该项技术的研究应用在欧洲、美国、澳大利亚等国家铺开，目前该项技术已经在比利时、奥地利、德国、荷兰等欧洲国家得到广泛的应用。

　　比利时:

　　比利时以最早开发和应用具有降噪性和抗滑性的露石混凝土路面而著称。早在上世纪70年代，比利时就开始了露石混凝土路面的研究和应用。1980年，他们在靠近Bierbeek 的E40 高速公路项目中采用了露石混凝土技术，路面使用单层的高质量硬质集料，经测试，这种路面产生的轮胎路面噪声比原来降低了4dB(A)。1996年，比利时通过对低噪声路面配合比的实地研究，促使该技术的研究取得重大进展。他们在N255 Edingen - Ninove高速公路上试铺了6段不同表面的路面，顶层分别是沥青、透水沥青、透水混凝土以及细露石混凝土,并在建成后分别进行了噪音测试，通过与3年后的测试结果比较，他们发现：最初透水路面噪音就较小，3年后，露石混凝土路面的噪音等级更低，充分显示了露石混凝土路面降噪、抗滑性能的稳定性和持久性。2003年，比利时又在一项双层混凝土路面项目中建造了4个试验段，以便对不同底层厚度、顶层厚度以及顶层最大集料粒径情况下的降噪性能进行比较。其结论显示，顶层最大集料粒径越小，其噪声等级就越小。

　　通过大量的研究和改进，露石混凝土路面在比利时得到广泛的应用，上世纪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。

　　奥地利：

　　奥地利的第一条混凝土路面建于1925年，上世纪80年代，沥青路面技术在奥地利得到飞速的发展，而混凝土路面则被认为是费用高、噪声大、维修难的路面而陷入低速增长。90年代，混凝土路面技术的进步以及大量道路的重建、扩宽和改进使混凝土路面的使用呈现转机，其中露石混凝土路面技术、混凝土路面的再生技术以及快速的维修技术的发展功不可没。

　　1989年，奥地利引进比利时的专利技术，首次在连接维也纳和萨尔兹堡的AI高速公路上建造了第一条露石混凝土路面。该路面为双层混凝土结构，顶层4cm厚，采用高质量的硬质集料，而底层则使用了22cm厚的路面再生料。1991年该国随即又在其他4个地段修建了露石混凝土路面，通过对修建路面的研究和测试发现，这种路面表现出极好的降噪性能。从图2看出，与原有传统混凝土路面相比，最大降噪达到7dB(A)，两年后，由美国联邦公路总署等部门组成的欧洲调研团对其中部分道路进行了考察，仍完好如初。

[Page]

　　目前奥地利所有新建混凝土路面均采用双层结构的露石混凝土路面，同时每年有50000-70000m2的道路采用露石混凝土结构进行更新。其路面使用新料或再生混凝土集料作底层，最大集料粒径32mm，耐磨集料做上层，最大集料粒径8-11mm，路面养护方式采用喷洒缓凝剂后加盖塑料膜的方式。

　　荷兰：

　　荷兰是欧洲人口密度最大的国家，1985年的噪声控制法案（The Noise Abatement Act）激起了荷兰关于不同路面交通噪声的讨论，而传统的混凝土路面比《交通噪声计算和测量规定标准》（Prescribed Standards for the Calculation and Measurement of Traffic Noise）中定义的参考路面（密实沥青路面）的噪声高约3dB(A)，因此在80年代末，高速公路部（Motorways Department）决定在混凝土路面上覆盖透水沥青表面。由于露石混凝土具有良好的抗噪声性能，到90年代中期，荷兰在一些地区开始在混凝土道路上使用露石混凝土表面，以代替透水沥青表面。在这些道路中，露石混凝土路面显示出了其噪声等级完全可以与透水沥青路面相匹敌的特性。通过全面的实地试验，荷兰继续对不同集料类型、级配、纹理深度、缓凝剂喷洒方式以及路面类型（单层、双层以及使用超级整平设备纠正局部路面不平度）的路面效果进行了研究。

　　目前露石混凝土路面在荷兰A1、A73高速公路的一些路段上得到运用，同时城市公交专用道路也使用了露石混凝土路面。

　　德国：

　　德国的大流量高速公路网中有25%是混凝土路面，双层路面结构是其常用的形式。1993年，该国利用ROBUCO专利技术建造了第一条露石混凝土路面，并与使用其他路面纹理处理方法的路面进行比较。从2006年5月开始，双层结构的露石混凝土技术成为德国高速公路标准的混凝土道路罩面方法，顶层4cm厚，最大集料直径8mm，混合物的水泥含量至少为420kg/m3，水、水泥比例约0.40，断级配集料混合物中含30%沙和70%碎石。路面的保养有两种方式：一种是喷洒缓凝剂与液体养护剂相结合；另一种是喷洒缓凝剂后加盖塑料膜。

　　英国：

　　上世纪90年代末期，迫于政府对降低路面噪声的政策，英国开始在混凝土路面上进行沥青罩面。尽管如此，自1991年在AS高速公路上进行了露石混凝土路面的实验以后，市场对这种在英国被称为“悄声混凝土路面”的技术非常看好。1993年12月，英国在M18公路上的露石混凝土试验段开通, 它采用暴露混凝土粗集料取代了传统水泥混凝土采用刷毛和划槽的表面处理方式。该路面为双层结构，上层厚度为40-50mm；1995年，位于Derbyshire A50的第二条露石混凝土路面开通，英国交通研究实验室TRL 对上述两条道路的噪声和抗滑性实施了全面的研究。其结果显示，这种路面具有良好的防滑性，在噪声方面，该路面是所有混凝土路面中最安静的，甚至比常规热压沥青（hot rolled asphalt ）的噪声等级还低约2.2 dB(A) 。英国南威尔士A449 Codra-Usk道路大修项目是第三条露石混凝土路面，在对旧水泥路面实施连续配筋混凝土加铺层时，采用了该项技术，预期比传统的拉毛混凝土路面降低噪声3dB(A)。英国计划在2010年前，对60%的主干道实施“安静表面”路面处理，对日交通量大于75000辆的道路只允许采用露石混凝土路面。

　　法国：

　　1985年法国开始了在水泥混凝土路面上运用露石混凝土技术，如A6“AUTOROUTE DU SOLEIL”段以及高速公路A10、A26、A71路段，一些国道（RN）和RD也是露石混凝土路面。

　　中国：

　　上世纪末，国内个别水泥路面施工中对露石混凝土路面作了尝试性试验，如黑龙江哈绥线尚志至亚布历段，2000年开始，长安大学与铜川公路管理局合作进行露石混凝土路面的研究，当年铺筑了一百多米试验路。2001年，又实际应用铺筑了1.6km, 2004年，铺筑了第一条抗滑低噪声水泥混凝土隧道路面，其降噪幅度在车辆时速为80km/h时达4dB(A)。2004年年底到2005年年初，由长安大学技术支持，分别在西藏铺筑了2.5km长隧道露石混凝土路面，在厦门大陡坡路段铺筑了3km长抗滑露石混凝土路面。这些试验路或实际应用路段的使用均获得了满意效果。

[Page]

3 露石混凝土路面的典型结构及施工设备

　　目前修筑的露石混凝土路面，有单层结构，也有双层结构，其中以双层路面为多，是露石混凝土路面的典型结构。在奥地利，其露石混凝土路面的底层为质量较差的原集料或再生料，厚21cm，顶层为4cm厚的高质量耐磨集料，表面形成露石纹理。这种结构具有良好的摩擦性，噪音小，节省集料，欧洲其他国家的双层结构的露石混凝土路面基本上与奥地利的类似。

　　根据双层结构露石混凝土路面工艺，其主要施工步骤是:铺筑下层混凝土→上层混凝土铺筑→喷洒露石剂→覆盖塑料膜养生→刷洗形成露石表面→第二次养生。

　　下层和上层混凝土的摊铺采用“湿接湿”铺筑，即在摊铺的下层混凝土还未凝结硬化时，即铺筑表层混凝土。以保证两层间完全粘接。相应的主要施工设备为混凝土搅拌设备、摊铺设备、露石剂喷洒设备以及露石表面刷洗设备。在奥地利、德国等欧洲国家，上述路面的施工已经全部实现了机械化。其施工配套设备简述如下。

　　混凝土搅拌设备：

　　在奥地利，产量200m3/h的连续式搅拌站常在露石混凝土路面的工程中使用，而在德国，现有高速公路的混凝土翻修的工期通常很短，超过工期，对承包商的惩罚非常严厉。对于这样一个工程，混凝土需求量为3000 m3/d，因此产量100 -300 m3/h的间歇式搅拌站和产量高达300 m3/h的连续式搅拌站都是常用设备。

　　路面摊铺机设备：

　　双层结构露石混凝土路面的摊铺既可同时采用两台滑模摊铺机，也可使用一台双层摊铺机完成。使用双层摊铺机在经济上的优点如下：

　　（1）可以方便地从摊铺机前面提供第一层和第二层所需的混凝土。同时不会妨碍相邻车道的交通；

　　（2）与使用两台机器相比，采用双层摊铺所需的运行费用明显要低；也可以减少设备投资经费及所需操作人员。同时，操作一台机器比协调两台机器更容易。

　　（3）避免了使用两台机器时两种集料可能出现的混淆以及分层问题。

　　目前德国Wirtgen公司和美国Gomaco公司都开发了大型双层水泥混凝土摊铺机，并在露石混凝土路面施工中得到运用。

　　Wirtgen的SP1600和SP1500L可以分上下两层“湿对湿”同步摊铺两种不同配合比、不同厚度的水泥混凝土路面。前半部分铺底层的常规水泥混凝土，这部分材料由卡车卸在正前方；后半部分在其表面再加铺单一粒径“露石面层”，这部分材料由水泥混凝土搅拌罐车从摊铺机侧前方料斗经传送带供应。Gomaco的GP-4000在原理上与前述设备基本类似，这两种设备都可配置整平、抹平装置或振动梁，形成所需的面层纹理。

　　露石剂喷洒养生设备：

　　露石剂喷洒设备紧跟在摊铺机后面，以便在摊铺后立即进行喷洒，对混凝土路面进行养生。Wirtgen的TCM系列，Gomaco的T/C系列均可进行养生施工。

　　露石表面刷洗设备：

　　当混凝土路面达到一定强度后，使用表面刷洗设备除掉表面砂浆，形成露石路面。这种设备具有足够的动力保证刷头的旋转速度，从而去掉路面砂浆，同时还具有除尘和灰尘收集功能。其轮胎花纹浅，气压低，有一定的宽度以避免破坏路面。

[Page]

　　二次养生设备：

　　在形成露石混凝土表面后一小时内，必须对整个路表面和侧面均匀喷洒养生剂进行二次养生。

4 露石混凝土路面在我国的应用前景及面临的问题

　　经过多年的研究和运用，露石混凝土路面的降噪性、抗滑性、耐久性不断改善，施工工艺日臻成熟并形成了整套机械化施工设备，露石混凝土路面技术在国外众多国家获得广泛应用。国内目前有关研究同样证明了这种路面技术的先进性。对于双层结构的露石混凝土路面，由于底层结构可以使用质量较差的集料或路面再生料，优质的集料只需供应上面层，因而与单层结构相比更具有经济性和环保性。从长远的观点分析，随着我国对节约型经济建设要求的进一步落实，这种路面将越来越凸显其潜在的应用前景。

　　首先，我国拥有得天独厚的水泥资源，因此在现有的公路和城市道路路面中，水泥混凝土路面占有相当大的比例，随着近年来我国大型滑模摊铺机的运用、《公路水泥混凝土路面施工技术规范》的编制以及对水泥路面养护新技术研究的深入，我国的水泥混凝土路面修筑技术不断提高，水泥混凝土路面的占比呈上升趋势。来自国家交通部《2007年公路水路交通行业发展统计公报》的统计显示：截止2007年底，我国有铺装路面125.03万公里，其中水泥混凝土路面84.88万公里，占有铺装路面的67.89%，而从2006年到2004年，其比例分别为64.87%、57.56%、58.22%。在今后的路面修建中，水泥混凝土路面将扮演越来越重要的角色。

　　其次，当前国际原油价格长期高位运行，沥青价格同比快速上升。2007年普通重交通沥青价格由2005年的2000元/吨上升至4200元/吨，改性沥青为5200元/吨，快速上升的成本使沥青路面的公路建设受到极大的冲击，而水泥混凝土路面的成本优势得到进一步显现。

　　第三，噪声大是水泥混凝土路面普遍存在的技术和质量难题之一。目前道路交通噪声，特别是人口密集区、临近城市的快速干线、隧道内的交通噪声已成为环境噪声污染的重要来源。经各国的研究证明，道路的表面特征是影响路面噪声的主要因素，所以通过改善水泥混凝土路面结构的方法来降低路面噪声是一种行之有效的方法。而露石混凝土路面为我国提供了一种低噪声优质路面，将彻底改变水泥混凝土路面高噪声现象。

　　第四，从露石混凝土路面的发展历史分析，在奥地利等欧洲国家，水泥混凝土路面同样经历了被视为费用高、噪声大、维修难的路面而陷于低速发展的过程，而露石混凝土路面的高性能以及相应技术的发展成为推动水泥混凝土路面技术发展的动力之一。这一发展历程对我国处于起步阶段的露石混凝土路面技术研究具有明显的借鉴作用。

　　不过，目前我国露石混凝土路面的推广仍然存在一些问题，从而制约了它的发展。其一，国内只做了少量尝试性铺筑，缺乏系统深入的研究，无法为道路建设承包商提供成熟的设计、工艺以及施工设备；其二，施工费用较高。与传统混凝土路面施工相比，费用增加主要体现在两方面：增加一套混凝土搅拌站的购置、运行、占地、运输、油耗以及人工费用；增加一台摊铺机或双层摊铺机的购置、维护、油耗、运行以及人工费用。1993年，美国密歇根州在底特律市区的主要超速干道I75上进行了双层结构露石混凝土路面试验，根据美国的报告，双层结构露石混凝土路面的造价几乎是同一工程传统混凝土路面的两倍。尽管该项技术具有良好的应用前景，同时若承包商在底层使用低廉的混凝土，其节省的费用可以弥补添加设备、人工等造成的多余费用，但总的建造成本仍有可能增加。在国内，机械化施工技术及配套机具仍不完善，主要的施工设备滑模摊铺机绝大部分仍从国外进口，造成了购置和使用成本偏高，加之国内对旧有路面的再生没有实施强制性的要求，因而在现阶段还无法完全体现露石混凝土路面的优势。