（道路与铁道工程专业论文）露石水泥混凝土路面研究.pdf

摘要 普通水泥混凝土路面( p c c p ) 具有强度高、稳定性好、无车辙、耐久性好、 造价适中、夜间行车可视性好等诸多优点，同时，p c c p 存在着抗滑性差、噪声 大、眩光严重等缺陷。研究应用突显优点、摈弃缺陷的新型水泥混凝土路面，对 现代交通提供安全、舒适的行驶条件具有重要的意义。发达国家在上世纪末已经 开始这方面的工作，其实际可应用的成果就是露石水泥混凝土路面( e a c c p ) ， 可以从有关文献中看到e a c c p 在一些公路建设中的应用情况，并从他们的测试 结论看出，e a c c p 具有低噪声、高抗滑、防眩等功能，但看不到研究的理论成 果、材料特性要求、实施方法细节、控制指标等，因此，这些扼要的消息报道性 文献资料很难指导我国发展这种新型混凝土路面。 鉴于这种情况，本研究通过大量的室内试验、试验路段铺筑与测试分析，对 e a c c p 的有关理论、施工关键技术、施工辅助材料、试验评价方法、技术指标、 路用性能等进行了系统的研究。 论文首先对e a c c p 的混合料配合比设计方法、路面形成工艺、必须的辅助 材料露石剂以及工艺过程中的试验方法进行了研究，通过试验与灰色分析影响刷 洗时间的各种因素，提出了考虑温度、时间两个主要因素的成熟度指标。为修筑 技术性能优良和经济的e a c c p ，提出了“湿接湿”的双层铺筑工艺，通过改进 的弯拉强度试验分析表明，这种工艺不会影响路面结构强度。 论文通过对路面抗滑性影响因素的分析，指出规范方法指标m t d 的局限性， 分析比较知，对相同m t d 的刻槽混凝土路面和e a c c p ，其抗滑性有较大的差 异，具有均匀、各向同性宏观构造的e a c c p 抗滑性要大大优于p c c p 路面。由 e a c c p 试样板抗滑持久性试验表明，不同石料所构成的e a c c p 其抗滑性衰减 速度有很大的差异。通过对油污染条件下路面抗滑性衰减的模拟试验，认为 e a c c p 在油污染下比p c c p 有较高的抗滑能力，且露石深度大小对油污染下抗 滑性衰减速度产生影响。 在分析路面噪声发生过程的基础上，采用轮胎落下法对不同表面类型的混凝 土试样板进行了室内噪声测试，发现光面混凝土的噪声水平大于e a c c p ，在所 试验的m t d 范围内，m t d 越大，噪声水平越低，噪声水平与露石度呈反向抛 物线关系；m t d 在1 m m 以上时，e a c c p 噪声水平比光面混凝土路面降低 7 9 d b ( a ) ；m t d 在o 5 1 m m 时，e a c c p 噪声水平降低5 9d b ( a ) ，露石度在4 4 5 5 个1 0 0 h u n 2 时，路面噪声水平较低。由此室内试验表明，e a c c p 相对p c c p 可明显降低噪声水平；m t d 与露石度是e a c c p 以路面噪声为优化目标的重要 指标。 由成功铺筑e a c c p 隧道内的噪声水平测试结果知，对车速为8 0 m m 时两 辆小轿车交通组成，e a c c p 可降低噪声4 2 d b ( a ) ，表明实体工程的实测结果与 室内试验结果相一致。 通过1 3 倍频程试验对e a c c p 降噪机理进行了分析，发现e a c c p 相对于 p c c p 显著地降低了频率在l k 以上高频段的声压水平，表明e a c c p 表面露石 颗粒间通道为消散空气提供了空间，大大减弱了轮胎与路面相互作用时空气压 缩、释放的强度，从而使泵吸噪声降低。 通过盐蚀和抗冻性试验，发现在盐蚀及冻融循环作用下，e a c c p 的质量损 失与外观变化远小于p c c p ，表明e a c c p 抗恶劣自然环境作用的能力远大于 p c c p 。 在研究光散射系数测定方法的基础上，对不同路面板进行了试验，发现 e a c c p 板的散射系数比光面混凝土要小，表明e a c c p 表面光线柔和，不会形 成强烈的光反射，因此该路面还具有防眩作用，由此可提高车辆行驶的安全性。 关键词：露石混凝土路面，工艺控制指标，辅助材料，试验方法，评价指标， 抗滑特性，降噪机理，轮胎落下法，冻融耐久性，防眩特性 a b s t r a c t p o r t l a i l dc e m e n tc o n c r e t ep a v e m e n t( p c c p ) p o s s e s s e sb o ma d v a n t a g e s ，s u c h a sh i g hs t r n g t h ，g o o ds t a b i l i t y ，n o n r u t t i n g ，p r o p e rc o s t ，g o o ds i g h to nn i g h tr i d i n ge t c ， a n dd i s a d v a l l t a g e sa s1 0 ws 姑d r e s i s t a n c e ，h i 曲n o i s ea 1 1 ds e v e r e9 1 a r e t h e r e f o r e r e s e a r c ha 1 1 d 印p l i c a t i o no ft h en e w t y p ec e m e n tc o n c r e t ep a v e m e n tw h j c hk e 印st 1 1 e a d v a l l t a g e sa i l do v e r c o m e st 1 1 ed e f e c t sa r es i g n j n c a l l tf o rp m v i d i n gs a f ea 1 1 d c o m f o r t a b l e 仃舾cc o n d i t j o n s d e v e l o p e dc o u n 矗e sh a v eb e g l u lt 1 1 ew o r k ss i n c et 1 1 e e n do fl a s tc e n t u r ya 1 1 dt l l ea p p l i c a b l ea c h i e v e m e n tw a st l l ee x p o s e d - a g g r e g a t ec e m e n t c o n c r e t ep a v e m e m ( e a c c p ) t h eg i v e nd o c 啪e n t sp r e s e n t 也ee a c c pf 妇c t i o n a li n l o wn o i s e ，l l i 曲s k i dr e s i s t a n c ea i l da 1 1 t i g l a r e ，、v i mn od e t a i l so ft 1 1 e o r e t i cr e s u l t s ， m a t “a 1s p e c i a l 坝i m p l e m e n t i n gt e c h n j q u e sa 1 1 dc o n n di n d e x e sp u b h s h e d s oi ti s d i m c i l l tt og u i d et l en e 、- t y p ec o n c r e t ep a v e m e n ti nc h i n aw i ms u c hi i l s u m c i e n t n l a t e r i a l s n l es y s t e m a t i c a lr e s e a r c ho ne a c c po fi t sm e o mk e yc o n s 仃c t i o nt e c h n i q u e s ， a c c e s s o r ym a t e r i a l ，a s s e s s m e n tm e t l l o d s ，t e c l l l l i c a lc r i t e r i aa 1 1 dp a v e m e n tp e d b 加a j l c e a r ep r o c e e d e di nt h ed i s s e n a t i o nb yl a b o r a t o r yt e s t s ，p a v i n gp a v e m e n tt e s ts e c t i o na n d m e a s u r e m e n ta 1 1 a l y s i s t _ h i sp 印e rs t u d i e dp r i m 撕1 yt 1 1 ee a c c pm i x t u r er a t i od e s i g l l ，p a v i n gt e c l l i l i q u e s ， o b l i g a t o r ya c c e s s o r ym a t 耐a 1 一e x p o s e ra sw e ua st e s tm e t h o d si nc o n s 订u c t i o n p r o c e d u r e s n l m u 曲t e s t sa n dg r e y a 1 1 a l y s i s o fa 1 1a 虢c t i v ef a c t o r s i n n u e n c i n g b m s h i n g w a s l l i n gt i m et 1 1 em a n l r i t yi n d e xc o n s i d e r i n gt e m p e r 姗ea 1 1 dt i m ew a s p mf o n v a r d n l e “w e t o n w e t ”d o u b l e1 a y e rp a v i n gi sb r o u g h tf b n a r df o re m i n e n t e c o n o m i ca 1 1 dt e c h i l i c a le a c c p ，a n di t sb e n d i n gt e s ti n d i c a t en oi m p a c to np a v e m e n t s t r e n g t h 1 1 1 es k i d d i n g r e s i s t a l l c et e s t si nt h ea r t i c l ei n d i c a t es o m em t dl i i n i t a t i o n s t h e c o m p a r i s o nt e l l s t l l a tc o n c r e t ep a v e m e n ta 1 1 de a c c pu i l d e rs i m i l a rm t dh a v e o b v i o u ss k i d r e s i s t a i l c ed i f r e r e n c ea i l dt h es l ( i d r e s i s t a l l c eo fe a c c pb e c a u s eo fi t s l 】i l i f 0 h n 时a i l di s o 仃o p ym a c r o s t m c t u r e i s s u p e r i o rt op c c pp a v e m e n t s 锄p l i n g e n d u r a l l c e 矗o me a c c pc o m p o s e do fv a r i o u ss t o n e sp r e s e n t sg r e a td i 髓r e n c ei n a t t e n u a t i o ns p e e d t h es k i d - r e s i s t a n c ea t t e n u a t i o ns i m u l a t i o nu n d e ro 订c o n t a m i n a t i o n o np a v e m e n tp r o v e sm eu p p e rs k i d r e s i s t a n c e 疗o me a c c pa n da l s oi t p r o v e st h e e f f b c tf r o me x p o s e d - a g g r e g a t ed e p mo nm ea n e n u a t i o ns p e e d o nt l l eb a s i so fa n a l y s i so np a v e m e n tn o i s eo c c u n e n c e ，at y r e f 甜l i n gm e t h o di s a d o p t e df o rv a r i o u sc o n c r e t es l a bs a m p l e si nl a b o r a t o r y i ts u g g e s t st h en o i s e1 e v e l f 如mn a tc o n c r e t eb i g g e rt 1 1 a ne a c c pi nt e s t e dm t d s c o p e ，t l l eb i g g e rm t d ，t h e l o 、v e rn o i s el e v e l ，a i l dt 1 1 en o i s el e v e la 1 1 de x p o s e d _ a g g r e g a t ed e g r e ef b h n si nr e v e r s e p a r a b o l a t h a ti s ，a sm t d m o r et h a nl m m ，m ee a c c pn o i s el e v e lg o e sd o w n w a r db y 7 9 d b ( a ) ；a n da sm t d0 5 l m m ，t h ee a c c p n o i s el e v e ld o w n w a r db y5 9 d b ； a se x p o s e d a g g r e g a t ed e g r e ea m o n g4 4 5 5 个l o o m m 2 ，n o i s el e v e li nl o w e r d e g r e e s t h e r e o u t ，t l l em o mt e s tp r o v e st h ee v i d e n tr e d u c t i o ni nc o m p a r i s o nw i t he a c c pa i l d p c c pn o i s el e v e l s ，a l s om t da 1 1 de x p o s e d a g g r c g a t ed e 孕e ea sk e yf a c t o r sf o r e a c c p o p t i m i z a t i o nf o rn o i s e1 e v e lt a 略e t 1 1 1 en o i s e1 e v e l 舶mat e s tp a v e m e n ti ne a c c pt u n n e ls h o w st h a t2c a r 衄伍ca t 8 0 k m l lr e d u c e sn o i s eb y4 2 d b ( a ) ，w 1 1 i c hm e a i l sm ec o n c l l r r e n tr e s u l t s 丘o mb o t l l p r a c t i c ea n de x p e r i m e n t t h el ，3o c t a v es o l l n dt e s to ne a c c ps o l l n dm e c h a l l i s mi i l d i c a t e se a c c ps p l g o i l l gd o w ne v i d e n t l ya b o v elkl l i g h 疗e q u e n c yh i 曲e r 1 1 1 a tm e a n sm ee x p o s e dg r a i l l p a s s a g e sp r o v i d es p a c ef - o ra i rc l e a ro 丘；w h i c hw i l lr e d u c et 1 1 ea i rc o m p r e s s i o na n d r e l e a s es o l l r c e d 仃o mt 1 1 et y r ea 1 1 dp a v e m e n tr e c i p r o c i 可c o n s e q u e n t l y ，t 1 1 ep u m p i n g n o i s eg e t sl o w e r t h es a l ta n df 如s t r e s i s t a n c et e s t sp r e s e n t 血ee a c c pq u a l i t yl o s sa n da p p e a m c e v a r i a t i o n1 e s s e rt op c c p i ti sc l e a rt l l a te a c c pi sm o r ec a p a b l eo fr e s i s t i l l gs e v e r e e n v i r o n m e n t o nt l l eb a s i so f 山er e s e a r c ho nl i g h td i s p e r s i o nm e a s l l r e m e n t ，s o m es l a bs a m p l e t e s t sa r ep e r f b r r n e d t h em i n o rd i s p e r s i o nf r o me a c c ps l a b st os m o o t ho n ei n d i c a t e s 山a tm el i 曲ts o f 【i l e s so fe a c c ps l a bw i l ln o tl e a dt oi m e n s el i g h tr e f l e c t i o n s s u c h a n t i d a z z i i n gp a v e m e n tc a ne n h a n c et r 棚cs 疵吼 k e yw o r d s ： e x p o s e d _ a g g r e g a t e c e m e n tc o n c r e t e p a v e m e n t ，p r o c e s sc o n t r o l s ， a c c e s s o r ym a t e r i a l ，t e s tm e t l l o d s ，a s s e s s m e mi n d e x ，s l 【i dr e s i s t a i l c e ， s o u n dr e d u c t i o nm e c h a n i s m ，t y r e f a l l i n gm e t h o d ，f k e z e m e l tw e 甄 a n t i d a z z l i n gf u n c t i o n 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行 研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，列论文的 研究做如重要贡献的个人稚集体，均已在文中以明确方式标明。本论 文中不包含任何来加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成 果。 本声明的法律责任由本入承担。 沦文作者签名：杪f 年r 月 日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归 属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅监、借阅以及申请 专利等权利。本人离校后发表域使用学位论文或与该论文直接相关的 学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名 导师签名： ，影年r 月1 每| 三1 年月目 钐1 趋。 第一章绪论 1 1 混凝土路面现状 水泥路面由于其强度高、稳定性好、无车辙、耐久性好、造价适中、夜间行 车可视性好等诸多优点，受到各国道路部门的重视。根据我国交通部2 0 0 4 年底 的最新统计资料，我国水泥路面和沥青路面两种高级路面的建成总里程4 4 1 6 8 0 公里，其中水泥路面2 5 7 1 2 5 公里，占5 8 “1 。近几年，交通部启动了通县公路和 农村公路建设，在可预见的将来，水泥路面的发展将会更加迅速。 水泥路面在我国的原材料资源可谓得天独厚。我国连续1 0 年是全球最大的 水泥生产与出口国，2 0 0 2 年水泥产量为6 3 亿吨，2 0 0 5 年全国水泥产量超过1 0 亿吨。3 ，增长幅度很大。尽管我国大量的小立窑水泥厂生产的水泥不完全符合建 造高速公路的要求，但在2 0 0 k m 运距范围内，各省区都有符合高速公路建设要求 的旋窑水泥，完全能够满足本省区的需求。近1 0 年来，由于水泥市场供应充裕， 价格稳中有降，2 0 0 5 年普通硅酸盐4 2 5 。水泥市场批发成交价平均在3 0 0 元吨 左右0 1 ，比2 0 0 4 年下降约3 5 ，与道路石油沥青( a 级或者b 级) 单价相差 十几倍，与目前广泛采用的s b s 改性沥青单价相差更大。随着国际原油价格的不 断上涨，道路石油沥青的价格很难估计会达到什么样的水平。因此，在高等级公 路上建造水泥路面有巨大的经济效益和社会效益。 我国的资源状况决定了在公路建设中不能忽视水泥路面而只注重沥青路面。 纵观世界各国公路沥青路面和水泥路面的比例，无一例外是由各国的资源条件所 决定。世界各国都充分认识到，基本建设的大宗原材料应更多地依靠国内资源。 我国的资源状况要求我们必须大力发展水泥路面技术，建造更多优质的水泥路 面。 客观地看，高速公路沥青路面的建造技术要求和复杂程度要高于水泥路面， 我国沥青路面的大规模建设时期先于水泥路面，积累的经验比水泥路面丰富，但 是，经过多年的实践，我国公路水泥路面的建造技术和工艺水平也己取得了很大 的进步。我国目前公路滑模摊铺水泥路面的建设规模、施工速度、平整度、弯拉 强度及使用年限等具体指标己经达到国际上发达国家的水平。 在发展先进的滑模摊铺工艺的同时，适合我国国情的小型机械化水泥路面旋 工工艺，在许多地方应用相当普遍。三滚轴水泥混凝土摊铺旌工工艺，就是具有 中国特色的施工方法，控制良好的三滚轴工艺，可铺筑各项指标均满足要求的水 泥路面。 近年来，在高等级公路所铺筑的部分水泥路面与沥青路面情况相仿，早期破 坏严重，在道路建成通车5 年多即出现唧泥、错台、断裂等病害，这些病害现象 严重地影响了水泥路面的使用品质与使用使用寿命，由此也影响了水泥路面在高 等级公路建设中的应用数量。分析原因，并不是因为水泥路面本身存在的缺陷， 而是由于路面结构设计不当，施工质量控制不力，或者路基不均匀沉陷所引起。 面层混凝土本身具有足够的弯拉强度，是路面结构强度的主体，但仍须以基层和 路基提供稳定而均匀的支承为前提。由于接缝处理不当、水的渗入，对抗冲刷能 力差的基层产生冲刷，是引起水泥路面唧泥、错台及断裂的主要原因。因此，处 理好裂缝、设置抗冲刷能力强的基层、填筑稳定的路基，是保证水泥路面使用品 质的重要措施；在路面结构中合理设置排水系统和内部排水结构，消除水的危害， 将会大大发挥水泥路面使用寿命长的优势。 在发现与解决水泥路面发生上述结构性早期破坏问题的同时，还需客观地分 析水泥路面的其他缺陷。 水泥路面的抗滑性一直是人们关心与研究较多的问题。随着经济建设的发 展，公路等级不断提高，交通量增大，车速加快，水泥路面的抗滑问题日益突出， 尤其是在雨季，潮湿的路面抗滑性能大大降低，易使车辆打滑失控，造成人员伤 亡、财产损失等重大事故。对此，国内外研究出一些抗滑技术，如拉毛、压纹、 刻槽，即所谓的“第一代、第二代、第三代抗滑技术”。经过长期使用表明，路 面拉毛易被磨光，抗滑性衰减很快，路面压纹、刻槽对抗滑性增加较小，且嵌入 槽内的小石子易使路面表面破碎。所以这些技术未能根本解决水泥路面的抗滑问 题。 随着人们环保意识的增强，对水泥路面产生的交通噪声更加关注，“噪声路 面”已成为水泥路面的又一代名词，在对路面使用品质要求不断提高的情况下， 这一缺陷会成为水泥路面发展的制约因素；降低公路交通噪声，特别是降低人口 密集区、l 临近城市的快速干线、隧道内的交通噪声，已是工程技术部门不得不考 虑和解决的问题。 水泥路面的眩光问题直未引起研究和建设部门的重视，但它却是影响驾车 人视觉的重要因素，消除这种不利影响是提高水泥路面行驶舒适性、安全性的重 要方面。 我国的国情和公路交通的发展，以及现代交通对路面使用品质和使用安全性 的要求不断提高，表明研究高品质的水泥路面表面结构形式，成为必然趋势。 1 2 公路交通对水泥路面抗滑与降噪的需求 随着我国公路等级及相应公路线形标准的提高，在山岭重丘区高等级公路隧 道的数量、隧道的长度、宽度有明显的增加，许多技术问题便显得突出，车辆行 驶的安全性和交通噪声是其中的两个主要问题，这使得水泥路面低噪声技术和抗 滑技术的发展迫在眉睫。 有试验表明，等量的燃油燃烧在水泥路面上的火焰高度约为0 3 m ，而在沥 青路面上的高度为2 5 3 m ，因此考虑防火问题，在隧道内多采用水泥路面；另 外，隧道内一般相对潮湿，路面易受水的作用而出现病害，如沥青路面易发生水 损害；而且隧道内尤其是长大隧道内光线较暗，沥青路面行车视线较差，因此， 从这几方面考虑，隧道内宜采用水泥路面。 普通水泥路面具有承载力高、稳定性好、耐久性高、平整度稳定性好等许多 优点外，噪声大、抗滑性差是其显著的缺陷，这样，在隧道内采用水泥路面时， 由于相对封闭的隧道内声音消散慢，路面受油污、粉尘污染较严重，还常常会受 到水的作用，普通水泥路面的缺陷在有限空间的隧道中将变得更为突出。 因此，在隧道中考虑抗滑性高、噪声低的水泥路面，特别是在长大隧道内修 建高抗滑、低噪声的水泥路面，对提高隧道水泥路面行驶舒适性、安全性，从而 提高整个隧道使用的安全性与舒适性有重要的意义。 在某些山岭重丘区，山高谷深，在既满足一定的线型标准、又对自然环境不 产生大的扰动前提下，采用水泥路面比沥青路面会更为合理，在确定水泥路面作 为路面结构形式时，提高这些道路水泥路面的抗滑性，对增强车辆在雨天及不良 气候条件时的行驶安全性具有重要意义。 水泥路面行车产生的噪声要大于沥青路面，其原因，首先，水泥路面既使有 粗细两级抗滑构造，但其大体上依然是平面，轮胎和这种平面作用所产生的泵吸 噪声较大；其次，水泥路面大部分情况下宏观抗滑构造是横向的，车轮转动过程 中对路面横向沟槽的吹哨作用会产生大的噪声；另外，路面表面呈平面时对汽车 发动机噪声的反射是正反射，因此，人感受到的发动机噪声也较大。 对此，如采用水泥路面内集料颗粒部分露出的表面结构，一方面可降低车轮 行驶过程中与路面作用及与横向沟槽构造作用产生的噪声，另一方面可对发动机 噪声形成漫反射来降低噪声。 由上述分析知，克服水泥路面缺陷、降低隧道内噪声并提高其抗滑性、解决 陡坡急弯路段水泥路面抗滑问题、降低普通水泥路面噪声并提高其抗滑性，成为 我国现代公路交通发展中对水泥路面使用品质提高的主要功能性需求。 因此，为适应现代交通发展需求，研究高抗滑、低噪声且表面功能持久的水 泥路面理论与技术是非常必要的。 1 3 国内外研究概况及发展 路面表面应具备两种构造：一种是微观构造( 水平方向o o 5 册、垂直方 向0 o 2 姗) ，它是影响车辆低速行驶( 车速在5 0 k m h 以内) 时路面抗滑能力 的主要因素；另一种是由路面集料间的开放空间、孔隙和沟槽组成的宏观构造( 水 平方向o 5 5 0 姗、垂直方向为0 2 l o m ) ，它是影响高速行车( 车速大于 5 0 k m h ) 时路面抗滑能力的主要因素。品质良好的砂、合适的砂率与水泥所组成 的水泥砂浆使得普通水泥混凝土路面表面具有良好的微观构造，能够满足车辆低 速行驶下的抗滑要求。一般来说，采用天然砂能使路面保持一定的微观构造，所 以水泥路面提高并保持抗滑能力的关键在于形成良好的宏观结构。 水泥路面低噪声的实现主要通过减小车轮胎与路面表面的瞬时泵吸噪声，减 小轮胎与路面间的振动噪声而获得，这两方面的减小存在着矛盾，协调好这种矛 盾将可获得噪声较低的水泥路面，即成为低噪声水泥路面。而减小泵吸噪声、撞 击噪声及其协调途径也是通过形成路面宏观构造而实现。相应地，路面对噪声的 正反射及轮胎对横向刻槽的吹哨噪声也得以消除。 铺筑多孔隙水泥路面，可形成低噪声水泥路面，因为，较多的孑l 隙一方面可 减小泵吸噪声，另方面对产生的噪声具有一定的吸收作用，这样使得轮胎与路 面的作用噪声降低，从而降低交通噪声。丰富的孔隙会使此种路面具有一定的内 部排水功能，在任何气候条件下，均具有良好的抗滑性。因此，多孔隙的水泥路 面也是抗滑低噪声水泥路面的一种选择。但是，由于孑l 隙多，会使路面综合力学 性能难以满足要求，直接用作面层会产生难以克服的问题。因此，需要寻求更为 合理的抗滑、低噪声水泥路面。 在一些发达国家，对露石水泥混凝土路面的应用与研究表明，表面露石所形 成丰富的宏观构造，使此种路面具有提高抗滑、降低噪声等特性，因此，将此种 路面也称为低噪声水泥路面。 露石水泥混凝土路面( e x p o s e d a g g r e g a t ec e m e n tc o n c r e t ep a v e m e n t ，简 称e a c c p ) ，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，期间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，但不影响主体混凝土的正常凝结硬化，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，这样所形成的水 泥路面就是露石水泥混凝土路面( e a c c p ) 。 e a c c p 除保持普通水泥路面强度高、使用寿命长、养护费用低等特点外，由 于其优良的宏观构造与微观构造，具有一些优异的使用性能。首先，路面抗滑性 能得到极大的提高，特别在雨天的抗滑能力显著增加，而且路面抗滑能力保持时 间长，不易被磨损；其次，由于集料外露而减小了泵吸噪声，使交通噪声水平显 著降低；另外，e a c c p 对强烈的阳光形成漫反射，可消除或减缓耀眼光线对驾驶 员、行人的干扰，排除反光眩目现象，提高路面的安全性能。因此，队c c p 具有 优良的使用性能和广阔的应用前景。 上世纪九十年代，出于对环境改善与提高道路安全性的需求，西欧国家开始 较大规模地研究应用低噪声路面，低噪声沥青路面( 或称多孔隙沥青路面) 在西 欧许多国家的研究应用较多，对交通噪声影响环境比较大的旧路加铺低噪声沥青 混合料磨耗层，或刨洗旧沥青路面面层后铺装低噪声沥青面层：与此同时，对一 些新建水泥混凝土路面也研究应用了e a c c p 技术。 英国南威尔士a 4 4 9c o d r a u s k 道路大修项目中“1 ，对旧水泥路面实施连续 配筋混凝土加铺层时，采用了“悄声混凝土路面”技术，既e a c c p 技术，预期比 传统的拉毛混凝土路面降低噪声3 d b ( a ) 。该道路承担繁重的重载交通，过去2 0 年中交通增长率大大高于英国平均水平，原路面设计总标准当量轴次为1 5 0 0 万 次，加铺罩面后的设计寿命为4 0 年，总标准当量轴次为3 1 l 亿次。此项目未采 用柔性罩面的主要原因是考虑旧水泥路面接缝的反射问题，如采用柔性罩面，在 设计寿命4 0 年内会较早地出现反射裂缝。实施e a c c p 罩面时，采用双层铺筑方 法，底层2 1 c m 厚采用普通石灰岩水泥混凝土，表层采用单粒径高磨光值( 6 5 ) 集料所组成的混凝土。混凝土铺筑后，喷洒露石剂并覆盖聚乙烯塑料膜养生，大 约在2 4 小时后进行表面除桨，露出集料，获得了1 5 m m 的构造深度。 a 4 4 9 项目中的连续配筋e a c c p 设计，一方面使混凝土路面无接缝，大大提 高了水泥路面的平顺性，另一方面其e a c c p 使沿线交通噪声降低，路面舒适性提 高，而且连续配筋使路面承担繁重交通的能力获得很大提高。 比利时对所有新建公路水泥路面均采用e a c c 咿。比利时在对原有旧水泥路 面进行表面处理时，多采用纵向刻纹施工工艺，增加其抗滑性，提高路面纵向平 整度，同时对交通噪声也有降低作用。甚至对带有横向刻槽的旧水泥路面也采用 的纵向刻纹措施改善路面的表面功能。但对新建水泥路面则都采用e a c c p ，测试 结果表明，e a c c p 降噪效果显著。 德国使用滑模摊铺机铺筑低噪声水泥路面“，混凝土板下部2 0 c m 是普通水 泥混凝土或再生水泥混凝土，表层5 c m 是高强混凝土，抗压强度达到7 0 m p a ，单 一粒径5 7 唧。滑模摊铺机旎工过后，喷洒超缓凝剂使表面混凝土缓凝，6 1 2 小时后( 具体时间视气温而定) ，用刷洗机将表面砂浆刷掉，形成裸露均一骨料 的低噪声路面表面。既达到了粗糙路面降低噪声的目的，又以高强混凝土保证路 面骨料不被车轮冲击松动脱落。这种高强的低噪声水泥路面达到与沥青路面同样 的噪声水平。目前德国水泥路面技术规范已规定采用这种低噪声水泥路面技术， 并建成了一些高速公路。 1 9 8 7 年日本在九州高速公路金刚山隧道“”，采用普通的刻槽法进行路面的 抗滑处理。而在与其相毗邻的福智山隧道应用了e a c c p 。经刻槽法与露石法对比， 显示出e a c c p 的明显优越性。e a c c p 的抗滑性和耐磨耗性均优于刻槽混凝土路面， 而且e a c c p 在隧道内产生的粉尘小。 1 9 7 6 年丹麦在m 2 0 高速公路上“，分别修筑各4 公里长的e a c c p 和刻槽p c c p 。 经过5 年的系统测试，得出结论：e a c c p 比刻槽路面的抗滑性能好且维持时问长， e a c c p 比刻槽路面摩擦系数损失少，仅为刻槽路面的1 3 1 4 。 6 纵观许多发达国家发展低噪声水泥路面施工技术，使水泥路面的缺陷得以克 服，获得优良的表面功能，且使路面的舒适性大大提高。 但是国外的研究应用资料仅反映出e a c c p 的一些使用效果和施工工艺，没有 详尽的研究，也没有路面材料组成方法及施工工艺的关键细节，而且由于各方面 的条件与情况不同，难以将其技术应用到我国的工程实际中。 上世纪末，国内个别水泥路面施工中对e a c c p 作了尝试性试验，如在黑龙江 哈绥线尚志至亚布历段“1 ，但尚未开展深入研究，对这种路面形式的技术要求、 施工工艺以及路面性能评价指标未进行探讨，总体上，没有进行e a c c p 的系统研 究。 2 0 0 0 年开始，长安大学与铜川公路管理局合作进行e a c c p 的研究，当年铺 筑了一百多米试验路，2 0 0 1 年又实际应用铺筑了1 6 k m 长e a c c p ，2 0 0 4 年在我 国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 8 0 k m h 时达4 d b ( a ) 。2 0 0 4 年年底到2 0 0 5 年年初由长安大学技术支持，分别在 西藏铺筑了2 5 k m 长隧道e a c c p ，在厦门大陡坡路段( 局部路段纵坡大于1 0 ) 铺筑了3 k m 长抗滑e a c c p 。这些试验路或实际应用路段的使用均获得了满意效果。 1 4 主要研究内容与技术路线 结合多项e a c c p 实体工程，进行室内试验研究与现场试验研究，对e a c c p 的施工工艺、抗滑特性、降噪特性与耐久性、防眩特性及其影响因素进行分析， 研究关键技术控制指标与评价方法，e a c c p 提高抗滑及降噪功能的机理。本文的 主要研究内容如下： ( 1 ) e a c c p 工艺特性及影响因素研究； ( 2 ) e a c c p 抗滑特性及其影响因素研究； ( 3 ) e a c c p 降噪特性研究； ( 4 ) e a c c p 耐久性研究； ( 5 ) e a c c p 防眩特性研究。 针对上述研究内容，本文将采取的主要技术路线如下： ( 1 ) 搜集国内外相关研究、应用资料分析、总结已有成果，拟定详细研究 实施大纲。 ( 2 ) 通过室内外试验，研究e a c c p 工艺关键技术，并由此进一步分析工艺 特性及其相关影响因素，探讨e a c c p 铺筑控制指标与影响因素间的规律：在完成 e a c c p 施工工艺研究同时，分析e a c c p 工艺对路面自身强度的不利影响。 ( 3 ) 通过室内、外常规试验、模拟试验、实际路面测试、理论分析，研究 反映e a c c p 表面功能的抗滑特性、降噪特性、防眩特性及其耐久性。在分析这些 特性时，将研究合适的评价方法与指标，以期获得客观的内在规律。 ( 4 ) 在完成本研究过程中，力求已有试验方法与新开发试验方法结合，大 量试验与理论分析结合，研究成果既有理论意义，又有实用价值。 第二章露石混凝土路面的工艺特性及影响因素 2 1 露石混凝土路面施工工艺 2 1 1 原材料选择 普通水泥混凝土由水泥、水、砂、碎( 砾) 石及外掺材料组成，它们是决定 混凝土各种性质的内因，对混凝土的性能起着不同的影响，配制混凝土的首要任 务是选择这些组成材料。露石混凝土是一种新型的道路混凝土，但本质上仍然是 水泥混凝土。普通混凝土选材的基本原则也适用于露石混凝土，同时，还要考虑 露石混凝土的特性，对其材料提出一些特殊的要求。 1 水泥及水泥标号的选择 水泥是水泥混凝土的重要组成材料之一，它直接影响混凝土的强度性质、变 形性质及耐磨性质。道路水泥混凝土中的水泥希望具有抗折强度高、收缩变形小、 耐磨耗和耐久性好等技术品质。另外，水泥的物理性质及化学成份应符合现行国 家标准的有关规定。 所研究的露石混凝土，并没有对水泥的品种提出特殊的要求，用于普通水泥 混凝土的硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、道路硅酸盐水泥等都适用于露石混凝土。 但在考虑现代路用性能要求时，应优先选用道路硅酸盐水泥，因为道路硅酸盐水 泥与同标号普通硅酸盐水泥相比，其耐磨性好，磨损量低2 0 4 0 ，而且水泥混 凝土抗弯拉强度也有所提高，从而延长道路混凝土的使用寿命，提高行车安全。 在选择露石混凝土用水泥标号时，由于混凝土表面要露出集料，且露出的集 料要受到交通荷载的强烈力学作用，因此，水泥砂浆与集料在有限接触面上的粘 结力大小成为决定水泥标号的重要因素。在相同的条件下，水泥标号越高，粘结 力越大。但根据试验室试验、实体试验路的观察总结，满足道路混凝土对水泥最 低标号要求的水泥，基本上能满足露石混凝土的要求。 2 集料的选择 集料在混凝土中占7 0 以上，是混凝土的主要组成部分。集料由粗、细两部 分组成，对普通道路混凝土而言，细集料粒径范围是o 1 6 5 m ，有天然砂或石 屑等；粗集料范围是5 4 0 m m ，有碎石或卵石。 优良的集料应该是坚固、清洁、级配良好、有足够的力学强度、良好的耐磨 性、无扁平针状颗粒、表面粗糙、不含有妨碍水泥水化或与水泥反应生成膨胀物 的矿物，能够配制符合要求的混凝土拌合物，在整个设计年限内，它的性能在相 应使用环境中保持稳定。 粗集料的选择 露石混凝土是一种新型、特殊的混凝土，它使粗集料在表面露出形成优良的 宏观结构及微观结构。粗集料在露石混凝土中发挥着不同寻常的独特作用，所以 粗集料的选择是露石混凝土材料选择中重要的环节之一。不仅要满足普通道路混 凝土对粗集料的要求，而且要针对露石混凝土的特殊性对粗集料的某些力学性 质、粗集料的粒径大小、颗粒表面特性、几何特性等方面提出特殊的要求。以下 通过影响因素分析，提出对粗集料选择的要求。 ( 1 ) 粗集料的强度 与普通混凝土一样，集料的强度不同，混凝土的破坏机理差别很大。如果集 料强度大于水泥石强度，则混凝土的强度取决于水泥石强度及水泥石和集料之间 的粘结强度，混凝土的破坏产生于水泥石以及集料与水泥石粘结面的破坏，在此 情况下粗集料强度对混凝土强度没有影响。但在高强度混凝土中，粗集料强度增 大，混凝土的强度也随之增大，但这不等于说集料的强度越高越好，因为过硬的 粗集料可能在混凝土因温度或湿度变化发生体积变化时，使水泥石产生较大内应 力而开裂，对混凝土的强度不利。 对于普通混凝土而言，粗集料强度一般大于混凝土强度，所以对于混凝土强 度的影响无需考虑集料的强度。但露石混凝土的粗集料直接承受行车的磨耗，对 石料的耐磨性要求高，这就要求石料要有足够的综合力学强度以抵抗车轮荷载冲 击、剪切、磨耗等作用。一般在道路水泥混凝土中，粗集料的强度用压碎值指标 表示，露石混凝土在粗集料的选择时参照表2 1 1 的要求，选择合适的粗集料。 ( 2 ) 粗集料的综合力学性能 粗集料的力学性质影响e a c c p 的抗滑性与表面特性的持久性。对于普通的水 泥路面，由于砂浆层的覆盖，粗集料露出路表所占比例一般不超过1 2 ，因此粗 集料对水泥路面抗滑力的影响很小。英国的一项研究表明，当石料磨光值从3 5 增加到7 2 时，路面抗滑值( s r v ) 的增加不到5 个单位，但在露石混凝土中，粗 集料暴露在大气当中，直接承受行车荷载的冲击、剪切、磨耗、磨光等作用，以 及各种环境条件变化的作用。因此粗集料的抗磨光和耐磨耗性及坚固性对路面抗 滑力的大小及其持久性起着决定性的作用。鉴于这种作用，露石混凝土所用粗集 料的综合力学性能应优于普通混凝土所用粗集料的性能。我国原沥青混凝土路面 施工技术规范中对用