我国水泥公路面临的机遇与挑战

王亚奇 杨 杰

(长安大学，陕西 西安 710064)

1 我国公路的发展现状

截止到2011年年底，全国公路总里程已突破400万km大关，其中高速公路总里程达到8.5万km，位居世界第二，仅次于美国的10万km。然而由于水泥路面存在着主要的两大问题(即:水泥路面的行车舒适性不及沥青路面和水泥路面损坏后修复难度大)，使得我国高速公路中绝大多数采用沥青路面，出现了一边倒的现状。目前我国的水泥路面主要用于低等级道路中，其舒适性差和修复难的缺点不应成为在高速公路上选用水泥路面的障碍，这些问题均可通过科技进步来解决。目前国际原油价格的上涨使沥青资源更为宝贵，而白色路面众多的优点也已被专业人士发挥到极致，新的科技成果弥补了水泥路面的缺陷，相信会有越来越多的人开始重新考虑选择“黑”还是“白”的问题。

2 我国水泥路面面临的机遇

2.1 经济上的优势

2.1.1 发展水泥路面对国民经济的贡献

1)我国水泥资源及供给状况。我国是目前世界上连续20多年水泥生产和出口的第一大国，有上万家水泥厂，年产水泥十亿多吨。我国生产水泥混凝土路面的所有原材料资源:水泥、砂石料、钢材、外加剂、粉煤灰等全部在国内自给有余。从全国来看，平均每个县有1家～2家水泥厂。目前水泥的销售小于生产能力，供过于求，价格低廉，全国平均价格在400元左右，因此面层初期投资相比沥青路面可节省15%～40%左右。2)水泥路面建设对水泥等工业的带动作用。按全国平均建成3.2万公路水泥路面计算，使用水泥混凝土8 000万m3，使用水泥2 800万t，占年生产总量的2%～3%，这个比例是很小的，不会对水泥带来任何的实质性影响。所以大力发展水泥路面对我国的水泥、砂石料、钢铁、化工等原材料工业以及设备制造业会带来巨大的推动力，提供更多的就业机会，对国民经济的发展提供更大的贡献率。

2.1.2 我国沥青资源及供给状况

我国沥青资源尤其是高等级公路用沥青资源相当匮乏，我国目前沥青年缺口达到200万t以上。自20世纪80年代中期以来，由于市场供求关系的影响，我国沥青价格上涨了10倍～20倍，而且受国际市场上的原油价格波动的巨大影响。譬如2003年上半年，由于伊拉克战争，原油价格由16美元/桶上涨到35美元/桶，导致进口重交通沥青也上涨了一倍多。近几年国际沥青价格涨势更是迅猛，冲破5 000元/t大关，直接导致沥青路面的建设费用大幅上涨。这仅仅是价格方面的问题，更重要的是使得我国基本建设用的原材料过度依赖国际市场，受制于人，这将影响到我国的基本建设和经济安全。

2.1.3 修建水泥路面相比沥青路面经济上存在的优势

对新建高速公路两种路面造价相比较，沥青路面在以下四个方面造价高于水泥路面:1)进口沥青均价是国产水泥均价的十几倍。沥青均价大约为5 000元/t，水泥均价为400元/t，沥青均价是水泥均价的十几倍。2)沥青路面所用集料的投资是水泥路面集料的2倍～3倍。粗集料:沥青路面是裸露粗集料路面，对集料的抗磨光、抗滑性、粘附性要求很高，要求使用玄武岩、辉绿岩等碱性集料，这些粗集料的价格视运距远近是水泥路面粗集料的3倍～6倍。细集料:沥青路面级配由粗集料、细集料和石粉三级原材料构成，不仅比水泥路面多石粉这一级原材料，而且还不可使用天然石英砂，必须用玄武岩或辉绿岩碎石砂。沥青路面的油石比一般为5%左右，而水泥路面中水泥石的分量约占20%。因此，沥青路面中的集料总量比水泥路面多15%左右，这15%一般为石粉占有［1］。3)沥青混合料拌和能耗远高于水泥混凝土。沥青混合料一般在拌和场进行热拌和，而水泥路面混凝土为常温拌和，不需加热。因沥青混合料的热拌和而消耗的费用大约在150元/t～200元/t。4)沥青路面需要的压实能耗高。施工中，沥青路面要多次碾压、密实成型;而水泥路面只需要振捣密实成型。沥青路面因压路机压实、胶轮压路机精平，比水泥路面振捣成型需要的振动压实施工能耗高5倍～8倍。综上所述，由于我国石油资源和能源的限制及制约，并伴随沥青均价的不断提高，加之水泥路面养护维修费用低，耐久性好等优点，所以水泥路面在经济上具有很大的优势，加快水泥混凝土路面的发展和技术进步是我国高速公路建设的客观需求，也是促进我国能源大发展的重要战略措施。

2.2 技术上的优势

1)刚度大、承载能力强。由于刚度在(3～5)×104MPa之间，使得板底分布荷载小，这使其对基层的承载力要求相对较低。2)耐水性、耐高温性强。由于耐久性好，使其能够在降雨量较大的地区和在洪水短期淹没路面条件下照常通行;由于耐高温性强，使其不会像沥青路面那样在持续高温下产生较大变形。3)水泥路面平整度衰减缓慢、可维持长时间的高平整度。只要水泥路面施工质量好、基层抗冲刷能力强，其平整度保持良好的年限要比沥青路面长久。4)抗弯拉强度高、抗疲劳性好、路面寿命更长久。沥青路面有老化、耐水性差的缺点，其设计寿命15年，水泥路面设计寿命为30年，设计年限比沥青路面长一倍，保证建设质量条件下养护维修费用更节省，尤其对于重载交通和坡度较大的公路，水泥路面的优势更明显。5)相比沥青路面，水泥路面对集料的要求更低、集料易得。对于路面所使用的集料，水泥路面是由水泥这种水硬性结合料胶结而成，它可以容纳各种类型的集料和砂，只要这些材料满足一定的标准(如级配、砂率、洁净等)就可以满足要求。而沥青混凝土路面对集料的要求较高，除应满足规范规定的强度、耐磨耗及粗糙度等指标要求，还应考虑沥青与石料的粘结力等［2］。6)水泥路面较沥青路面环保。众所周知，沥青路面对公路周围的土地、地下水等会造成污染，沥青的自然分解与降解需要几十年，这也是国际上绿色环保组织反对大量建造沥青路面的重要原因之一。而水泥产业拥有循环经济特征，生产水泥需要的是相关化学成分，不是特定的原料，生产水泥可利用各种高炉矿渣、粉煤灰等工业废渣。采矿场废弃的碎石等用来代替水泥厂大量需要的石灰石;炼钢厂废弃的钢渣和来自铜矿、银矿的铜尾矿、银尾矿一起代替铁粉;化工厂的胶硫石膏代替石膏;水厂、电厂、锅炉房的废弃物硫酸铝渣、粉煤灰、炉底渣经搅拌后作为混合料，这样既提高了资源、能源的利用率，又降低了生产单位混凝土的污染量［3］。7)水泥路面相比沥青路面营运油耗低、经济性好。水泥混凝土刚性路面无柔性路面的弯沉盆，不像沥青路面重车行驶时，始终在爬弯沉盆，据调查在营运当中车辆燃油消耗比沥青路面省15%～20%，营运经济性明显优于沥青路面。8)水泥路面色度低、色差小、隔热性好。白色水泥混凝土路面的色度低、色差小，具有比黑色沥青路面更高的阳光反射、热量反射和隔热性能，对于季节冻土路段保证路基冻土不融化失稳具有重要的使用价值［4］。综上所述，水泥路面相比沥青路面有其自身的优点和优越性，如果水泥路面的这些优点能够很好地加以利用，定能铺出高等级高质量的路面。

3 水泥路面面临的挑战

3.1 水泥路面普遍存在的缺点

1)与沥青路面相比，同等平整度舒适性差;2)由于板体性强，要求其基层具有高抗冲性;3)对超载、脱空很敏感;4)由于水泥路面呈现白色，反光性强，驾驶员容易眩光疲劳;5)维修难度大;6)刚性大、不适应大沉降差。

3.2 我国水泥路面存在的问题与挑战

1)总体结构偏弱。按照我国现有的水泥路面设计理论，设计出的板厚不足，结构种类单一，总体结构偏弱。

2)机械化施工程度低。先进的滑模机械施工技术普及率远不如沥青路面的施工机械，这阻碍了高等级水泥路面的发展。

3)面板欠密实。我国混凝土面板欠振、漏振现象较普遍，这使得强度大打折扣，使其运营早期磨损相当严重，表面裸露骨料，平整度严重恶化。

4)材料不精良。水泥的路用性能要求不严格，原材料和配合比要求过于粗放。有的水泥中游离的氧化钙、氧化镁严重超标，有的水泥掺杂了过多的粘土、火山灰等，使得路面开裂严重甚至全线崩溃。外加剂和掺合料的使用混乱，配合比精度不高等都使得水泥路面过早破坏。

5)快速修补技术不过关。快速修补技术不过关，修补困难，同时阻碍交通，我国对快速维修技术的研究开发力度不足。

6)接缝密封不好。接缝密封不好，直接导致水渗透到基层，在车辆的动荷载作用下，使基层软化，造成唧泥与板底脱空的现象，加快破损速度。

7)路基和基层支撑欠密实。基层支撑变形超过水泥面板所能容忍的限度就会造成大量的断板现象，主要发生在软基、局部路基软化、填挖方交替处理不好的地方;更大的原因是基层采用的石灰土、水泥土等材料的抗冲刷能力不足。

8)安全性能不好。我国水泥路面施工疏于养护，使得路面的表层强度欠佳、硬度不够、耐磨性和抗滑能力不足，粗集料容易裸露，加之所使用的粗集料磨光值较低，造成行车安全性能不高［4］。

4 针对我国水泥路面存在的状况提出的解决措施

对比国内外水泥路面设计、施工及其营运质量状况，针对我国水泥路面存在的问题，应做好以下几个方面的工作:

1)优化水泥路面的结构设计。a.增加面板和总结构的厚度。现有的水泥路面面板偏薄、总体结构偏弱，目前的水泥路面设计理论已经不能适应重交通。要增加面板厚度，同时加强基层，增加总体结构的强度。b.水泥路面的结构形式向多元化发展。为了能够适应越来越重的汽车荷载和复杂多变的地形、地质、水文等的需要，许多新型结构形式迅速发展起来［4］，包括:素水泥混凝土路面、配筋混凝土路面、特种混凝土路面(包括高强、高性能、彩色、低噪声、快通等混凝土路面)。还可以考虑复合式路面结构，多元化发展成为一种趋势。c.加强基层和路基。基层和路基为面板提供支撑作用，基层和路基的好坏决定着面板的使用质量和寿命。近年来，我国水泥路面早期面板破坏严重，很多是由于基层和路基的不稳定造成的，所以必须解决基层和路基的强度、抗冲刷性和不均匀弯沉等问题。

2)大力推广施工先进技术。我国水泥路面施工机械化程度低，人工施工的路面尤其是高等级路面早期破坏十分严重，先进的滑模机械施工技术普及率太低。

3)改善水泥路面的行车舒适性。水泥路面行车舒适性差的缺点很大程度上影响了其在高速公路上的应用，我们可在以下方面改善其舒适性:a.提高平整度。平整度在很大程度上影响着行车舒适性、破损状况及车辆磨损和油耗。先进的大型滑模机械可以大大提高其平整度。b.消除错台。水泥路面的接缝处容易产生唧泥和错台，影响其舒适性和耐久性。国外工程实践表明，水泥路面的错台可以通过采用面板全部缩缝加传力杆的路面、改善基层抗冲刷性和使用接缝间距长的路面结构来彻底解决［4］。c.研发低噪声水泥路面。由于水泥路面刚性大，其行车噪声要高于柔性的沥青路面。某些国家采用高强低噪声细粒式水泥混凝土路面来降低噪声，国内尚未引进;也可以采取设法降低水泥面板的刚度等方法来降噪，有些方法目前尚处于科研阶段。

4)提高施工质量监管力度。我国很多工程出现早期破坏的现象很大程度上是由于施工质量差，甚至出现“豆腐渣”工程，我们要加强施工质量的监管和控制力度，提高施工质量。

5)提高预防性养护的意识。我国很多工程技术人员和管理人员缺乏预防性养护的意识，平时养护只是简单的清扫而已，直到面板破坏或断裂后才去维修。事实证明，在我国现有的基层环境和超载情况下，下述几项预防性养护措施很是必要:a.及时进行接缝的重新密封，防止水分进入基层和路基。b.对渗透排水不畅路面及时进行渗透排水设施的改造。c.对冲刷脱空尽早进行探查，并及时灌浆稳板。

5 结语

由于我国沥青资源的制约，并随着国际油价的不断上涨，沥青路面建造成本越来越高，而我国是水泥生产大国，伴随着水泥路面技术的不断发展，其经济优势和技术优势越来越凸显，综合多方面的因素考虑，水泥路面肯定会得到更好的发展。加快水泥路面的发展和技术进步是我国高速公路建设的客观要求，也是我国能源发展的重要战略措施。

［1］韩存玉.高速公路水泥路面与沥青路面经济学比较［J］.黑龙江交通科技，2007(7):15-16.

［2］淘 东.水泥路面和沥青路面优缺点比较［J］.交通与路建，2011(3):33-34.

［3］谢进通.水泥路面与沥青路面方案比选中的技术经济分析［J］.中外交通，2010(6):51-52.

［4］傅 智.水泥混凝土路面施工技术［M］.上海:同济大学出版社，2004.