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中国交通建设行业科技创新特点

时间:2021-08-23 百科知识 版权反馈
【摘要】:朱 永摘 要 在交通建设行业,科技创新、节能减排、环保生态、可持续发展等新理念已经贯彻到设计思想中多年。在诸多优秀示范工程中,科技创新成果是其先进性的保障与体现。

朱 永

摘 要 交通建设行业,科技创新、节能减排、环保生态、可持续发展等新理念已经贯彻到设计思想中多年。江苏省的交通建设领先全国,也建成了一批优秀示范工程,如宁杭高速公路、沿海高速公路、无锡十八湾一级公路、江阴霞客大道等重点工程。本文从交通建设中的诸多科技创新成果,及江苏中设集团对科技创新成果的应用出发,论述了交通建设中的节能、减排、环保、生态,公路改造升级中的资源再生利用,以及将社会废弃物再生利用于交通建设中等,最后论证了科技创新已成为交通建设行业可持续发展的原动力

关键词 排水路面 透水路面 温拌技术 再生技术 废物利用

在交通建设行业,科技创新、节能减排、环保生态、可持续发展等新理念已经贯彻到设计思想中多年,江苏省的交通建设不管是科技含量,还是建设质量都领先全国。江苏省也建成了一批优秀示范工程,如宁杭高速公路、沿海高速公路、无锡十八湾一级公路、江阴霞客大道等重点工程。在诸多优秀示范工程中,科技创新成果是其先进性的保障与体现。

排水沥青路面的表面层为大孔隙结构,具有排水功能,其它结构层为密实结构,并在排水性沥青面层与中面层之间设置防水黏层。雨水下落至路面,可经由表面层的孔隙横向排至路缘,而避免在路面形成水膜,保证了轮胎与路面之间有足够的摩擦力,夜间路面不会由于积水而出现反光,改善道路的行车条件。由于表面层为大孔隙结构,可吸收大部分的轮胎与路面的摩擦声,与普通密级配沥青混凝土路面相比,排水性沥青路面通常可以降低噪音3~5分贝,与水泥混凝土路面相比降低噪音约6~7分贝;道路中减少3分贝的效果,相当于车辆行驶速度减小了20%,或者相当于交通量减少了50%。

减少3分贝的效果

排水沥青路面因此也称之为低噪音路面,具有抗滑性能高、噪声低、抑制水雾、防止水漂、减轻眩光等突出优点,可一定程度调节城市气候,缓解城市“热岛现象”,减轻道路排水系统负担,吸附城市污染物及粉尘,保护城市环境,还可减缓路面病害产生,延长路面寿命。排水路面在世界各国应用广泛,特别是日本,约70%的高等级路面都采用了排水沥青路面。

排水沥青路面在20世纪90年代初开始在我国进行科研应用,于2003年后开始逐步应用于高速公路及城市主次干道的建设中。目前江苏省内采用排水路面的工程有沿海高速公路(盐通段)、宁杭高速公路二期、苏锡连接高速公路(无锡段)等工程。

排水沥青路面的关键技术是高黏沥青,大孔隙率的开级配配合比,以及配套的排水设施设计等技术。现在,国内已有多家研发机构研制出高黏沥青添加剂,如交通部公路科学研究院开发了适用于排水沥青混合料的高黏度添加剂(HVA),产品技术性能达到同类产品的国际先进水平,但比同类进口产品成本大幅降低30%。大孔隙的配合比设计,高强度的粗集料,配套的排水设计现在国内也已基本成熟。排水沥青路面将是我国高等级路面提高道路表面特性品质、提升道路安全功能和服务品质的主要技术趋势之一。

透水路面不仅路面的表面层为大孔隙结构,路面结构所有的结构层皆可透水。这样,雨水可透过路面结构层渗入地下,补充地下水,平衡城市生态系统;透水地面还能通透“地气”,使地面冬暖夏凉,雨季透水,冬季化雪,可以增加城市居住的舒适度;由于增加了城市的透水透气空间,对调节城市小气候、保持生态平衡收到了良好的效果。由于各结构层皆可透水,其强度受到一定限制,一般适用于人行道、自行车道、公共广场、露天停车场、公园内道路等,不适用于交通量大,荷载重的道路。

发达国家从上世纪70年代开始研究开发透水性路面材料,20世纪90年代以后,开始用透水材料替代传统材料铺设路面,还将以前铺设的一些硬化路面改为透水性路面,以增强城市的生态效果。

进入21世纪后,在我国部分地区的人行道、行人广场、停车场、公园景区、住宅区等已经开始应用透水路面;无锡市近年来在尚贤景区非机动车道、运河西路非机动车道、十八湾景区步道以及部分停车场采用透水路面。透水路面根据骨料、配色不同表现形式多样化,配合景观效果更好。

传统热拌沥青(简称HMA)混合料以其良好使用性能成为应用最广泛、路用性能最好的沥青混合料。但也存在着明显的缺陷,主要表现在: a) 高温拌和和施工导致沥青老化、耐久性降低、长期路用性能降低;b) 热拌对人体健康危害较大;c) 能源消耗大,有害气体以及固体粉尘排放量大,环境污染大;d) 施工对环境温度要求较高,受外界影响因素大。

盐通高速使用四年后排水路面(左)与AK路面(右)使用效果外观对比(雨后)

温拌沥青技术(简称WMA),就是采用一定的技术措施,使沥青能在相对较低的温度下进行拌和及施工,同时保持其不低于HMA的使用性能的沥青混合料技术。其主要优点有: a) 降低了生产能耗,生产1t混合料将节省1~1.5 kg燃油,即与热拌沥青混合料相比节约约30%的能耗;b) 显著降低了沥青混合料的老化现象,延长路面的使用寿命;c) 减少有害气体以及粉尘的排放量,降低了环境污染;d) 由于减少了沥青烟雾粉尘污染,改善施工工人的工作环境;e) 温拌混合料对路表和环境温度的要求相对低,延长了施工季节,更有利于夜间施工;降温速率减缓,混合料的可压实时间显著延长,压实更有保障;f) 由于施工温度较低,更接近于日常气温,施工完成后,可较快的开放交通;g) 降低了施工成本,燃油成本下降20%~50%,拌和能耗和机械损耗也相应下降;拌和温度降低也延长了拌和设备的使用寿命,降低设备使用成本;h) 原热拌混合料设备无需改造即可进行生产。

热拌沥青混合料(HMA)摊铺现场

温拌沥青混合料(RH-WMA)摊铺现场

  

温拌沥青混合料的技术关键是在不损伤HMA路用性能的前提下如何降低沥青在较低温度下的拌和黏度,主要通过外加添加剂材料降低沥青混合料的高温黏度来实现。目前,国内已有自主产权温拌技术,交通部公路科学研究院开发的RH温拌沥青改性剂及成套技术即为其中之一,使用RH温拌沥青改性剂,可降低沥青结合料的高温黏度,使沥青混合料的拌和和施工温度降低30℃左右。

据无锡230省道无锡段现场监测,生产每吨温拌沥青混合料较传统热拌沥青混合料节约1.6公斤燃油消耗,一氧化碳、二氧化碳、一氧化硫和氧化氮排放量分别减少70%、46%、40%和60%,沥青烟排放减少87%,取得了较好的经济、社会和生态效益

随着我国公路建设的飞速发展,已建成的高等级公路进入大、中修期的数量不断增加,大量的翻挖、铣刨沥青混合料被废弃,一方面需要大量场地堆放,并造成环境污染,另一方面大量的使用新石料,开采石矿会导致森林植被减少,水土流失等,导致生态环境破坏;旧沥青废弃量也将达每年220万吨之巨,并呈逐年增多趋势,这是资源的巨大浪费。因此,对旧沥青路面的再生技术研究、推广,对降低建设成本、保护生态环境,以及对我国公路建设的可持续发展都有极大的意义。

沥青路面的再生技术,是将旧沥青路面经过翻挖、回收、破碎、筛分后,与再生剂、新沥青材料、新集料等按一定比例重新拌和混合料,并用其重新铺筑路面,使之能够满足一定的路用性能的工艺技术。再生技术按温度要求可分为冷再生和热再生;热再生又可分为就地热再生、厂拌热再生;冷再生又可分为厂拌冷再生、就地冷再生、全深式再生。

采用沥青再生技术,可以充分利用旧料,通过选择适当的配比及新旧料掺和比例,可以再生得到质量相当不错的再生混合料。这种再生混合料不仅可以使用于高等级公路的沥青面层,利用沥青再生技术也可以取得相当可观的经济效益和显著的社会效益。在无锡机场路改造、泰州大中修工程中采用了现场再生工艺,不仅减少了废料产生,施工速度也大大加快,对周围居民的影响降低到了最低程度。

我国水泥混凝土路面始建于六十年代中期,八十年代初期始在全国迅猛发展。现有的水泥砼路面有的已接近或超过设计年限,有的虽未达到设计年限,但由于交通量剧增,汽车轴载日益重型化,出现路面损坏、使用品质下降等情况,且水泥混凝土路面本身行车舒适性差,噪音大等缺点。如何在改造水泥混凝土路面、改善路用性能过程中,减少废料产生,充分利用现有混凝土路面材料及其性能,是改造方案中必须解决的问题。

改造方案一般可考虑采用以下两种方案: a) 进行坏板修复养护,继续保持水泥混凝土路面使用; b) 在现有水泥混凝土路面上加铺沥青面层方案(白+黑);c) 在现有水泥混凝土路面上加铺水泥混凝土面层方案(白+白)。采用沥青加铺方案能发挥沥青路面的舒适性好,噪音小等优点,同时充分利用旧水泥路面的强度性能的刚改柔方案在国内外旧水泥路面改造工程中应用最多。不管采用“白+黑”和“白+白”方案,其中防治反射裂缝都是其关键问题。

对反射裂缝先后采用的防治措施有: 采用旧板破碎工艺,增加沥青加铺层厚度,设置应力吸收层,采用加筋沥青层及其他具有良好路用性能的沥青混合料,处治旧路面板提高旧板传荷能力或消除板底脱空等。

对于破损率大于20%、路基与基层具有明显病害的水泥混凝土路段,可将路面进行翻修重建。翻挖产生的旧混凝土可经破碎成再生集料。破碎后产生的集料可用作低标号水泥混凝土路面的集料、或作路面基层或底基层的骨料。

在江阴澄鹿路、泰州231省道、靖江229省道、盐城204国道的改造中,分别采用了水泥混凝土板打碎工艺、沥青加铺改造方案和水泥连续配筋混凝土加铺改造方案,改造后的道路反射裂缝都得到了较好的控制。

四、 科技创新,使其它行业的废旧资源也在交通建设工程中得到很多的应用

随着汽车行业的飞速发展,国内汽车总量逐年增加,截至2009年底,国内汽车总量约7619万辆,目前汽车总量应在8000万车以上。据统计,一般来说,每一辆车的寿命只有11年~12年,而轮胎寿命确仅有2~3年,每一个轮胎需要30~40kg橡胶,平均下来,一辆车每年产生10kg废旧轮胎。全国一年产生废旧轮胎在8亿kg,即80万吨。如何有效利用这些废旧橡胶,减轻环保压力,是摆在我们面前的迫切任务。将废旧轮胎磨制成橡胶粉,再制成橡胶沥青是变废为宝的重要途径之一。

橡胶沥青是先将废旧轮胎原质加工成为橡胶粉粒,再按一定的粗细级配比例进行组合,同时添加多种高聚合物改性剂,并在充分拌和的高温条件下(180℃以上),与基质沥青充分熔胀反应后形成的改性沥青胶结材料。橡胶沥青具有高温稳定性、低温柔韧性、抗老化性、抗疲劳性、抗水损坏性等性能,是较为理想的环保型路面材料,目前主要应用于道路结构中的应力吸收层和表面层中。在S231省道泰州段白+黑改造中,就使用了橡胶沥青应用吸收层,取得了良好的社会效益;我院拟在江阴海港大道设计中,进行橡胶沥青混凝土表面层的科研及并铺筑试验路。

1. 橡胶应用吸收层

橡胶沥青应力吸收层是将单一粒径的石料均匀的满铺在橡胶沥青层上,用胶轮压路机进行嵌挤碾压,橡胶沥青被挤压到石料高度的约3/4,所形成的橡胶沥青碎石封层即为橡胶沥青应力吸收层。

橡胶沥青应力吸收层功能特点有: a) 抗反射裂缝。在橡胶沥青应力吸收层中,高用量的橡胶沥青与单一粒径的碎石强力黏结,形成约1.0cm厚的抗裂缝反射结构层,水稳碎石层或旧水泥路面的各种裂缝将很难穿透该层,可以有效遏制下层裂缝向上反射。b) 抗水损坏。 橡胶沥青形成的沥青膜,完全可以防止雨水的向下渗透,对路基起到保护作用。在上面摊铺沥青混合料时,橡胶沥青应力吸收层顶部的橡胶沥青会二次熔化,经路面压实后会充分填充其面层混合料底部的缝隙,从而排除了层间存水的可能,对表面层也起到防止水损坏的作用。c) 黏结作用。橡胶沥青拥有超强的黏性,它可以非常牢固的吸附黏结在水稳层或旧水泥路面上,从而起到基层与路面的黏结作用。

2. 橡胶沥青路面

橡胶沥青路面是指采用橡胶沥青做为胶结料,与碎石、矿粉等拌合成混合料,再摊铺碾压成形路面表层的路面形式。橡胶沥青路面在高温下具有较大的弹性和弹性恢复能力,改善了路面抗变形能力、抗反射裂缝能力、和抗疲劳开裂性能,提高沥青混合料的耐久性和抗疲劳寿命;因为胶结料含量高、油膜厚以及轮胎中含有抗氧化剂,故提高了道路抗老化、抗氧化能力;具有较好的高低温性能,降低了沥青对温度的敏感性。改善了抗永久变形能力(车辙、拥包);橡胶沥青路面还降低了道路的噪声,改善了行驶舒适性;开级配或间断级配橡胶沥青路面防滑功能高、减少雨天行车溅水、改善视野,提高了路面行车安全和舒适性;橡胶中的炭黑能够使路面黑色长期保存,与标线的对比度高,提高了道路的安全性;由于道路的耐久性得到提高,使得道路的养护费用显著降低;大量使用废旧轮胎,既节约了资源,也有利于环境保护

近30年来,随着我国城市化的高速发展,城市更新迅速,建设规模不断扩大,建筑废弃物的产生和排放也高速增长。据报道,2005年后,我国建筑废弃物的排放量超过4亿吨/年。建筑废弃物的总量约占城市废弃物总量的30%~40%。上海等发达城市的建筑废弃物回收率接近90%的水平,但再生利用水平仍较低;欠发达地区和城市绝大部分垃圾未经处理,直接运往郊外或乡村垃圾场露天堆放或填埋,占用大量土地,又造成了严重的环境污染。

建筑废弃物循环利用一方面可以缓解我国部分省市资源紧张的局面,节约废弃物占用的土地,也减少了新开采资源的使用,减少对周边环境的影响;另一方面,对大量无害的建筑废弃物进行循环利用,符合目前所倡导的“节能减排”、“清洁生产”和“循环经济”。

建筑垃圾是由碎混凝土、碎砖瓦及碎砂石土等无机物类构成。其化学成分是硅酸盐、氧化物、氢氧化物、碳酸盐、硫化物及硫酸盐等。其具有相当好的强度、硬度、耐磨性、冲击韧性、抗冻性及耐水性等,即强度高、稳定性好。建筑垃圾又具有相当好的物理和化学稳定性,其性能优于黏土、粉性土,甚至砂土和石灰土,可做为路基填料使用。建筑垃圾透水性好,遇水不冻涨,不收缩,水稳定性好;建筑垃圾颗粒大,比表面积小,含薄膜水少,不具备塑性,能够阻断毛细水上升,在潮湿状态和环境下,可采用建筑垃圾作为路面的垫层。利用废弃建筑混凝土和废弃砖石生产的粗细骨料,也可用于道路路面基层。

道路工程,具有工程数量大,耗用建材多的特点。因此道路设计的一项基本原则就是因地制宜,就地取材,努力降低工程造价。而建筑垃圾,具备数量大、成本低及质量好。因此,建筑垃圾可很好应用于道路工程中。

在我国经济大发展,城市化进程加快的今天,汽车保有量和物流需求皆呈加速增长趋势,对公路及城市道路网的需求也将日益增长。如何在这种增长中减少交通建设行业对石料、土源、砂石、沥青、水泥等原材料的需求,降低建设过程中的能量消耗,降低对环境的影响,保持交通建设行业的良性发展、可持续发展是我们面临的严峻课题。作为交通行业的一员,只有不断的进行科技创新,不断的将科技成果运用到交通建设中去,充分利用社会的各种资源,才能保证交通建设的可持续发展,也才能建设出下一批优秀示范工程。

(作者单位: 江苏中设工程咨询集团有限公司)

参考文献

[1] 新理念公路设计指南.交通部公路司,2005

[2] 排(透)水路面调研报告.无锡市交通规划设计研究院,2008

[3] 清源路施工图设计.无锡市交通规划设计研究院,2008

[4] 苏锡连接高速公路施工图设计.无锡市交通规划设计研究院,2007

[5] S229改造靖江段施工图设计.无锡市交通规划设计研究院,2006

[6] G204盐城段改造工程施工图设计.无锡市交通规划设计研究院,2009

[7] 泰州大中修S231施工图设计.无锡市交通规划设计研究院,2008

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