最近幾年，用于道路建設的新材料、新技術、新設備不斷出現(xiàn)在各個城市的市政工程建設中，尤其是在一些重點項目中，也都出現(xiàn)了諸如:固化粉煤灰，SMA (瀝青瑪蹄脂碎石混合料), EPS(聚苯乙烯泡沫板)、DCPET(路用工程纖維),CE(玻纖格柵), SBS(改性瀝青玄武巖), CBF(玄武巖纖維)等一些新材料，下面我就重點闡述一下幾種代表性的新材料的原理和其在工程中的應用。
一、固化粉煤灰
固化劑是和水泥一樣的粉狀物，常用的為50 kg袋裝，大量的為散裝，固化劑是專門針對粉煤灰的使用而研發(fā)的新型材料，只有和粉煤灰一起才能發(fā)揮其最佳效果。粉煤灰即是通常廣泛使用的粉質材料。
(一)原理分析
粉煤灰中含有大量SiO2, A12O3等能反應產(chǎn)生凝膠的活性物質，它們在粉煤灰中以球形玻璃體的形式存在，這種球形玻璃體比較穩(wěn)定，表面又相當致密，不易水化。水泥粉煤灰早期反應主要是水泥遇水后產(chǎn)生水解與水化反應，水泥水化生成硅酸鈣晶體，這些晶體產(chǎn)生部分強度，同時水泥水化生成氫氧化鈣通過液相擴散到粉煤灰球形玻璃體表面，發(fā)生化學吸附和侵蝕，生成水化硅酸鈣與水化鋁酸鈣。大部分水化產(chǎn)物開始以凝膠體出現(xiàn)，隨著凝膠期的增長，逐步轉化為纖維狀晶體，并隨著數(shù)量的不斷增加，晶體相互交叉，形成連鎖結構，填充混合物的孔隙，形成較高的強度，隨著粉煤灰活性的不斷調(diào)動，使水泥粉煤灰不僅有較高的早期強度，而且其后期強度也有較大提高。
(二)固化一粉煤灰基層混合料強度形成機理
目前交通建設工地上經(jīng)常采用“水泥、石灰作為基層的無機膠結料，從而形成了水泥穩(wěn)定碎石基層、石灰粉煤灰穩(wěn)定碎石基層，水泥粉煤灰碎石基層三個典型代表，這三大類無機結合料的強度形成理論機理分別為：
(1)水泥穩(wěn)定碎石基層:水泥礦物與混合料中的水分產(chǎn)生強烈的水解和水化反應，同時分解出Ca(OH)2并形成其他水化物，以及水泥石在堿介質中析出、結晶、硬化。
(2)石灰粉煤灰穩(wěn)定碎石基層:石灰中Ca(OH)2與粉煤灰中活性的AlO2，SiO2反應生成含水的鋁硅酸鈣。
(3)水泥粉煤灰碎石基層:水泥礦物與混合料中水分產(chǎn)生的Ca(OH)2與粉煤灰中活性的AlO2，SiO2反應，形成鋁硅酸鈣。根據(jù)三類混合料的特性，以早期強度要求高，收縮裂縫少，施工容易，成本低為目的，進行配合比室內(nèi)試驗。
(三)優(yōu)勢
（1）固化粉煤灰具有輕質、半剛性的特性，且軟化系數(shù)較高具有良好的耐久性、穩(wěn)定性和整體性能，澆注后強度穩(wěn)定增長，尤其中、后期強度較高，對于工程是有益的。
（2）固化粉煤灰由于和易性好，施工方便，它對于工程中不規(guī)則形狀的溝槽，用其固化粉煤灰早期的流動性及可振搗性，有效地解決了因無法碾壓、夯實而引起的沉降變形，在管線溝槽回填中具有顯著的優(yōu)勢。
（3）固化粉煤灰不但可作為軟弱地基硬殼層，亦可作為剛性整板基礎用于建筑物地基基礎、或作軟弱地基處理、加固、換土回填材料，有良好的工程適用性。
（4）從環(huán)境保護的角度來說，電廠原有的廢棄物（粉煤灰），不僅占有大量的農(nóng)田等土地資源，而且耗費物力、財力；而城市道路、公路橋梁、房屋基礎等工程的施工，需要大量的土地資源，過度開發(fā)土資源會破壞生態(tài)環(huán)境。固化粉煤灰技術的應用，不僅能大大提高粉煤灰的用量，而能節(jié)約使用現(xiàn)有的山體和粘土資源，這是變廢為寶，利國利民的大事。因 此，固化粉煤灰研究開發(fā)可替代粘土資源的道路建材有良好的發(fā)展前景。 二、瀝青瑪蹄脂碎石混合料（SMA）
瀝青瑪蹄脂碎石混合料又稱填碎石瀝青混凝土（Stone Matrix Asphalt），簡稱SMA，在歐洲已成功地使用20多年；SMA成本比傳統(tǒng)的熱瀝青混合料高出20%～25%左右，但是，這些添加纖維混合料的壽命卻顯著提高。采用傳統(tǒng)密級配混合料輔筑的路面壽命約為7.5年，而SMA路面可使用12～15年。
SMA特性有如下幾點：
1.高溫穩(wěn)定性好
SMA的組成中粗集料多，混合料中粗集料之間的接觸面很多，細集料少，瑪蹄脂僅填充粗集料之間的空隙，交通荷載主要由粗集料骨架承受。由于粗集料之間良好的嵌擠作用，瀝青混合料具有非常好的抵抗荷載變形能力和較強的高溫抗車轍能力。
2.低溫抗裂性好
低溫條件下瀝青混合料的抗裂性能主要由結合料的拉伸性能決定。由于SMA的集料間填充了瀝青瑪蹄脂，它包在粗集料的表面，低溫條件下，混合料收縮變形使集料被拉開時，由于瑪蹄脂有較好的黏結作用，使混合料有較好的低溫變形性能。
3.水穩(wěn)定性好
SMA混合料的孔隙率很低，幾乎不透水，混合料受水的影響很小，再加上瑪蹄脂與集料的黏結力好，使混合料的水穩(wěn)定性有較大改善。
4.耐久性好
SMA混合料內(nèi)部被瀝青瑪蹄脂充分填充，且瀝青膜較厚，混合料的孔隙率很低，瀝青與空氣的接觸少，抗老性能好，由于內(nèi)部空隙率低，其變形率小，因此有良好的耐久性；SMA基本上是不透水的，使路面能保持較高的強度和穩(wěn)定性。
5.具有良好的表面功能
SMA采用堅硬、粗糙、耐磨的優(yōu)質石料，間斷級配，粗集料含量高，路面壓實后表面形成的孔隙大，構造深度大，因此抗滑性好。SMA路面雨天行車不會產(chǎn)生大的水霧和濺水，粗糙的表面在夜間對燈光反射小，能見度好，噪聲也大為降低。
三．改性瀝青（SBS）
SBS全稱是苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌段共聚物，既具有橡膠的彈性性質，又有樹脂的熱塑性性質，分為線性和星形兩種，它獨特的結構使瀝青的韌性提高、軟化點上升、滲透性降低、高溫下的流動傾向減弱，還能提高瀝青的剛性、拉伸性。
（一）改性瀝青相溶性機理
改性瀝青是由高分子聚合物改性劑作為分散相，用物理的方法以一定的粒徑均勻地分散到粒徑連續(xù)相重新構成的體系。聚合物之間存在部分的吸附，極易發(fā)生兩相之間的離析。相溶性好是指作為分散相的聚合物以一定的徑粒，均勻分布在瀝青相中，改性效果顯著。所以，SBS改性瀝青的生產(chǎn)問題就是瀝青與SBS的相溶性問題。如果兩者的相溶性不好，則瀝青會發(fā)生離析，使改性瀝青的技術指標受到很大的影響。
（二）SBS改性瀝青較其他瀝青的優(yōu)點
（1）相對較低蠟含量（<2%）（降低蠟含量對道路瀝青質量的影響）。
（2）提高路面的抗水損害能力。
（3）PS鏈段物理交聯(lián)可提高瀝青混合料抵抗高溫永久變形的能力（提高剛度）。
（4）PB鏈段的柔性可提高瀝青混合料抵抗低溫變形的能力（改善韌性）。
（5）提高瀝青與石料的抗剝離能力。
（6）提高密級配瀝青混合料路面抵抗疲勞裂紋的能力。
（7）提高瀝青混合料的抗老化性能[63]。
（三）SBS改性瀝青的原材料
生產(chǎn)SBS改性瀝青的原材料包括基質瀝青、SBS改性劑和穩(wěn)定劑等。
1.基質瀝青的選擇
SBS改性瀝青是在基質瀝青中摻加少量的熱塑性橡膠，通過一定的工藝加工而成，改性瀝青的性質與基質瀝青密切相關，因此要生產(chǎn)符合規(guī)范要求的改性瀝青，選擇基質瀝青是關鍵。
2.SBS改性劑
SBS改性劑兼有橡膠和塑料兩種性能，常溫下具有橡膠的彈性，高溫下能像熱塑料般成為可塑料材料，因而稱熱塑彈性體。SBS改性劑在改性瀝青生產(chǎn)中的應用效果最理想，其主要特點如下：
（1）改變了瀝青的化學性質，黏彈性和延性提高，路面的抗沖擊能力、抗開裂能力、耐磨耗能力都大大增加，可延長瀝青路面的使用壽命。
（2）增大了瀝青的黏附性和黏韌度，提高了瀝青與砂石料的結合力，改善了瀝青混合料的強度和防水能力，增強了瀝青路面的耐久性。
（3）降低了瀝青的溫度敏感性，使瀝青的針入度和軟化點下降、彈塑范圍擴大，耐流動變形能力得到改善，使瀝青路面平坦性能和抗車轍性能得到提高，使行車速度提高，路面維護減少。
3.穩(wěn)定劑的選用
改性瀝青生產(chǎn)方式有現(xiàn)場加工和成批生產(chǎn)兩種工藝�，F(xiàn)場加工一般是改性瀝青設備與拌和樓配合使用，生產(chǎn)出的改性瀝青在儲存罐中稍作保溫存放即輸入拌和樓。這種工藝不需要加入穩(wěn)定劑，只要保溫攪拌即可。
成品生產(chǎn)改性瀝青的存儲、運輸，放置時間長，由于瀝青中含有較多的極性化合物，而SBS改性劑是屬于非極性化合物，熟度大。因此瀝青則容易沉在下部，即產(chǎn)生離析現(xiàn)象。這中不穩(wěn)定性對生產(chǎn)成品SBS改性瀝青的存儲是不利的，尤其在長途運輸時更不容易解決。加入穩(wěn)定劑可以降低瀝青相與SBS之間的界面能，SBS相的分散，強化了兩相間的剩和。同樣，穩(wěn)定劑的選用也需要根據(jù)瀝青型號來選擇，在生產(chǎn)前必須進行實驗，選用合適的穩(wěn)定劑。
（四）SBS改性瀝青混合料的拌制
（1）瀝青混凝土拌和機的產(chǎn)量應該與攤鋪機速度和攤鋪層厚度相適應。
（2）拌合操作人員要掌握設備的性能特點，確保拌合設備運行良好，溫控、計量等各項性能可靠，混合料級配、瀝青用量和拌合效果應滿足規(guī)定要求。拌和機計量控制主要是抓冷料的供給，其目標是調(diào)整在單位時間內(nèi)始終均勻地保持有與目標配合比相同比例的集料進入拌和機，只有按這樣的配合比進料，才能保證集料級配的準確。
（3）要注意目測檢查混合料的均勻性，及時分析異�，F(xiàn)象，如混合料有無花白、冒煙、離析等現(xiàn)象，如確認是質量問題，應作廢料處理并及時予以糾正。在生產(chǎn)開始以前，有關人員要熟悉本項目所用各種混合料的外觀特征，這要通過細致地觀察室內(nèi)試樣的混合料而取得。
（4）要嚴格控制油石比和礦料級配，避免油石比控制不當而產(chǎn)生泛油或松散現(xiàn)象。拌和機每天上午、下午各取一組混合料試樣做馬歇爾試驗和抽提篩分試驗，檢查油石比、礦料配級和瀝青混凝土的物理力學性能。油石比與設計值的允許偏差±0.3%，采用抽提法檢測瀝青用量，應采用下述兩種方法予以校核：一是由工地試驗室檢查每天的瀝青用量及混合料產(chǎn)量進行總校核；二是測定實驗室拌制瀝青混合料中實用油石比與抽提法得出的油石比的差值，建立該實驗抽提法測得的油石比的修正值，并定期對拌和樓的計量和測溫進行校核。
四、水泥穩(wěn)定混合料
近年來水泥穩(wěn)定碎石基層在高等級公路上得到廣泛應用，作為道路主要承重層，水穩(wěn)碎石基層必須具有足夠的強度、剛度、穩(wěn)定性和耐久性，同時避免出現(xiàn)過多的裂縫，從而造成路面出現(xiàn)網(wǎng)裂、沉陷、唧漿等早期破壞。水泥穩(wěn)定混合料在市政工程中也得到廣泛應用。。
（一）施工控制
一般情況下，水泥穩(wěn)定碎石基層的施工，宜在春末至冬初的季節(jié)進行施工。在此期間無冰凍，氣溫能夠達到5℃以上。施工時，按照施工技術規(guī)范要求和試驗的施工配合比進行施工，設專人對整個施工過程進行監(jiān)督和控制。
1.拌和機用料控制
拌合前，根據(jù)拌合機的容量及攪拌功能，準確稱量出砂、碎石、水泥等材料的質量，分別用量具盛裝，避免拌合機喂料時出差錯。同時可以節(jié)省時間，加快工程進度。
嚴把用料關。選用干凈無泥土、質地堅硬的砂石材料，并且符合設計及規(guī)范要求的強度等級和級配；選用合格無硬結的水泥；不用臟水、污水。為了保證工程質量，不合格材料堅決不用，必須清除。
控制含水量。根據(jù)試驗配置的配合比指導施工時，砂、碎石、水泥等材料的配制，很容易掌握，最不容忽視的環(huán)節(jié)就是混合料的含水量難以控制。受到拌合場到施工現(xiàn)場的運距、氣候、砂石材料的干與濕等外界因素的影響，含水量都要作相應的調(diào)整。如果含水量控制不好，混合料忽干忽濕，容易產(chǎn)生離析現(xiàn)象，存在質量隱患，工程質量會受到很大的影響。在天氣炎熱干燥的情況下，含水量可略大于最佳含水量的2%左右即可。運到施工工地后，混合料中的水分有所損失處于或接近最佳含水量狀態(tài)，碾壓成型，達到預期效果。
2.攤鋪
混合料的攤鋪。做到拌合機的生產(chǎn)能力與需要的攤鋪能力相匹配，避免拌合機供料不足，勞力過盛；或攤鋪能力跟不上，供料積壓，影響工程進度。攤鋪中，粗細集料要均勻。人工攤鋪強調(diào)扣鏟，料堆應翻底鏟盡，消除粗細集料離析現(xiàn)象。如局部存在粗細集料集中，必須鏟除并用新的混合料及時填補。施工時嚴格按照技術規(guī)范及設計要求控制好松鋪厚度，一次性鋪筑成型。在碾壓時嚴禁采用薄層貼補法進行找補。因為薄層貼補層與已成型層不能完全結合成一個整體，薄層貼補法容易剝落，產(chǎn)生“飛砂”，導致平整度差，影響工程質量。
3.碾壓
攤鋪完成后，表面必須保持潤濕狀態(tài)，盡量控制在最佳含水量或最接近最佳含水量時進行碾壓。碾壓時一定要遵循碾壓規(guī)則：①先輕后重、先靜后振。先靜壓1~2遍，振動壓實6~8遍，實際碾壓遍數(shù)視具體情況而定；②在不設超高彎道和在直線段，由兩側向中間進行碾壓；設有超高地段，由內(nèi)側向外側碾壓；碾壓時重疊1/2輪寬。碾壓遍數(shù)要合理，如果碾壓遍數(shù)不夠，達不到所要求的基層強度及壓實度；過壓容易造成已初凝的混合料板體斷裂。
4.養(yǎng)生
每施工完成一段，立即進行養(yǎng)生，灑水保養(yǎng)一定要使水泥穩(wěn)定碎石基層表面處于潤濕狀態(tài)，養(yǎng)生期限一般7d。包養(yǎng)期間，在養(yǎng)生地段的兩端設置明顯的禁令標志，禁止車輛碾壓。不能封閉交通時，嚴禁重型車輛通行。
5.時間控制
混合料從拌合出料到碾壓成型的整個施工過程，時間不能超過2h。時間拖長，水分過多損失，粗細集料結合不好，影響混合料的強度。水泥也開始初凝，碾壓時破壞水泥的凝固，降低或失去水泥穩(wěn)定的作用。
五、發(fā)展趨勢
還有許多新型材料這里就不一一闡述了，基于對傳統(tǒng)道路材料的利用以及理解，未來道路材料發(fā)展的趨勢應該是向綠色制備生產(chǎn)靠攏，協(xié)調(diào)環(huán)境。同時盡可能利用可降解材料，充分利用固體廢物，長足發(fā)展，所以如何用好新型的材料，我們?nèi)沃氐肋h。
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