摘要：介绍了水泥混凝土路面应力吸收层在实际施工中的应用，该技术对指导水泥混凝土路面的设计和施工，提高水泥混凝土路面的耐久性、延长使用寿命具有重要的现实意义，同时对公路建设事业的发展具有显著的社会、经济效益。
关键词：水泥混凝土路面 应力吸收层 效益 分析
一直以来，国际市场上的原油价格直线飙升，在这样严峻的能源形势下，我国高等级公路沥青路面使用的A级沥青价格随之大幅度上涨，这对于我们这样一个主要依托国际市场建造高等级公路沥青路面的发展中国家来说，是极为严峻的资源与造价挑战。其次，我国高速公路沥青路面厚度已经不薄于水泥混凝土路面厚度，其造价也大大高出水泥混凝土路面（约1～2倍）。我们面临的问题就是在高等级公路建设中，即使出得起超高的价格，也买不到符合我国公路建设规模所需的沥青数量。因此，因地制宜地利用我国丰富的水泥资源，充分发挥水泥混凝土路面的优势，才是解决我国所面临的沥青资源短缺、沥青路面建设成本高的问题。
然而，由于水泥混凝土路面接缝的存在，雨水会通过接缝渗水基层和基层，使其强度降低从而影响路面的稳定性，在行车荷载的反复作用下，会引起冲刷和唧泥，使路面板出现脱空而失去支撑，路面板极易产生断裂。加之水泥混凝土的脆性较大，在行车荷载的作用下，会产生较大的冲击荷载，也极易使水泥混凝土路面板的断裂，最终使路面破坏。因此，为了维持水泥混凝土路面的正常使用功能，对其病害进行综合治理，并且在建设初期进行必要的路面结构形式创新与改革己势在必行，这样有利于延长水泥混凝土路面的使用寿命。
进入21世纪以来，伴随着社会经济的快速发展，对道路使用性能提出了更高的要求，水泥混凝土路面会得到更多的应用。如何提高水泥混凝土路面的使用寿命，防止半刚性基层的冲刷唧泥、水泥混凝土路面板的错台，特别是断裂破坏，是本课题研究的主要目的。
因此，水泥混凝土路面应力吸收层（封层）应用前景广泛，该技术对指导水泥混凝土路面的设计和施工，提高水泥混凝土路面的耐久性、延长使用寿命具有重要的现实意义，同时对公路建设事业的发展具有显著的社会、经济效益。
为全面掌握水泥混凝土路面应力吸收层（封层）在实际应用中的经济效益，我们以水泥混凝土路面为研究对象，以交通调查和路面状况调查为基础，分析了泥混凝土路面交通特性、损坏类型和机理，研究水泥混凝土路面的合理结构型式，对比分析设与不设应力吸收层（封层），水泥混凝土路面在动荷载作用下的特性以及行车速度对动力特性的影响，分析水泥混凝土路面开裂过程和机理以及应力吸收层的功能和材料要求，研究应力吸收层（封层）的材料组成设计，并开展骨架密实型水泥稳定碎石和高性能水泥混凝土的组成设计方法和路用性能，并通过实体工程检验应力吸收层（封层）使用效果。
我们应用ANSYS有限元程序，建立了水泥混凝土路面在动荷载作用下的计算模型，对比分析表明设置应力吸收层，可有效降低水泥混凝土路面板荷载应力20%左右。应力吸收层不仅能减小动荷载作用下的水泥混凝土路面板的应力外，而且具有防止雨水下渗的封层作用、改善层间界面、防止水泥浆下渗的隔离作用。
同时，在施工过程中通过硅粉、高效减水剂掺入以及集料级配的改善，有效地提高了水泥混凝土的性能，特别是力学性能，提出了高性能水泥混凝土组成设计方法。
经过一系列的计算以及实验证明，水泥混凝土路面应力吸收层的推广应用完全能适应现代交通的特点和要求，可大大避免路面的早期损坏，减轻养护管理部门的压力，减少养护维修工作量和养护维修费用，有利于提高路面使用性能，延长路面使用寿命，最大限度地发挥投资效益，促使河南全省，乃至全国公路建设的飞速发展。具体体现在以下几个方面：
①应力吸收层（封层）可以起到多个作用：减弱车辆荷载对水泥混凝土路面的冲击作用，减小荷载作用应力，起到应力吸收的作用；防止沿接缝、裂缝渗入的路表水进一步下渗至基层，从而有效防止基层的冲刷、唧泥和掏空等，进而防止水泥混凝土路面板的断裂破坏，起到防水、封水的作用；防止水泥浆渗入表面凹凸不平的基层，而在基面层间形成软弱簿层（过渡层），起到隔离的作用和改善水泥混凝土路面板与半刚性基层界面的作用。同时，应力吸收层（封层）可改善车辆的行驶条件和乘车的舒适性，降低行车噪音。
②应力吸收层（封层）材料采用YF型密级配沥青混合料，根据应力吸收层（封层）的厚度，分别选用YF-5型沥青混合料（适应的厚度为2cm）和YF-10型沥青混合料（适应的厚度为3cm）。采用2~3cm的应力吸收层（封层）可减小荷载应力17~24.3%，路表弯沉11.4~22.3%。由此推算，可大大减簿水泥混凝土路面板厚度，或者可延长路面的使用年限，按保守估计，可延长使用年限2年左右，由此产生的经济效益为50万元/km（二级公路）~150万元/km（高速公路、一级公路）。
③骨架密实型水泥稳定碎石基层强度高，承载能力大，在相同的路面结构形式及相同的结构层厚度情况下，骨架密实型水泥稳定碎石基层比常规级配的水泥稳定碎石基层更能胜任大流量、重轴载交通的作用。试验结果表明，骨架密实型水泥稳定碎石强度比规范级配水泥稳定碎石强度可提高20~30%左右。根据这结果，设计厚度20cm的规范级配水泥稳定碎石基层可改为18cm骨架密实型水泥稳定碎石基层，对于二级公路来说，每公里水泥稳定碎石基层原材料用量由2000m3减少到1800m3，节省水泥稳定碎石材料200m3，水泥稳定碎石材料单价为167.1元/m3，由此每公里仅工程材料费用就可节省3.34万元。
④从面层厚度及其两种混凝土水泥用量考虑，高性能路面混凝土每公里每车道可节约水泥近88吨，按目前每年在建水泥路面里程2.5万公里计算，使用高性能路面混凝土每年可节约水泥高达660万吨以上。从使用年限上考虑，普通混凝土路面每车道年平均耗费水泥达1.725万吨，而高性能路面混凝土则为0.39万吨。同样按目前每年在建水泥路面里程2.5万公里计算，估计使用高性能混凝土路面至少每年可节省水泥1亿吨。现代水泥厂对有害气体的如CO2、NOx、SO2等目前仍采用高烟囱排放，这虽然减少工厂对地面的污染，但却滞留于地球的大气层中。其中CO2的排放不仅来自燃料，且熟料的烧成还伴随着产生更多的CO2。我国水泥工业落后，生产1吨熟料的燃料生产CO2约400kg，1吨熟料由CaCO3分解生成620kg的CaO，同时生成490kg的CO2，加上电耗，则生产1吨熟料所排放的CO2约1吨。1亿吨水泥按保守估计熟料约为0.7亿吨，即使用高性能路面混凝土每年可减少CO2排放量高达0.7亿吨。因此，高性能路面混凝土是可持续发展的混凝土，高性能路面混凝土尤其适用于重载交通道路。因此，高性能路面混凝土必将是今后路面发展的一个重要方向。由上述经济分析可知，高性能路面混凝土在初期投资不增加甚至有所减少的情况下，由于使用寿命的延长而带来的社会效益是非常显著的。
由于路面使用性能改善，平整度的提高，从而提高了车辆的行驶速度，降低了运输成本，提高了行车舒适性，增加了行车的安全性。同时，还可降低用户费用，用户费用包括车辆运营费用、延误费用、行程时间费用、事故费用等。按常规方法修筑的沥青路面，其用户费用在路面使用后期由于路用性能下降而大大增加，如路况变差，使得车辆行驶时的燃油、轮胎消耗增加，车辆的维修折旧费用增加，行驶速度下降使得行驶时间延长，因养护维修和大中修影响行车，使车辆减速或绕道行驶等，这些都会引起用户费用的增加。用户费用的增加计算比较复杂，需要一系列调查和数据分析。据统计资料显示，路况良好会使燃油费用减少20%左右。另外，由于维修工作的减少而避免了交通堵塞及运输不便，减少了车辆的污染提高了运输效率。因此其社会经济效益也是十分显著的。