旧水泥混凝土路面沥青混凝土加铺层的研究综述

2018-01-25曹沈阳

中国建材科技 2018年3期

曹沈阳

（甘肃省兰州公路管理局，甘肃兰州 730000）

目前，我国公路通车总里程位居世界第一位，也是拥有水泥混凝土路面最多的国家。但在使用性能方面，水泥混凝土路面或多或少存在一些问题。结构性破坏和功能性缺陷已发生在早期修建的水泥混凝土路面上，严重影响了路面的平整性和行车舒适性。旧混凝土路面的修补技术比较复杂，对交通的影响较大，成本较高，修复效果欠佳，如何对旧混凝土路面进行有效的修复是一个技术难题。随着研究的深入，旧混凝土路面加铺层技术进入了人们的视野，国内外学者对此项技术做了大量的研究[1-5]，但在加铺层的材料、结构、设计及厚度方面的研究成果还不能有效的对施工过程进行指导，甚至在一些工程中相关人员仅凭经验去施工，结果加铺的效果不理想，造成资源的浪费和经济损失。

旧混凝土路面的加铺层主要分为混凝土面层和沥青面层两种类型。因沥青混凝土面层有路面平整度高、行车舒适性高、噪声小等优点而广泛用作加铺层，这样，新路面不仅具有旧混凝土路面的刚性还有沥青混凝土路面的柔性，新路面具有良好的结构性能和使用性能。然而，旧混凝土路面的接缝会对沥青混凝土路面产生力学影响，反射裂缝会在此处发生，缩短路面的使用寿命。所以如何防止旧混凝土路面沥青加铺层产生反射裂缝一直是研究者探究的探究的问题。

1 加铺层沥青混凝土路面的特点

原水泥混凝土路面在车辆荷载的重复作用下，原路面的地基和基层有较好的稳定性，加铺沥青路面能充分利用旧水泥混凝路面原有的强度，此外，在改造过程中，只是在原有道路的基础上处理面层和基层，故施工速度快，成本较低，能尽快恢复道路的交通，对交通及周围的环境影响较小。水泥混凝土路面上加铺沥青层会形成复合式路面结构，这样不仅增强路面的刚度，还能使路面具有柔性，提高路面的平整度和行车的舒适度；所以沥青加铺层路面已在工程实际中充分利用。

2 沥青加铺层反射裂缝的产生机理

国内对旧混凝土路面加铺层研究应处于探索试验阶段，由于我国幅员广阔，各地的气候条件、地质条件和交通条件都存在着很大的区别，试验结果间也或多或少存在一定的差别。目前反射裂缝开裂机理可总结为三种形式，一是在车辆荷载的重复作用下，在沥青加铺层的下面首先产生裂缝，这种裂缝叫做张开型反射裂缝；二是由外部环境温度变化导致路面结构内产生温度应力，温度应力产生的裂缝叫做张开型反射裂缝；三是在交通荷载和温度应力共同作用下而产生的混合裂缝。

产生反射裂缝的原因可归为以下几个原因[6-10]：

1）在旧混凝土路面板原有裂缝处、混凝土面板坑槽处或旧路面板不连续处，在交通荷载的重复作用下，再加上存在高度差及弹性模量的不同，此区域沥青加铺层底部会出现应力集中和剪切应力，在这两种力的作用下会引起反射裂缝的产生。

2）旧水泥混凝土面板表面在汽车轮胎的反复作用下，面板表面比较光滑，摩擦系数变小，混凝土面板与沥青加铺层的粘接性不强，或者在旧路板块接缝处设置应力吸收层的情况下，雨水经沥青混凝土路面内部的空隙流入到旧混凝土面板与加铺层之间，使应力吸收层湿润，基层和面层的粘结力降低，在交通荷载水平分力下，沥青加铺层发生推移破坏，进而发生破坏。

3）路面结构会受到外界环境温度的变化而发生变形，一是在外界环境温度变低时，旧混凝土路面板会发生收缩，旧混凝土路面板之间的接缝会增大，沥青混凝土面层在此处受到的剪切应力变大；二是路面各结构层有不同的热膨胀系数，在外界温度发生变化时，各结构层内的温度是不一样的，膨胀的程度不一样，故在接缝处发生裂缝。

4）旧水泥混凝土路面本身就存在着诸多病害，如脱空、错台、唧泥、接缝剥落和填缝料损坏等，故旧混凝土路面的平整度很差，为了保证沥青加铺层路面较好的平整度，沥青加铺层的厚度是不均匀的，故而沥青混凝土路面的强度将受到影响。

3 防止反射裂缝的措施

1）距口封缝法，旧水泥混凝土面板加铺沥青混凝土路面后，在旧混凝土面板接缝处将沥青混凝土面层锯开，为了防止裂缝被污染物（水、沙石及其他异物）污染，应对裂缝进行密封处理，这样能有效的释放混凝土面板接缝处的集中应力，进而能达到防止反射裂缝的发生，此方法简单易操作，并能取得良好的效果，但裂缝的保养和维护需要大量的工作。

2）增加沥青加铺层的厚度，由于厚度增加，沥青混凝土的刚度增加，抗弯曲性能增强。旧混凝土路面在接缝处，交通荷载和温度荷载共同作用下产生的应力减小，反射裂缝的路径长度也相对延长，时间也延长，故沥青加铺层路面的寿命延长。沥青加铺层路面厚度的增加确实能够延缓反射裂缝的发生，取得了一定的效果，但成本较高，不经济。

3）采用大粒径开级配沥青碎石作为裂缝缓解层，所谓的大粒径是最大粒径为50mm、63mm、75mm的碎石，因大粒径开级配沥青碎石混合料的孔隙率比较大，孔隙率高达25%～35%，较大的孔隙率有效阻断了反射裂缝的路径，此外，大粒径级配碎石还可以消弱混凝土板间的相对高差，提高面板上部平整度；再者，荷载应力和温度应力会在大粒径级配碎石层消散。参考文献可知[10]：一条位于美国宾夕法尼亚州的旧混凝土路面，改造时依次铺筑开级配热拌沥青碎石基层和沥青面层，通车后数年内未出现反射裂缝。

4）应力/应变吸收薄膜夹层[11-12]，一是模量相对较低的夹层，橡胶沥青薄膜、烧毛土工布等是常用的SAMI材料，SAMI的工作原理如下：经橡胶改性的沥青类粘接材料具有较强的弹性，能满足接缝处对抗剪性能的要求，此外，橡胶改性的沥青类粘接材料具有一定的劲度和韧度，能对加铺层底部的应力/应变进行分散，故而能阻止反射裂缝的发生，再者，橡胶改性沥青能增加旧水泥混凝土路面与沥青加铺层间的粘结性。一种是模量相对较高的夹层，如玻纤布、玻纤格栅等，由于其较高的模量，沥青混凝土底部有较高的抗弯拉性能，旧水泥混凝土面板接缝处产生的剪切应力得到消除，故而可延缓反射裂缝的发生。

5）碎石化技术[13]，作为对旧水泥混凝土路面进行改造的重要技术，碎石化技术是利用专门的机械将旧水泥路面板进行破碎，破碎的混凝土面板经压实后加铺沥青混凝土面层。旧水泥混凝土面板经破碎后会碎成粒径较小的颗粒，并形成紧密的嵌挤结构，经整平压实后，其性能和大粒径开级配碎石相似，且其表面具有一定的平整度，进而会防止反射裂缝的产生。碎石化技术因其施工速度快、对环境影响小，对反射裂缝预防效果好而得到了广泛的应用。

6）沥青混凝土中掺入纤维等阻裂材料，沥青混凝土由于掺入了纤维等材料，沥青混凝土的抗弯拉性能和抗剪性能增强，故沥青混凝土的底面有能力抵抗混凝土面板接缝处产生的剪切应力和弯拉应力，进而减缓了反射裂缝产生的速度，取得一定的效果。