超薄刚性罩面材料在市政工程中的应用价值分析

陈娟 李志能 朱龙

摘要：城市道路的沥青路面结构受到车辆荷载的作用易产生车辙和开裂等破坏，由于受到标高的限制，很难在不增加厚度的情况下进行结构上的补强。在城市道路的交叉口和公交车专用道，路面的破坏更加严重。超薄水泥混凝土罩面材料（Ultra-thin Whitetopping，简称为UTW）的典型厚度只有5～10cm，可以在不增加城市道路厚度的情况下提高结构的承载能力，在城市道路的交叉口和公交车专用道具有很好的应用前景。

Abstract： Rutting and Cracking are the two most common distresses for municipal pavement. Due to the limitation of elevation， the pavement structure is difficult to be enhanced without improving the pavement thickness， which makes the distresses deteriorated. The thickness of Ultra-thin Whitetopping （UTW） is within 5～10cm， which can improve the load carrying capacity without raising the elevation， and is very suitable for the repair of intersections and bus route in municipal engineering.

关键词：市政工程;路面工程;UTW;养护

Key words： municipal engineering;pavement engineering;ultra-thin whitetopping;maintenance

中图分类号：U416.2                                      文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）10-0199-02

1  市政道路沥青路面维修分析

我国的城市道路多采用沥青路面的形式，沥青路面具有施工和维修简便，行车舒适的优点。然而，沥青路面容易发生车辙和水损害，沥青的各项性能之间也一直存在博弈。沥青路面发生车辙后，一般采用铣铇然后加铺的办法来恢复沥青路面的使用功能。使用沥青混凝土罩面技术一般存在如下缺点：

①罩面层与旧路面之间粘结难以保证，新罩面容易出现剥离、水损害、坑槽等病害;

②沥青罩面一般只能恢复路面的使用功能而对路面结构没有提升，使用寿命一般较短;

③沥青混合料在拌和、运输、摊铺和碾压过程中会产生大量有害气体，在市政维修工程中对市区的环境和居民的身体健康有非常不利的影响;

④沥青材料的太阳能量吸收率较高，可达0.80～0.85，使得路面的温度远高于空气温度，会加剧城市的热岛效应。

除此之外由于我国南方地区夏季湿润多雨，天气炎热，导致沥青路面的水损害和车辙严重。当沥青路面发生严重车辙的时候，不仅道路的行车舒适性大大降低，而且还会出现车辆变换车道操作困难，而车辙所形成的凹槽内积水，容易引发行车水滑和冰滑等问题。特别是在降雨条件下，车辆容易发生滑飘，引发严重的交通事故。使用聚合物改性水泥混凝土，将改善路面的表面功能，并且可以提高路面结构的承载能力。

2  市政道路轴载特征分析

市政道路上行驶的汽车轴载一般与公路相比，都相对较轻，但是组成上更加复杂。美国AASHTO路面力学经验设计方法中，在进行路面结构设计时，对于市政道路与普通公路相比，在市政道路当中公交车荷载的比例要显著增加达到了普通公路的10倍以上，而卡车荷载的数量只占总交通量的63.8%。这样的分析在我国同样适用，在城市道路上除了小汽车之外公交车的数量要显著增加，而卡车荷载的数量要明显少于高速公路和其他国省干道。

除了以上特征之外，城市道路交通还有如下的特点：

①车辆荷载的车道分布不均，城市主干道路的车道较多，而次干道路一般仅为1～2车道;

②车辆的方向性较强，一般情况下，早高峰时段，进城方向的车辆要明显多余出城方向，而到晚高峰，车辆的分布又与早高峰相反，居民的日常生活直接影响了车辆的小时分布系数;

③随着我国城镇化的发展，市政道路的交通量增长率要显著高于普通公路，但是市政道路的季节性分布不强;

④市政道路的渠化交通较多，由于城市道路交通拥堵，特别是设置公交车道的城市道路，公交车车道的破坏比较严重;

⑤在道路交叉口和公交车站等区域，車辆的频繁启动和制动，会使路面反复承受车辆制动和启动作用下的剪切作用，进而路面会产生较多的剪切破坏。

3  超薄水泥混凝土罩面介绍

沥青路面发生车辙、坑槽等早期损害以后，路面的使用性能将迅速下降，行车的安全性和舒适性也大大降低。对旧沥青路面进行罩面可以快速修复路面的各种病害，然而路面功能改善型的沥青混凝土罩面的厚度一般在30～50mm，因此结构的承载能力提高有限。然而混凝土罩面具有承载能力高，耐水损害能力强的优点。混凝土白色罩面技术在美国已经有90多年的历史，上世纪90年代美国又出现了超薄水泥混凝土罩面技术（Ultra-Thin Whitetopping，简称UTW），1991年在美国的肯塔基州修筑了了第一条UTW试验路。该技术利用改善白色罩面与旧路面层之间的粘结将白色罩面的厚度降低到5～10cm之间，仅相当于普通水泥混凝土路面厚度的1/5～1/4，设计和施工良好的UTW罩面工程的实际使用寿命可达10年以上。根据国外的成功经验，使用超薄白色罩面的优势有：

①与沥青混凝土罩面相比，白色罩面不仅承载力大大提高，而且厚度基本相当的情况下白色罩面的经济性要显著优于沥青罩面。

②超薄罩面用于水泥混凝土路面加铺时，可以防止沥青混凝土加铺在旧混凝土路面上反射裂缝严重的问题。

③薄的混凝土罩面，板块划分较小，一般为12～18倍板厚，即约0.6m～1.8m。因此超薄罩面的维修更换更加方便，成本也更低。

④白色罩面表面光照吸收小，夜间行车安全。

⑤白色罩面可以使用小机具施工，施工方案更加灵活。

薄或者超薄白色罩面技术可以用于沥青路面的路面功能改善，可以修复沥青路面表面的车辙、疲劳开裂以及温度裂缝等问题。

4  超薄刚性罩面的应用价值分析

在市政工程的应用中，根据实际经验，使用沥青混合料进行旧路面的罩面，最小的厚度应为4cm，否则极易出现因厚度过小而产生的罩面层剪切破坏，产生推移，剥落，坑槽能破坏。而在既有路面破坏严重，路面裂缝等病害较多和水损害严重的路段，罩面层的厚度要适当增加，一般均超过4cm。按照普通沥青混合料的材料价格约为12元/m2/cm计算，那么，使用沥青混凝土做罩面层，其材料造价至少为48元;若使用水泥混凝土超薄罩面，其设计厚度在5～10cm之间，根据使用要求，其厚度取中值为7.5cm，根据市场调查，商品混凝土的价格约为300～400元/m3，那么7.5cm厚的超薄水泥混凝土罩面层的材料造价约为30元（按混凝土材料单价为400元/m3计算）。根据以上材料造价的分析，使用超薄水泥混凝土罩面进行旧路面的修复，仅材料成本就较使用沥青混凝土罩面节约材料成本60%。

笔者在实践中发现厚度在6cm以下的罩面层一般只能起到功能性修复的作用，罩面层对路面结构承载力的提高几乎没有作用。正如前面所述，在城市道路中，由于受到标高的限制，沥青路面很难用增加厚度的方法来提高结构承载力，因此在车辆荷载较重的公交车道等部位，薄层的沥青混凝土罩面往往仅能使用1～2年就要重新进行加铺。而设计和施工良好的薄层刚性罩面，因刚性路面结构作为表面层，其结构承载能力得到了很大提升，预期的使用寿命可达8～15年，对于市政道路因其交通承载相对高等级公路较轻，预期的使用寿命将会进一步增强。

综上，使用超薄刚性罩面能够节约建设期的材料成本，并且能够提高结构承载能力和罩面层的使用寿命，具有在市政工程中良好的应用前景。

参考文献：

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