水泥混凝土路面沥青改造技术探讨

2023-01-08黄潮伟

工程建设与设计 2022年16期

黄潮伟

（潮州市潮安区公路事务中心，广东潮州 515638）

1 研究背景

近年来，广东地区多个水泥旧路面已完成沥青改造。即在旧水泥混凝土路面板的基础上加铺沥青面层，该改造方法发挥了刚柔结合路面的特点，有利于提高行车舒适性和安全性。对水泥旧路面进行沥青改造，改善了旧路面的使用性能，提高了路面结构功能。通过加铺改造，充分利用旧水泥混凝土路面材料，降低了造价，减少了资源损耗，可方便施工和车流保通，对道路保通、环境影响小，是一种快速高效的路面改造技术。

2 路面积水的快速排干治理问题

水是侵害公路的主要因素之一，地下水对公路的影响主要在建设期进行解决。路面积水是公路建设和公路养护工作常见的问题，解决好路面积水的排放能延长道路的使用寿命，因为水是引发水泥混凝土路面早期病害的一个直接外因。普通公路建成通车之后，由于道路对经济发展的辐射作用，道路两侧迅速掀起建设热潮，原有的排水系统容易受到人为破坏，进而影响路面积水的排出。

广东省高温多雨、水系发达，由于路面积水的渗入以及地下水的存在和活动会渗入路基土体，浸湿、冲刷路基土体之后，大大降低了路基土体的抗剪强度，进而易引起路基整体强度的降低，使路基失去稳定性，容易造成路基沉陷、翻浆等病害，严重影响道路的使用功能和过往车辆的交通安全。沥青路面改造完成后，在路面水的作用下，包裹在骨料表面的沥青黏结力下降，受车轮碾压的影响，特别是重载车车轮中心的负压作用下，每逢阴雨天气容易出现松散、坑槽等病害，严重降低了沥青路面的使用功能。

3 旧路调查

旧水泥混凝土路面改造之前，要对路面的现状进行详细调查，了解目前旧路面出现的病害和发展程度，以及出现病害的主要原因，掌握这些情况后才能提出相应的解决方案。目前，对路面的调查主要有如下几点：

1）路面破损现状调查。路面改造过程中，首先要调查清楚现状路面存在的各种病害，如裂缝、沉陷、错台、唧浆、脱空等。然后结合结果计算路面破损率和路面的状况指数PCI，再根据规范明确水泥混凝土路面的技术状况，最终分析病害产生的原因和应采取的解决措施。

2）路面结构承载力调查。沥青路面对路基的承载力要求较高，旧路面改造为沥青路面后，荷载能力仍然需要旧路面来承担。全路段的弯沉值反映了工程总体的结构承载力情况，其也是沥青路基路面质量检测的重要指标之一，一般通过测试路段弯沉值来判断结构承载力。

3）接缝传荷能力调查。普通水泥混凝土路面板是不连续的，当行车荷载作用于路面时，由于接缝处的竖向位移差，容易在改造后的沥青路面上产生反射裂缝。

4）水泥混凝土强度测试。由于沥青混凝土为柔性路面，对基层的强度要求较高，一般在旧路面板抽样取芯进行测试，以得出旧水泥混凝土路面强度，可以体现旧水泥混凝土路面的强度性能。

5）旧路面行驶质量测试和抗滑能力测试。旧路面行驶质量和抗滑能力体现了行车的舒适性和安全性程度，也可以为是否需要加强路基改造提供参考。此外，还反映了旧路面的磨损状况，从而为添加改性沥青材料提供依据。

6）交通状况调查（尤其是重载车辆比例的调查）。由于旧水泥混凝土路面荷载标准比较低，导致很多水泥混凝土路面的损坏与重载交通关系密切，尤其是超载、重载车辆比例大的路面，公路Ⅰ级荷载标准的路面也难以满足需要。因为水泥混凝土路面属于刚性路面，抗拉强度较弱，在超载、重载车的作用下，路基承载力不足，故水泥混凝土路面比沥青路面对超载的反应更为敏感。所以，在交通状况调查中要重点调查超载重载交通量的比例。

4 破损旧路面处理和反射裂缝控制

4.1 破损旧路面处理

根据旧路调查的结果对旧路面进行分别处理，只有将原来的病害彻底修复后才能进行沥青路面改造。旧路面维修的关键是尽可能消除脱空的路面板。通常的处理方式为：一是对破碎路面板进行挖除重建；二是对局部破坏或角隅断裂等中度破坏的路面板进行局部破除，采用细粒式高强度混凝土填补；三是对细小裂缝进行灌缝处理。

4.2 反射裂缝控制

完成旧路面处理后，首先，需要增强新铺沥青面层与旧水泥路面的摩擦力与黏结力、有效控制和延缓反射裂缝。提高摩擦力与黏结力一般会采用增大旧路面粗糙面（如铣刨）和喷洒改性热沥青黏层的方法，同时可减少沥青面层推移病害的产生。控制反射裂缝通常的做法是改善罩面层的性能，如增加罩面层的厚度，这样可以改变路面的应力状况，减少温度对板块的影响。但是，由于目前沥青原材料价格较高，增加沥青罩面厚度会增加工程造价，因此，可采用改性沥青（如添加橡胶等）改善沥青混合料配比，提高加铺层的抗变形能力，但由于改性沥青的变形能力比较有限，还受到沥青老化影响，随着低链脂肪酸的挥发，沥青变硬，其变形能力也会逐渐变弱，因此，也可通过增加混合料沥青含量来提升沥青路面的变形能力。

由于广东地区高温多雨，增加沥青厚度和提高沥青含量均会在夏季产生负面影响，如产生泛油，车辙等病害。这种情况下，通常采用改性沥青增加材料韧性达到延缓反射裂缝的目的。为了达到控制反射裂缝的目的，通常还结合使用3 种方法：（1）设置高模量夹层，这种方法通过采用玻离纤维格栅、玻纤布等模量高和抗拉强度高的材料，加铺在面层与基层之间，通过加强沥青面层的抗拉强度来推迟反射裂缝发生的时间。（2）采用低模量夹层，其作为较新型的处理方法，即设置柔软、变性能力强的夹层，在较大的变性下仍然不会开裂。从而在这一层抵消旧水泥混凝土路面板产生的位移，使裂缝不会反射到加铺层上。但这种方法施工控制难度大，容易出现单一集料过量，容易导致路面产生推移。（3）增设补强层，如增加调平层，由于水泥混凝土横坡度与沥青混凝土要求不同，具体处理方式是在加铺沥青罩面层之前，对旧水泥路面处治或破碎后，在混凝土路面上增加一层基层或调平层，减少或延缓反射裂缝的发生。

4.3 工程实例

广东G355 线和S231 线两个旧水泥混凝土路面沥青改造项目，由于原有道路宽度较窄，荷载标准比较低，水泥混凝土面层较薄，破损旧路面修复后，若采用铣刨来提高旧路面与沥青路面的黏结性和设置高模量夹层来延缓反射裂缝的方法，将破坏原有路面结构，降低道路承载力，影响交通通行，增加工程造价。为此，这两个路段尝试采用设置低模量夹层的方法控制反射裂缝。具体做法是：在经过病害处理后的旧路面上喷洒改性热沥青，同时撒布5 mm 单一粒径集料，采用胶轮压路机进行碾压，将撒布的集料压入改性热沥青中，这样沥青膜的厚度会增加到5 mm 左右；在下面层改性AC-20 热拌沥青混合料施工时，部分集料又会嵌挤到低模量夹层的沥青膜中，并形成接近1 cm 左右厚度的应力吸收薄膜夹层。该方法中的改性热沥青主要起黏结作用并修复部分细小裂缝；5 mm 单一粒径集料使之形成低模量夹层，延缓反射裂缝的形成并增加沥青面层与旧路面间的摩擦力，降低沥青面层推移病害的形成。

5 施工材料与沥青混凝土施工控制

5.1 施工材料控制

原材料的性能对路面的使用性能有决定性影响，因此，保证沥青混凝土路面各种原材料的质量有利于保证路面的整体施工质量。施工前需要严格控制原料质量，根据道路设计等级、现场环境、气候、工程路段重载车比例等因素，以及施工单位选择施工工艺的需要，选择符合建设需要的沥青品种和符合规范要求的其他原材料，如骨料、矿物质、其他添加材料等。由于原材料的数量充足与否会直接影响工程能否如期完成和路面铺筑的质量等，故需要尽量选择供应充足的材料。

为保证进场的材料能满足工程质量技术指标要求和确保能及时供应，要充分重视材料选购工作。沥青混凝土由碎石、砂、石屑及矿粉等组成，一般级配中每种规格材料的用量已经过试验确定，因此，其允许变化幅度不大。但是，在实际工作中，由于碎石、砂、石屑的级配受制作工艺和料区地质的影响，难于达到稳定均衡的效果。为控制沥青混凝土施工质量，在原材料进场时要随时抽检筛分，根据抽检结果，不断对混合料配比进行微小的调整。这样不仅可以尽可能减少不合格原材料进场，而且可以提前掌握场原材料的不均匀程度。碎石是沥青混凝土的骨架，也是沥青混凝土受力的主要支撑物质，需要结合沥青混凝土各面层的厚度以及配合比的要求来明确碎石的规格，采取分开堆放的方式，以保证材料稳定均衡。此外，需注意的是，原材料沥青到场后，试验室应以JTG E20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》[1]为依据开展抽检工作，检查内容包括但不限于沥青针入度、延度及软化点等，以保证沥青材料的质量满足设计要求。

5.2 设备和施工控制

沥青路面的施工质量除了与原材料控制有很大的关系，还与选用的机械设备、施工人员责任心、基层铺筑质量等密切相关。拌和设备的性能和规格会对沥青混凝土混合料的拌和质量和产量产生较大的影响。拌和设备决定着拌合料的均匀度、温度等施工控制指标，还与施工进度及工作的连续性有很大关系。摊铺机的选用主要决定着路面的平整度和施工进度推进，应根据路面宽度和路面平整度的要求及路面等级进行选用。工艺方面，尽量采用热接缝，以提高接缝的黏合力和接缝处的平整度。

不管采用哪种工艺，要想施工质量水平达到标准，需要多方面的配合。如摊铺过程质量控制不良，往往会导致沥青混凝土路面出现缺陷，从施工现场情况看，路面产生波浪、接缝跳车、密实度不够、局部推移、松散、离析、隆起等都与摊铺过程的控制有关。例如，路面波浪经常出现在集镇段，受现场交通导流影响，摊铺机行走不均匀；料车供料受影响，料温变化较大，导致混合料劲度不均匀；车辆卸料、路面基层平整度等影响着压实后的路面平整度。为了避免出现路面波浪现象，应保证沥青混合料的施工温度和摊铺级配具有稳定性，还要使用找平系统性能正常的摊铺设备。在施工过程中，工作人员需要注重质量检查工作，以便及时发现和解决问题。横向接缝跳车主要是由于工艺处理上产生的问题，接缝在处理时要将已成型的路面切齐，并在接触面上浇洒沥青黏层，增强接缝处的黏结力，刚摊铺完的路段需采用人工及时修补。碾压横向接缝时，要选用光轮压路机先顺着接缝碾压，再沿垂直方向碾压，减少错台跳车现象。路面密实度不够的原因包括油石比不科学、压实作业量不足或不及时、压实设备偏轻等。局部推移、松散、隆起则可能是由于基层软弱、油石比偏大、混合料级配不稳定、基层粉尘堆积等原因造成的。故提高沥青混凝土路面的质量，须按要求选用拌和设备和摊铺机械，严格控制摊铺温度，严格压实时机以及控制摊铺速度。