摘　要:在對舊水泥路面加鋪瀝青面層出現反射裂縫的原因進行分析的基礎上,從中間夾層及加鋪面層材料的選擇、設計方案的選定和施工技術三方面,給出了減少了反射裂縫的解決方案,最后獲得了十分可觀的經濟效益。

關鍵詞:舊混凝土路面;加鋪瀝青面層;反射裂縫;夾層加鋪面層;設計和施工

中圖分類號: [ TU997 ] ;U41　　　文獻標識碼: B　　　文章編號: 1008 - 3707 (2007) 02 - 0035 - 03

　　舊水泥混凝土路面通過加鋪瀝青層面(以下簡稱“加鋪改建”) ,可以改善結構性能,提高行車質量,美化路容路貌。舊水泥混凝土路面的瀝青混凝土加鋪層是一種特殊的路面結構,應力應變與一般的彈性層狀體系有較大差別。由于裂縫的存在,又在外力荷載作用下,瀝青混凝土加鋪層處于比較復雜的三維應力狀態。車輛行駛經過不連續的塊板時,瀝青混凝土加鋪層中因裂縫兩側相鄰板塊產生豎向位移而出現剪應力,這種剪應力是瀝青混凝土加鋪層產生荷載型反射裂縫的主要原因;另外,由于路面暴露大氣中,受各種外界條件變化的影響,瀝青混凝土加鋪層和舊水泥混凝土路面板都會縮脹,并產生溫度應力差,出現反射裂縫。

　　在本文中,筆者根據在甬慈公路、義烏機場道路等工程實際施工管理中的一些實踐,吸取有關經驗和教訓,對舊水泥混凝土路面加鋪瀝青層面的技術進行了總結。在此談談我們對舊水泥混凝土路面加鋪瀝青混凝土的改建設計和施工技術的觀點和認識。

1　加鋪面層出現反射裂縫的原因及對策

　　加鋪瀝青混凝土面層的罩面技術在我國應用比較廣泛,且施工技術成熟,經驗多。它具有施工速度快、修復成本低等優點,但很容易出現反射裂縫。反射裂縫是由于溫度的變化以及車輪荷載的不斷作用,在與舊水泥混凝土板的接縫或裂縫相對應的位置,瀝青混凝土加鋪層上產生裂縫。其產生的最主要原因是溫度變化引起的舊水泥混凝土面層的水平位移以及車輪荷載引起水泥混凝土板縫兩側的豎向變位差。這種水平位移和豎向變位差,使瀝青混凝土在與接縫和裂縫相應位置處產生較大拉應力和剪切應力,而瀝青在低溫時不容易變形,致使拉應力和剪切應力增大。當應力超過瀝青混凝土的強度時,瀝青混凝土加鋪層即會出現裂縫。初期的反射裂縫的特點是間距小、數量多,很難被發現;隨后,水一旦進入裂縫,容易使基層和路基受損,導致反射裂縫的發展,甚至使瀝青混凝土罩面出現坑槽等病害;可見,加鋪瀝青混凝土面層的關鍵在于如何控制反射裂縫。

　　為保證水泥混凝土路面加鋪瀝青后不出現反射裂縫,在修復舊路面的基礎上,還必須在舊水泥混凝土路面和新的瀝青混凝土加鋪層之間采用設置緩解應力中間夾層及增設結構補強層等措施。它的作用是和瀝青混凝土加鋪層協同受力和變形,改善瀝青混凝土加鋪層的應力應變狀態,改善加鋪層的應力分布,提高面層的抗變形能力,以增強加鋪層防反射裂縫的能力。

2　中間夾層及加鋪面層的設計和施工

2. 1　防水夾層材料的選擇

　　目前,夾層材料種類很多,常使用的有瀝青碎石、瀝青砂、應力吸收薄膜夾層( SAM IS) 、無紡土工布、玻璃纖維格柵和鋼筋網[ 1, 2 ] 。

　　土工布具有耐高溫的特性,在瀝青混凝土攤鋪時不會熔化于瀝青混凝土中或老化變質;能夠承受壓路機碾壓;并能有效地減少地表水通過舊水泥混凝土板接縫滲入土基,同時也能減少地下水通過舊水泥混凝土板接縫進入加鋪層,浸濕加鋪層結構材料,可延緩瀝青面層出現剝落和松散,延長加鋪層結構的使用壽命;而且利用其抗變形能力,對消散水平應變、傳遞豎向荷載起到一定作用,從而延緩反射裂縫的產生。在施工中,夾層材料可采用熱熔聚脂長纖土工布,其單位面積質量為180 g/m2 ,縱向斷裂強度9. 7 kN /m,縱向5%的拉伸力4. 8 kN /m,橫向斷裂強度11. 2 kN /m,橫向5%的拉伸力5. 3 kN /m。

　　玻纖格柵是一種能增強路面性能的新型優良土工基材,使用玻纖格柵能有效地改善路面結構應力分布,抵抗和延緩基層裂縫引起的瀝青混凝土反射裂縫的發生,從而提高路面的使用壽命。它具有很高的耐熱和耐寒性,強度大、模量高、耐腐蝕、化學性能好、膨脹系數低、尺寸穩定性好。工程中玻纖格柵可采用自粘玻纖格柵,網眼尺寸20 mm ×20 mm,縱向斷裂張力62 kN /m,橫向斷裂張力為59 kN /m;斷裂伸長率縱向2. 38 kN /m,橫向為1. 67 kN /m。

2. 2　加鋪土工布或玻璃纖維格柵

　　在對處理后的水泥混凝土板塊進行保養并完成質量檢測后,沿縱橫縫鋪設土工格柵,施工時注意拉緊土工布或玻璃纖維格柵,并且灑布均勻的黏層油(0. 4 L /m2 )以增強層間的整體性,使之協同受力和變形。

　　噴撒一層乳化瀝青時,寬度比玻璃纖維土工格柵多10 cm,撒一層米砂,再用壓路機壓實。

2. 3　加鋼纖維

　　還可以在瀝青混凝土加鋪層中摻入鋼纖維以提高瀝青混凝土加鋪層的抗變形能力和抗拉強度。鋼纖維應選取分散均勻不易結團的銑削型鋼纖維。經試驗和工程實踐表明: 鋼纖維的摻量體積率宜在0. 5%～1. 2%。因為鋼纖維含量太小不起增強作用,而如果摻量太大則鋼纖維的外露量較大,出現外觀較差、容易結團的問題。經實踐證明,摻入鋼纖維對控制反射裂縫有明顯效果。

2. 4　舊水泥混凝土路面加鋪柔性聚合物水泥砂漿

　　瀝青罩面存在著反射裂縫問題和瀝青老化問題,且瀝青罩面的顏色為黑色,而原來的水泥混凝土路面為白色,兩者之間顏色有很大的差異,如果只是對部分路段進行瀝青罩面則會影響路面美觀。另外,加鋪瀝青混凝土面層造價較高,對施工設備和材料要求也較高,若在路面破損不很嚴重的地方,用瀝青混凝土罩面顯得不太經濟,此時可采用柔性聚合物水泥砂漿罩面。

　　由強度等級52. 5 硅酸鹽水泥、中砂、MG系列水泥改性劑作為柔性聚合物配制而成的罩面材料,可以與舊水泥混凝土路面牢固粘合,有良好的應變能力,并且耐磨、抗沖擊,是一種很好的路面修補材料。其中MG系列水泥改性劑在水泥水化硬化過程中同時硬化,由它配制的水泥砂漿對被粘表面依賴性小,不鑿毛也可達到很好的粘結強度,而且抗折、抗沖擊、耐磨、早強等性能佳。

　　柔性聚合物水泥砂漿修補路面的施工過程很簡單。首先用高壓水龍頭將舊水泥混凝土路面清洗,將清洗過的路面晾干到潮但無積水時,用尼龍板刷涂刷界面處理劑,界面處理劑由MG23水泥改性劑和水泥配制而成。配制過程是將水泥加入改性劑中,邊加邊攪直至形成黏稠狀,然后裝入密封筒中待用,涂刷厚度越薄效果越好,然后把稀釋后的MG2Ⅰ型水泥改性劑加入砂漿攪拌機中攪拌,攪拌均勻后攤鋪在涂刷過界面處理劑的區域,攤鋪時機最好選在剛涂刷完界面處理劑的時候,這樣有利于界面粘合。攤鋪平后,抹光機振實、木尺刮平后,用抹刀抹光,然后進行機械刻槽; 刻槽可采用等間距橫向刻槽,槽寬3 mm,槽深3～6 mm。刻槽后隨即開始養生,養生方式采取薄膜覆蓋和灑水雙重養生方法,養生時間不少于12 d。先選用保水率90%的路面用養護劑噴灑至形成水膜,然后覆蓋保水養生膜,把砂均勻壓在薄膜接縫位置,以防薄膜被吹走;而后在薄膜上灑水降溫,以防止水泥砂漿在水化過程中溫度過高而引起裂縫。

2. 5　瀝青混凝土加鋪層

　　增加瀝青混凝土加鋪層的厚度可以有效地延遲路表出現裂縫的時間,因為較厚的加鋪層在初始階段可以極大地減少原裂縫處因交通荷載引起的應力。加鋪層越厚,起始裂縫擴展到路表的時間越長。而對于基層溫度位移產生的反射裂縫,加鋪層越厚、結構層內部的溫差越平緩,這樣就減少了裂縫邊緣的位移量。加鋪層的結構如表1所示。

2. 5. 1　下面層瀝青混合料的選用　

　　考慮到下面層的一個重要作用是延緩舊水泥混凝土路面的反射裂縫,而反射裂縫是由于下面層在接縫或裂縫附近的位移引起加鋪層出現應力集中造成的。下面層采用了AM230,這是因為其骨料大,空隙率大,有一定的

　　強基抗裂性能;盡管它的高溫抗車轍能力、耐疲勞性能、抗水剝落能力不如中面層,但它處于瀝青層的最下層,接觸日照和地下水的機會很少,并且價格比AC220Ⅰ便宜。

2. 5. 2　中面層AC220Ⅰ瀝青混合料　

　　AC220Ⅰ瀝青混合料空隙率小、密度高、耐久性強,其它指標也均優于AM230,有泌水把關之用,同時兼抗車轍之效。中面層瀝青采用的是AH2110,其軟化點47℃, 25℃時針入度108、延度120。

2. 5. 3　上面層瀝青混合料的選用　

　　瀝青上面層是最重要的路面結構,它直接承受車輪荷載和大氣自然因素作用,具有平整、堅實、耐久及抗車轍、抗裂、抗滑等多方面綜合性能,因此選用改性瀝青混合料AC213Ⅰ。瀝青采用的是AH290,改性劑SBS,劑量為5%。

2. 5. 4　改性瀝青混合料配合比設計　

　　改性瀝青混合料的配合比設計遵循《公路瀝青路面施工技術規范》中關于熱拌瀝青混合比設計的目標配合比、生產配合比及試拌試鋪3個階段,以此來確定礦料級配及最佳改性瀝青用量[ 1 ] 。

2. 5. 5　級配　

　　瀝青混合料配合比設計級配采用貝雷法進行設計。級配選擇原則: AC213 Ⅰ型混合料

2. 36 mm以篩孔通過量取級配中值以達到密實、嵌擠。AC213Ⅰ型混合料篩分結果見表2。

2. 5. 6　粉料比　

　小于0. 075 mm含量的多少對瀝青混合料體積指標和路用性能影響很大,混合料級配中小于0. 075 mm的含量必須考慮粗集料本身含有的粉塵部分。小于0. 075 mm部分與瀝青含量之間的比值即粉料比應在1～1. 2之間,對瀝青面層混合料礦粉含量宜取4. 5%～5%。

2. 5. 7　改性瀝青混合料的施工工藝　

　　SBS改性瀝青是一種彈性塑膠類改性瀝青,正確使用可以顯著提高瀝青面層的高溫抗車轍能力和低溫抗裂性能。

　　由于SBS改性瀝青混合料具有高溫敏感性,降溫速度快,成型溫度高, 120℃以下難以壓實,因此在施工中特別要注意控制混合料的溫度。施工時初壓溫度不小于150℃;復壓溫度不小于140℃;終壓溫度不小于130℃。改性瀝青混合料馬歇爾試驗結果見表3,其它工序施工與普通瀝青混合料施工基本相同。

3　結　語

　　對于舊混凝土路面加鋪改造目前國內仍處于研究試驗階段[ 3 - 5 ] 。把舊水泥混凝土路面修復成新道路的下臥結構層,節約了大量的基層材料,減少了因破除舊水泥混凝土路面所需的機械、人力費用; 同時,水泥混凝土板廢棄物得以利用,不再造成對環境的污染問題。在加鋪改建的夾層施工中加入玻璃纖維、土工格柵等材料;在面層材料的使用上,對瀝青進行了改性,使用了SBS改性瀝青混合料,以加強溫度控制。通過在甬慈公路、義烏機場道路等近20萬m2 道路加鋪改建工程的應用,其效果非常明顯,有效地減少了反射裂縫的出現,改善了舊水泥混凝土路面的路用性能和使用功能,經濟效益十分可觀。

參考文獻

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