半柔性材料用于舊水泥混凝土路面改造研究

楊建江 張名成

隨著公路建設的快速發展,我國現有的水泥混凝土路面有相當一部分已接近或超過設計年限,有些雖未達到設計年限,但由于交通量劇增,汽車軸載日益重型化或設計、施工等方面的原因,也過早地出現了路面損壞,表面平整度、抗滑性已不能滿足車輛行駛要求,也要采取維修措施,從而恢復路面的使用性能。

如何解決舊水泥混凝土路面加鋪改造中瀝青加鋪層反射裂縫問題,是目前道路界尚待解決的問題之一,而水泥—乳化瀝青半柔性混合料的應用可以滿足這一要求。

1 半柔性材料性能優勢

1.1 材料介紹

20世紀90年代初期,法國、荷蘭用完全剛性的水硬膠結劑水泥和完全柔性的乳化瀝青兩種膠結劑將骨料粘結在一起。這種混合料與柔性材料相比其溫度敏感性低,后期強度高,與剛性材料相比,它不產生收縮裂縫、早強、工期短。

1.2 性能特點

1)乳化瀝青破乳后的水分可供水泥硬化凝結,較好解決了乳化瀝青破乳“憎水”和水泥水化“需水”的矛盾,利用水泥吸水水化來加速乳化瀝青破乳,提高混合料的早期強度。2)水泥—乳化瀝青施工采用冷拌冷鋪工藝,比熱拌瀝青混凝土施工難度小,既能節省能源,還能減少對環境的污染。此外,半柔性混合料可以實現對舊瀝青混合料的再生利用,從而降低工程造價。

1.3 強度特性

1)干燥情況下水泥—乳化瀝青混合料的劈裂強度為0.4 MPa～0.7 MPa,當考慮水的最不利影響時,它的劈裂強度為0.3 MPa～0.5 MPa,這基本和半剛性基層材料的劈裂強度相當;

2)水泥—乳化瀝青混合料的回彈模量處于1 000～1 200之間,比級配碎石或瀝青穩定碎石模量高很多。

1.4 抗溫縮特性

半柔性材料具有優異的抗溫縮性能,其抗溫縮性能是水泥穩定碎石基層的4倍～6倍左右。

1.5 耐疲勞特性

半柔性混合料的疲勞壽命次數可以接近粗粒式瀝青混合料的水平,遠大于半剛性基層材料的疲勞性能,可作為路面結構下面層或基層路面材料。

2 半柔性材料級配設計

水泥—乳化半柔性混合料設計級配的選擇可根據原材料的具體情況作出選擇,可采用我國公路瀝青路面施工技術規范中的AC-20C,AC-25C或ATB-30,三種級配見表1。

表1 水泥—乳化半柔性混合料級配

3 半柔性材料在路面結構中的應用

3.1 半柔性白加黑技術

半柔性白加黑技術就是在現有水泥混凝土路面上直接鋪設一層11 cm厚的半柔性混合料,然后再加鋪一層4 cm的瀝青混合料磨耗層。采用這種技術可以修筑一個“剛性—半柔性—柔性”的合理路面結構,半柔性混合料作為過渡層具有應力吸收層的作用,較傳統的白加黑結構更有利于避免和減緩反射裂縫的出現。該結構方案在佛山325國道和上海市使用后效果較好。

3.2 半柔性冷再生技術

對于病害較為嚴重的水泥混凝土路面,可以直接進行現場再生,將銑刨的混凝土碎料或廢棄的舊瀝青混合料用于再生混合料,而且在冷再生混合料中加入的水泥,可作為混合料的輔助再生劑。半柔性冷再生技術在國內的一些高速公路大修工程中得到嘗試,證明其能夠實現對原路面進行徹底整治,可以在舊路維修改造中進行大規模應用。

4 施工關鍵技術

4.1 原水泥混凝土路面處治

在水泥混凝土板上攤鋪水泥—乳化半柔性混合料之前,需要修復水泥混凝土板的病害,并在其上噴灑粘層油。1)對于無明顯損壞的路段,對裂縫和接縫進行清縫、灌縫處理后再鋪設加鋪層;個別損壞嚴重的舊水泥混凝土面板需進行整板更換;2)對路面損壞較為嚴重路段,如連續破碎的舊水泥混凝土路面板、沉陷嚴重及板底嚴重脫空路段采用碎石化技術進行破碎處理,可作為再生集料的一部分。

4.2 攤鋪

1)半柔性混合料的攤鋪氣溫不得低于5℃,如果在攤鋪中遇雨應停止攤鋪,防止乳液流失。建議在天氣晴朗、溫度適宜的條件下攤鋪;2)攤鋪機必須連續、均勻地攤鋪,不得隨意變換速度或中途停頓,以提高平整度、減少混合料的離析。攤鋪速度宜控制在2 m/min～5 m/min范圍內。當發現混合料出現明顯的離析、波浪時,應分析原因予以消除;3)半柔性混合料的松鋪系數應根據試鋪試壓確定,一般松鋪系數為1.2～1.3。

4.3 碾壓

半柔性混合料的碾壓遍數既要滿足壓實度,又不能造成過壓推移,碾壓參數見表2。

表2 水泥—乳化瀝青半柔性混合料的碾壓參數

1)由于水泥—乳化瀝青混合料的初期強度較低,為防止產生推擠,碾壓時必須控制壓路機的行進速度,一般控制在1.5 km/h～1.7 km/h;2)碾壓分三階段進行,第一階段:初壓不加振動,以防止乳液的流失。碾壓由邊緣向中間,并注意錯軸寬度且不漏壓;第二階段:采用高頻低幅振動碾壓;第三階段:使用輪胎壓路機或鋼輪壓路機碾壓至沒有輪跡出現為止。

4.4 養生

空氣中養生直至水泥—乳化半柔性混合料表面完全干燥。若天氣干燥,平均氣溫高于20℃,宜養生1 d～3 d。若天氣潮濕,平均氣溫較低,應養生3 d～5 d,根據現場實際情況酌情處理。

4.5 攤鋪面層

在水泥—乳化瀝青半柔性混合料表面干燥后方可進行面層的攤鋪。攤鋪面層前,需要清掃基層表面松散的顆粒,并及時噴灑粘層油。

5 結語

水泥—乳化瀝青半柔性混合料是一種經濟合理、技術可行、防裂性能好且具有良好路用性能的高等級路面結構材料。這種混合料既可以工廠冷拌制,也可進行現場冷再生,具有節能環保的優點。在現有水泥路面上加鋪這種混合料和瀝青面層,較傳統的白加黑結構更有利于避免和減緩反射裂縫的出現。總之,開展這種新型半柔性路面結構材料的性能研究,對于提高我國公路建設水平,特別是延長路面維修改造后的使用壽命,減少路面建設投資等諸多方面,都具有十分重要的社會經濟效益和推廣價值。

[1]JTG F40-2004,公路瀝青路面施工技術規范[S].

[2]JTJ 052-2000,公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程[S].

[3]馮 栓,蘭 超,黃 磊.乳化瀝青—水泥穩定碎石半柔性基層材料在舊路維修中的應用[J].養護機械&施工技術,2008(7):60-62.

[4]張 男.城市道路改造設計淺析[J].山西建筑,2008,34(13):302-303.