SAMI在公路水泥路面改造中的應(yīng)用

王文義

摘要：如何防治反射裂縫，使現(xiàn)有道路能夠繼續(xù)承擔(dān)未來的交通荷載是舊混凝土路面加鋪瀝青混凝土需要解決的主要問題。橡膠瀝青應(yīng)力吸收層具有吸收應(yīng)力、減少反射裂縫、防水、粘接力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。文章通過實際工程中的應(yīng)用，對瀝青加鋪層反射裂縫產(chǎn)生機(jī)理、加鋪層設(shè)計方法以及基于應(yīng)力吸收層的瀝青加鋪層結(jié)構(gòu)及材料等作探討；重點(diǎn)論述橡膠瀝青應(yīng)力吸收層的作用機(jī)理和相關(guān)的施工工藝。

關(guān)鍵詞：反射裂縫；橡膠瀝青；應(yīng)力吸收層；疲勞試驗

中圖分類號：U418文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-2374（2012）01-0065-03

復(fù)合式路面兼具柔性路面行車舒適和水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)承載能力大的雙重優(yōu)點(diǎn)，在水泥混凝土路面舊路改造時，復(fù)合式路面常成為首選的路面結(jié)構(gòu)形式。然而，復(fù)合式路面在使用過程中仍然存在以下問題：一是反射裂縫的問題；二是水泥混凝土路面的粘結(jié)問題；三是面層混凝土的整體穩(wěn)定性，其中反射裂縫問題尤為突出，因此，如何預(yù)防復(fù)合式路面反射裂縫就成為了關(guān)注的熱點(diǎn)問題之一。

一、橡膠瀝青應(yīng)力吸收層的作用機(jī)理

（一）橡膠瀝青應(yīng)力吸收層定義

將等粒徑的石料均勻的滿鋪在橡膠瀝青層上，用膠輪壓路機(jī)進(jìn)行嵌擠碾壓，橡膠瀝青被擠壓到石料高度的約3/4，石料嵌鎖形成后將構(gòu)成結(jié)構(gòu)性支撐，這時所形成碎石封層模式的路面即為橡膠瀝青應(yīng)力吸收層。

（二）橡膠瀝青應(yīng)力吸收層功能特點(diǎn)

抗反射裂縫：在橡膠瀝青應(yīng)力吸收層中，高用量的橡膠瀝青與等粒徑的碎石強(qiáng)力粘結(jié)，形成約1cm厚的裂縫反射結(jié)構(gòu)層，水穩(wěn)層或舊水泥路面的各種裂縫將很難穿透該層，可以有效遏制裂縫的反射。

抗水損壞：橡膠瀝青用量較大，在路面上會形成約3mm厚度的瀝青膜，完全可以防止雨水的向下滲透，對路基起到保護(hù)作用。其次，在上面攤鋪瀝青混合料時，橡膠瀝青應(yīng)力吸收層頂部的橡膠瀝青會二次熔化，經(jīng)路面壓實后會充分填充其面層混合料底部的縫隙，從而排除了層間存水的可能，起到防止水損壞的作用。

粘結(jié)作用：橡膠瀝青擁有超強(qiáng)的粘性，它可以非常牢固的吸附粘結(jié)在水穩(wěn)層或舊水泥路面上，從而起到與路面的粘結(jié)作用。

橡膠應(yīng)力吸收層的作用機(jī)理是在保持瀝青鋪裝受力狀態(tài)良好的前提下，通過較厚的界面橡膠膜水平剪切變形和碎石的轉(zhuǎn)動，削減和吸收由水泥混凝土板在接縫或裂縫處的相對位移引起的瀝青層的應(yīng)力或應(yīng)變，達(dá)到預(yù)防或延緩反射裂縫的作用。

二、應(yīng)力吸收層路面結(jié)構(gòu)試驗

（一）偏荷載足尺疲勞試驗

隨著加載次數(shù)的增加，承載板附近接縫處開始出現(xiàn)初始裂縫，普通瀝青混凝土加鋪層AC-16Ⅰ（結(jié)構(gòu)類型1）在4種結(jié)構(gòu)中最早出現(xiàn)裂縫，最終整個加鋪層裂縫貫通裂縫寬度最大為3.4mm；瀝青混凝土加鋪層AC-16Ⅰ+玻纖格柵（結(jié)構(gòu)類型2）終裂時，與結(jié)構(gòu)類型1結(jié)構(gòu)相比，裂縫分布較疏，裂縫最大寬度為1.6mm；而結(jié)構(gòu)類型3（7cm瀝青混凝土AC-16Ⅰ+土工布）裂縫分布規(guī)律與結(jié)構(gòu)類型2類似，裂縫分布較結(jié)構(gòu)類型1稀疏，且寬度較小，最大裂縫寬度為1.8mm，從初裂次數(shù)及終裂次數(shù)來看，土工布對防止剪切型反射裂縫的效果并不明顯；應(yīng)力吸收層結(jié)構(gòu)（結(jié)構(gòu)類型4）裂縫分布較疏且細(xì)，裂縫寬度也較小，最大為1.2mm，一般多為1mm以下，說明STRATA應(yīng)力吸收層起到了吸收和減緩應(yīng)力的作用。

從大型疲勞試驗結(jié)果來看，荷載型反射裂縫從承載板附近開始產(chǎn)生，然后向兩側(cè)擴(kuò)展，瀝青加鋪層裂縫均集中在混凝土板接縫附近，說明瀝青加鋪層在接縫處產(chǎn)生應(yīng)力集中而產(chǎn)生裂縫，并進(jìn)一步發(fā)展導(dǎo)致加鋪層斷裂。各加鋪層抗剪切型反射裂縫能力為：STRATA應(yīng)力吸收層加鋪層結(jié)構(gòu)＞玻纖格柵加鋪層結(jié)構(gòu)＞土工布加鋪層結(jié)構(gòu)＞普通瀝青混凝土加鋪層結(jié)構(gòu)。應(yīng)力吸收層加鋪層結(jié)構(gòu)在4種加鋪層中抗剪切型反射裂縫的效果最佳。

（二）溫度型反射裂縫大型疲勞特性

大型足尺試驗研究結(jié)果表明：STRATA應(yīng)力吸收層具有良好的消解水泥混凝土板塊接縫處的應(yīng)力集中現(xiàn)象，可有效地防止水泥混凝土面板由于溫縮而引起的加鋪層反射裂縫。其良好的彈性和抗疲勞性能可使水平位移在較寬的范圍內(nèi)分散，延緩裂縫失穩(wěn)擴(kuò)展，從而延緩裂縫反射的速度。“STRATA應(yīng)力吸收層+瀝青混凝土”結(jié)構(gòu)形式在抵抗水泥混凝土面板的反射裂縫方面，優(yōu)于其它兩種結(jié)構(gòu)形式。

（三）彎拉型和剪切型反射裂縫MTS疲勞模擬驗證試驗研究

盡管鋪設(shè)應(yīng)力吸收層的普通瀝青混凝土最終的開裂次數(shù)與普通瀝青混凝土+鋪玻纖格柵基本相同，但由于應(yīng)力吸收層具有優(yōu)異的抗中荷載破壞的能力，因此在實際工程中，加鋪應(yīng)力吸收層的瀝青混凝土抗反射裂縫的能力要優(yōu)于其它方案。

（四）剪切型（偏荷載加載）疲勞試驗

在偏荷載作用下，分別觀測各種加鋪結(jié)構(gòu)反射裂縫的初裂、擴(kuò)展到1cm、2cm、3cm及終裂次數(shù)。通過室內(nèi)試驗，得出了各試驗方案瀝青加鋪層隨偏荷載疲勞荷載作用反射裂縫上升至瀝青加鋪層頂面的作用次數(shù)，試驗結(jié)果見表3：

從上表中抗偏荷載作用下的疲勞破壞方面可以看出，1、2、3、4四種方案的裂縫發(fā)展趨勢和抗疲勞作用次數(shù)差異較小，而當(dāng)瀝青混凝土下面加鋪應(yīng)力吸收層結(jié)構(gòu)時，卻由于應(yīng)力吸收層可以吸收及擴(kuò)散應(yīng)力，增大應(yīng)力分布范圍作用，使得在偏荷載作用下，瀝青混凝土的抗反射裂縫的能力大大提高。

在抗荷載型反射裂縫方面，不管是彎拉型（中荷載加載）疲勞試驗還是剪切型（偏荷載加載）疲勞試驗，應(yīng)力吸收層加鋪結(jié)構(gòu)效果最好，玻纖格柵結(jié)構(gòu)次之，在水泥混凝土上直接加鋪普通瀝青混凝土結(jié)構(gòu)效果最差。

三、橡膠瀝青應(yīng)力吸收層的工程運(yùn)用

（一）橡膠瀝青應(yīng)力吸收層試驗段的技術(shù)要求

為推廣新技術(shù)而積累經(jīng)驗，G312線咸陽出口路大修分不同路段做了三處SAMI橡膠瀝青應(yīng)力吸收層試驗段，具體段落為：K1516～K1517右幅（正常路段）、K1518～K1519右幅（上坡路段）和K15200～K1521右幅（下坡路段），以分別跟蹤分析橡膠瀝青應(yīng)力吸收層在正常路段、上坡路段和下坡路段的路用性能。SAMI技術(shù)參數(shù)見表4：

（二）橡膠瀝青應(yīng)力吸收層施工

1．橡膠瀝青的生產(chǎn)。橡膠瀝青生產(chǎn)的關(guān)鍵因素是溫度的控制。用于噴灑和用于拌和的橡膠瀝青的生產(chǎn)方法基本相同。生產(chǎn)前，基質(zhì)瀝青需加熱到204℃～226℃的高溫（橡膠瀝青是不能加熱的）。橡膠瀝青膠結(jié)料必須在攪動狀態(tài)下反應(yīng)至少45分鐘才能達(dá)到較為理想的反應(yīng)效果，反應(yīng)溫度應(yīng)保持在規(guī)定的溫度。橡膠瀝青生產(chǎn)完成后，應(yīng)將橡膠瀝青保溫儲存。施工前基面的處理必須滿足規(guī)定要求，同時應(yīng)徹底清除基面上的泥土和雜物，并確保基面的粗糙、干凈及干燥。需用的設(shè)備應(yīng)進(jìn)入待命狀態(tài)，包括橡膠瀝青灑布車、碎石撒布機(jī)和膠輪壓路機(jī)。

2．預(yù)拌碎石。為保證撒布的石料與橡膠瀝青的充分粘結(jié)，石料需預(yù)先采用油石比為0.40%～0.60%的普通熱瀝青進(jìn)行預(yù)裹，拌和溫度在150℃～170℃。

3．彈性活化橡膠瀝青的灑布。在處理好的基面上噴灑彈性活化橡膠瀝青。橡膠瀝青用量2～3kg/㎡，灑布必須均勻，瀝青灑布量要嚴(yán)格控制，不宜多也不宜少，噴灑最大偏差量不應(yīng)超過規(guī)定的±0.2kg/㎡。瀝青縱向銜接應(yīng)與已灑布部分重疊10cm左右。

4．撒布碎石。噴灑橡膠瀝青后應(yīng)立即滿鋪碎石，碎石撒鋪量推薦采用15～22kg/㎡，可用碎石撒布車撒布。根據(jù)試鋪情況確定，以滿鋪、不散失為度，對于局部碎石撒鋪量不足的地方，應(yīng)人工補(bǔ)足。最低撒布溫度不低于120℃。

5．碾壓。采用輪胎壓路機(jī)進(jìn)行壓實。碎石撒鋪后應(yīng)立即進(jìn)行碾壓作業(yè)。根據(jù)需要選擇壓路機(jī)的數(shù)量，施工中為了確保碾壓的溫度，要求膠輪緊隨碎石撒布車后面碾壓，距離不能超過5米，碾壓遍數(shù)2～3遍為宜。

6．清掃。碾壓完畢后，清除多余的沒有粘結(jié)的松散碎石，以避免影響與上層的粘結(jié)性能。

7．開放交通要求。橡膠瀝青應(yīng)力吸收層的施工應(yīng)與上面層瀝青混凝土緊湊進(jìn)行，中間不開放交通，若期間必須開放交通，須待碾壓施工完成3小時后方可開放交通，但車速不宜超過25km/h。

四、結(jié)語

國內(nèi)已有多條水泥混凝土路面進(jìn)行了路面改造，工程實踐證明，橡膠瀝青應(yīng)力吸收層的加鋪層結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的抗反射裂縫的能力，抗裂效果較好。集中、全面的解決了復(fù)合式路面在使用過程中仍然存在的反射裂縫問題、水泥混凝土路面的粘結(jié)問題、面層瀝青混凝土的整體穩(wěn)定性問題、施工工藝問題。能夠提高路面鋪裝層使用性能和使用壽命，可作為今后復(fù)合式路面及其他各型路面鋪裝的重點(diǎn)發(fā)展實施

方向。

參考文獻(xiàn)

[1] 黃睿，李丹．復(fù)合式路面反射裂縫防止技術(shù)的探討[J]．公路工程與運(yùn)輸，2006，（5）．

[2] 防治復(fù)合式路面的反射裂縫技術(shù)要求[J]．同濟(jì)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2005，（12）．

[3] 楊斌，廖衛(wèi)東，等．應(yīng)力吸收層緩解瀝青混凝土加鋪層應(yīng)力集中的數(shù)值模擬分析[J]．公路，2007，（11）．

[4] 鄭元驊．瀝青加鋪層反射裂縫產(chǎn)生的原因及防止措施[J]．山西建筑，2007，（7）．

[5] 廖衛(wèi)東．基于應(yīng)力吸收層的舊水泥混凝土路面瀝青加鋪層結(jié)構(gòu)與材料研究[J]．湖北交通科技，2006，（2）．

（責(zé)任編輯：趙秀娟）