舊水泥路面瀝青罩面層病害及改進技術綜述

【摘 要】本文介紹了舊水泥混凝土路面瀝青罩面層的主要病害為反射裂縫，闡述了瀝青罩面層產生反射裂縫的病害機理，分析了國內外防治反射裂縫措施的現狀，提出了幾種防治和減少瀝青罩面層反射裂縫的有效措施。

【關鍵詞】水泥路面；瀝青罩面層；反射裂縫

0.引言

隨著交通建設的發展，我國許多公路進入到維修、保養期，很多水泥混凝土路面面臨大修和改建，在舊路面上直接加鋪瀝青罩面層是現在舊水泥路面大修和改建主要方式。在舊水泥路面上加鋪瀝青罩面層后，能夠消除原有接縫的不利影響，改善路面的使用功能，不僅提高了路面的承載能力，延長了路面的使用壽命，而且提高了路面服務水平；同時，加鋪瀝青層還具有施工迅速，對交通影響小等優點，所以在舊水泥混凝土路面上加鋪瀝青罩面層的這種措施得到了越來越廣泛的應用。

但是由于原水泥混凝土路面板接縫與裂縫的影響，加鋪瀝青層后經常會產生反射裂縫的問題。反射裂縫對瀝青罩面層使用性能影響并不大，但開裂后受環境因素影響會進一步發展，并影響基層和面層，縮短瀝青面層的使用壽命，因此，延緩與減少反射裂縫的發生和發展是舊水泥路面瀝青加鋪技術的關鍵。

1.舊水泥路面瀝青罩面層病害機理

舊水泥混凝土路面瀝青罩面層在使用一定時間后會產生反射裂縫，反射裂縫是由于舊水泥混凝土路面板接縫或裂縫附近的位移引起接縫或裂縫上方瀝青罩面層內出現應力集中造成的。舊水泥混凝土路面板的裂縫和接縫處不能承受拉（彎拉）應力及剪應力（或抗剪能力較低），瀝青罩面層承擔了該處大部分的拉（彎拉）應力或剪應力，在交通荷載及溫度的反復作用下，瀝青罩面層就會產生反射裂縫。

瀝青罩面層反射裂縫的擴展模式主要有兩種：張開型反射裂縫及剪切型反射裂縫。溫度及交通荷載作用是引起反射裂縫的兩大因素。

1.1張開型反射裂縫

溫度變化使得路面結構產生兩種變形，第一種是由于年溫度變化使得接縫處瀝青罩面層及水泥混凝土路面板產生收縮而引起的張開型反射裂縫。在寒冷的冬季，舊水泥混凝土板產生收縮變形，在接縫（或裂縫）處寬度變大，由于舊水泥混凝土面板與瀝青罩面層之間的粘結力，而帶動加鋪層出現收縮變形，在瀝青罩面層底部水泥混凝土板接縫或裂縫處產生應力集中，當拉應力超過瀝青罩面層本身的強度時，加鋪層就會出現裂縫，第二種是由于晝夜溫差導致溫度在各結構層中的不均勻分布，且不同材料具有不同的熱膨脹系數，造成水泥混凝土板及瀝青罩面層的收縮及翹曲而導致加鋪層產生的張開型反射裂縫。

1.2剪切型反射裂縫

交通荷載主要引起加鋪層的剪切型反射裂縫。由于舊水泥混凝土面板中接縫（或裂縫）的存在，當車輪荷載經接縫（或裂縫）時，舊路面的駛進板先向下彎沉，隨后駛離板向下彎沉而駛進板回復，因而接縫（或裂縫）兩側的板端出現位移差，使接縫（或裂縫）上方的瀝青罩面層經受較大的剪切應力，此剪切應力如超過瀝青罩面層的抗剪強度，在接縫（或裂縫）處的瀝青罩面層便會出現剪切型反射裂縫。

2.防治瀝青罩面層病害措施

2.1國內外防治措施現狀

為防止及減少瀝青罩面層反射裂縫，美國、英國、法國及日本等國家，對水泥混凝土路面加鋪瀝青路面技術和方法進行了大量研究，并取得了較為豐富的研究成果。有些成果已在實際工程中得到應用，并取得了較好的效果，如美國聯邦公路局（FHWA）于1970年提出了一個減少瀝青罩面層反射裂縫的龐大研究計劃NEEP-10。1988年美國瀝青協會對減少反射裂縫行之有效的三種方法進行了總結：在加鋪前對水泥混凝土路面板斷裂及穩固、對瀝青混凝土加鋪層鋸縫和填縫及瀝青混合料外摻橡膠粉等。

與國外相比較，我國在瀝青罩面層設計的理論和方法方面的研究以及相應的維修技術都較為落后，但我國的公路研究者們很早就在減少反射裂縫方面做過很多的分析研究，國內的同濟大學、長安大學、東南大學等高校及一些科研單位從20世紀80年代開始就相繼開展了這方面的研究，并結合實體工程鋪筑了大量的加鋪層試驗路，主要方法有：增加瀝青罩面層的厚度，選用優質瀝青及摻入纖維等阻裂材料，設置土工合成材料、鋼絲網或橡膠瀝青夾層，對半剛性層進行預切縫并加鋪土工織物處理，以及對舊水泥混凝土路面板進行斷裂穩固處理等。這些理論方法對解決我國的水泥混凝土路面加鋪瀝青路面過程中的反射裂縫問題都具有指導性意義。

2.2防治技術措施

2.2.1玻璃纖維土工格柵

玻璃纖維土工格柵又稱玻纖網，是一種新型的增強路面結構的土工基材，具有抗拉強度高、延伸率小、無蠕變、抗老化、耐腐蝕、高溫穩定性好、與瀝青混合料的相容性好等特點。在瀝青罩面層中使用玻纖格柵，可發揮其高強度、高模量的特點，能夠降低接縫處局部粘結層抗剪阻力及粘結力并起到加筋作用，使粘結層形成應力吸收膜，在加鋪層與水泥混凝土板之間構成緩沖層，隔離水泥路面板接縫處因溫度及輪載變形的突變，將反射裂縫應力由垂直方向轉為水平方向，有效地避免應力集中，改善路面結構應力分布，減少了應力突變對瀝青面層的破壞。所以在舊路接縫（或裂縫）處合理地使用玻纖格柵，有助于抵抗和延緩由于舊水泥混凝土路面接縫（或裂縫）引起的瀝青混凝土路面反射裂縫的發生。

2.2.2 Strata應力吸收系統

Strata反射裂縫應力吸收系統是由美國科氏材料公司為了延緩水泥混凝土路面瀝青罩面層反射裂縫而開發的。該系統的核心是Strata反射裂縫應力吸收層，它是一種高彈性、不滲透的聚合物改性瀝青混合料層。由于Strata應力吸收層的低溫粘彈特性及高溫穩定性能十分優良，所以當舊混凝土路面因溫度變化而發生膨脹時，應力吸收層不會產生高溫推移擁包和低溫裂縫，這樣就防止底部開裂而引起瀝青表面出現的裂縫，延緩了瀝青路面出現裂縫的時間，延長了瀝青路面的使用壽命。

2.2.3大粒徑瀝青混合料裂縫緩解層

通常所說的大粒徑瀝青混合料（LSAM）是指含有礦料的最大粒徑為25-53mm的熱拌瀝青混合料，通常混合料含有25%-35%的連通空隙。

大粒徑瀝青混合料中大粒徑礦料多、瀝青含量少、空隙率大，這種多空隙結構可有效地阻斷裂縫尖端的擴展路徑，削弱拉應力、拉應變的傳遞能力，并且能消散、吸收由交通荷載及溫度變化所產生的荷載應力和溫度應力。大粒徑瀝青碎石混合料收縮系數較小，其大粒徑、多空隙結構具有較大的塑性變形能力，可充分吸收接縫釋放的應變能，減小接縫處加鋪層的應力集中，從而延緩反射裂縫向上擴展的速度。

2.2.4混凝土破碎技術

當舊水泥混凝土路面的結構損壞較嚴重，斷板率較高，對損壞板進行修復后再采取其它措施已不經濟時，可以對舊水泥路面板進行破碎之后再加鋪瀝青結構層。根據路面狀況及工程實際，應用專用的水泥混凝土破碎機，將面層板破碎成碎塊，隨后使用壓路機在碎塊上碾壓數遍，使混凝土板坐落在基層上，與基層頂面之間無空隙。由于板塊尺寸減少，溫度下降時的收縮位移大大降低，因此降低了加鋪層的拉應力。同時，接縫和裂縫兩側板塊彎沉量和彎沉差也隨板塊尺寸的減小而降低，這樣就減少和延緩了加鋪層中反射裂縫的發生與發展，本文對混凝土破碎技術的研究主要是指水泥混凝土路面的碎石化技術，即將混凝土路面破碎成細小的顆粒。