應(yīng)力加鋪層在“剛改柔”項目中的應(yīng)用

許自取

（福建省億達工程咨詢有限公司　福建　泉州　362000）

應(yīng)力加鋪層在“剛改柔”項目中的應(yīng)用

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在舊水泥混凝土路面大修中，為了防止反射裂縫的產(chǎn)生，采用應(yīng)力吸收層效果最為理想。針對橡膠瀝青（SAMI）作為應(yīng)力吸收層的作用原理及受力特性進行分析，探討了將橡膠瀝青應(yīng)用于水泥路面改造的施工技術(shù)要點。

舊路改造；反射裂縫；橡膠瀝青（SAMI）；應(yīng)力吸收層

1　前言

在舊水泥混凝土路面大修改造中，多采用加鋪瀝青層的方案。但混凝土板塊的縫隙會在車輛荷載和溫度應(yīng)力的綜合作用下擴展到瀝青面層，從而產(chǎn)生反射裂縫。北美、日本、北歐和我國北方等寒冷國家地區(qū)的瀝青加鋪路面都無法避免反射裂縫問題[1～2]。自20世紀60年代以來，國內(nèi)外學者對瀝青加鋪層結(jié)構(gòu)防反射裂縫措施的研究一直十分活躍[3]。美國聯(lián)邦公路局提出反射裂縫防治措施，集中于對加鋪層材料及結(jié)構(gòu)方面的考慮，包括瀝青加鋪層的厚度設(shè)計與稠度要求、瀝青混合料中柔性摻加物、防剝落劑等外摻劑種類、加鋪前對舊水泥路面接縫防水處理等[4]。文獻[5][6]從另一個角度，提出加鋪前對水泥路面切割或沖擊處理以減小板面尺寸、按照舊板塊規(guī)格對加鋪層預(yù)鋸橫縫以減小應(yīng)力集中、改性材料摻加于混合料以提高抗開裂性能等。近年來，瀝青加鋪層反射裂縫防治材料與方法推陳出新，如STRATA瀝青、瀝青瑪蹄脂碎石（SMA）、密集配瀝青穩(wěn)定碎石（大粒徑ATB）、改性瀝青膠砂（SBS）和橡膠瀝青（SAMI）應(yīng)力吸收層等。

經(jīng)多年研究和工程實踐證明，加厚瀝青加鋪層、剛性補強層等防治反射裂縫措施的實際效果不是很好，而采用應(yīng)力吸收層效果更為理想。在應(yīng)力吸收層選擇時，要求混合料具有較好的抗疲勞能力和抗反射裂縫能力，能夠改善路面的高溫穩(wěn)定性及提高抗永久變形能力。橡膠瀝青材料是將磨細之后的橡膠粉末摻入瀝青材料中，兩者加熱反應(yīng)后再作為黏結(jié)劑拌制瀝青混合料。橡膠瀝青具有高彈性和低勁度的特點，能降低面板與加鋪層之間的粘附阻力，使二者可以產(chǎn)生相對滑動，從而有效地減少舊水泥板縫隙引起的瀝青面層反射裂縫。美國科研人員研究表明，1cm厚橡膠瀝青封層的防反射裂縫能力相當于5cm厚普通重交通瀝青混合料，采用橡膠瀝青將極大減少面層厚度，減少施工造價和縮短施工工期。

2　SAMI應(yīng)力吸收層設(shè)計

SAMI應(yīng)力吸收層是采用橡膠改性瀝青材料，先噴灑橡膠瀝青油料，撒布單粒級粗集料，經(jīng)碾壓將集料嵌入瀝青油料內(nèi)形成應(yīng)力吸收層。SAMI應(yīng)力吸收層可以有效減小水泥板塊產(chǎn)生的反射應(yīng)力，延緩裂縫的產(chǎn)生，另外橡膠瀝青形成的富油層可以起到防止雨水下滲作用。優(yōu)質(zhì)的原材料、科學的配合比以及有效的施工工序是SAMI應(yīng)力吸收層各種功能充分發(fā)揮的前提[7]。

2.1原材料要求

SAMI應(yīng)力吸收層所用的主要材料包括橡膠瀝青和粗集料，SAMI性能要求如表1。另外，碎石起到傳遞荷載的作用，需要有足夠的強度，同時考慮層間過渡和層間黏結(jié)，因此石料和SAMI的黏附性要好，一般采用石灰?guī)r或玄武巖，須滿足表2要求。

表1　SAMI技術(shù)要求

表2　粗集料技術(shù)要求

2.2配合比設(shè)計

SAMI和碎石用量沒有嚴格的規(guī)范要求，目前最常用的方法是采用經(jīng)驗值。美國加州應(yīng)力吸收層設(shè)計指標按表3，且混合料設(shè)計中不需添加礦粉[8]。

表3　美國加州推薦配合比設(shè)計

在混合料的設(shè)計中不采用礦粉，這是因為礦粉的加入原本是為了使之與瀝青形成瀝青膠結(jié)物質(zhì)以提高瀝青的黏結(jié)力，而SAMI本身黏度已足夠大，大量吸附礦粉或粉塵將使其有效油量降低，混合料反而出現(xiàn)干澀現(xiàn)象，從而增大水損害的產(chǎn)生。

2.3結(jié)構(gòu)層設(shè)計

為達到較好的防治面層反射裂縫的效果，應(yīng)力吸收層的厚度不應(yīng)過大，通常為0.5～1.5cm。瀝青加鋪層作為正常的道路結(jié)構(gòu)層，單純地從增加瀝青面層厚度的角度達到減小應(yīng)力集中的目的并不經(jīng)濟，建議瀝青加鋪層合理的厚度范圍為8～13cm。

3　SAMI應(yīng)力吸收層施工關(guān)鍵點

3.1SAMI制備

SAMI的生產(chǎn)對溫度要求十分嚴格，確保施工質(zhì)量的關(guān)鍵在于各環(huán)節(jié)的溫度控制，SAMI加熱溫度控制在180～200℃，集料加熱溫度在170～180℃，各環(huán)節(jié)的溫度控制標準參考表4。拌和樓生產(chǎn)SAMI時，由于黏度較大，應(yīng)盡量縮短供給管道長度，并提前用導(dǎo)熱油對管道進行預(yù)熱。

表4　SAMI溫度控制（單位：℃）

3.2SAMI灑布

在施工中，應(yīng)嚴格按照設(shè)計量進行噴灑。該工序的質(zhì)量控制要點在于灑布量和灑布溫度的控制。灑布應(yīng)均勻，確保瀝青膜厚度一致。

3.3碎石撒布

在進行撒布作業(yè)前，為提高碎石與瀝青的粘附性，需提前將碎石水洗干凈，存儲于專用場地風干。SAMI噴灑后，立即鋪撒碎石，以鋪滿不散失為原則。及時采用人工撒布方式將不足區(qū)域進行補足，撒布完成后立即進行碾壓。

在應(yīng)力吸收層施工完成后，應(yīng)立刻進行上面層的瀝青混凝土施工。應(yīng)力吸收層施工與上面層施工應(yīng)緊湊進行，中間不得開放交通。

4　施工質(zhì)量檢驗

SAMI應(yīng)力吸收層施工階段質(zhì)量檢查標準如表5所示。

表5　SAMI應(yīng)力吸收層施工階段質(zhì)量檢查標準

對瀝青及粗集料的用量檢驗，將要灑布瀝青或撒布碎石時，在適當位置放置標準尺寸矩形容器，先稱其初始重量，待灑（撒）布車經(jīng)過容器后立即取出再稱其重，以此計算實際灑（撒）布量，調(diào)節(jié)灑（撒）布車自動裝置，直到達到設(shè)計用量為止。

5　結(jié)束語

設(shè)置SAMI應(yīng)力吸收層對減少瀝青面層在裂縫區(qū)的應(yīng)力集中很有效。實際道路結(jié)構(gòu)層中設(shè)置SAMI應(yīng)力吸收層后，雖然路面彎沉有所增大，但路面結(jié)構(gòu)整體強度并未減小，結(jié)構(gòu)層因此表現(xiàn)出來的柔性有利于增加路面結(jié)構(gòu)的疲勞壽命，延長路面使用年限。另外，使用SAMI應(yīng)力吸收層進行水泥路面處治可以合理利用廢舊輪胎，在節(jié)約資源及減少廢舊材料對環(huán)境污染兩方面均有重大意義。

[1]袁玉卿，王選倉，周鑫.改性瀝青應(yīng)力吸收層的應(yīng)用研究[J].筑路機械與施工機械化，2009（01）.

[2]王選倉，劉凱，李善強.瀝青加鋪層夾層材料抗反射裂縫性能研究[J].建筑材料學報，2010，13（2）.

[3]姚祖康.水泥混凝土路面設(shè)計理論和方法[M].北京：人民交通出版社，2003.

[4]Mukhtar M.T.,Dempsey B.J..Interlayer stress absorbing composite（ISAC）for mitigating reflective cracking in asphalt concrete overlays[R].Transportation Engineering Series No.94.Cooperative Highway and Transportation Series No.260.University of Illinois，UrbanaⅡ，1996.

[5]Chang H.S，Lytton R.L.et al.，Prediction of Thermal Reflective Cracking in West Texas.Texas Transportation Institute[R].Research Report 18-3.Study 2-8-73-18，March 1976.

[6]Kose S，Guler M，Bahia H U.Distribution of strain within asphalt binder in HMA using imaging and finite element techniques[J].Transportation Research Board，2001（1）.

[7]王浩，葉強，閆東波，等.橡膠瀝青SAMI應(yīng)力吸收層施工技術(shù)[J].公路交通技術(shù)，2008（3）：46～47.

[8]單彥賢，白琦峰.橡膠瀝青在高速公路加鋪改造中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代交通技術(shù)，2010，7（4）：28～30.

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1673-0038（2015）22-0248-02

2015-5-18