瀝青路面在既有水泥路面改造中的應(yīng)用

肖 桂 清

(天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，天津 300450)

1 既有水泥路面改造技術(shù)

我國水泥路面從20世紀(jì)60年代修建開始，截止到2006年年末達(dá)到64.64萬km，大約占到公路總里程的65%。現(xiàn)在的問題是水泥路面大量已面臨著接近甚至超過了設(shè)計(jì)年限，很多水泥路面隨著使用年限的增加，路用性能逐漸下降，開始面對(duì)道路維修的難題[1]。之所以稱水泥路面的維修為難題，是因?yàn)橥瑸r青路面作為對(duì)比,目前世界范圍內(nèi)水泥路面維修分為三種方法：1)在水泥路面上鋪設(shè)瀝青路面；2)在水泥路面上鋪設(shè)新的水泥面板；3)水泥路面的維修。在三種方法里，水泥路面上加鋪瀝青面層方法應(yīng)用最為廣泛。既有水泥路面上加鋪瀝青面層可以融合水泥及瀝青路面的優(yōu)點(diǎn)：水泥路面作為基層，剛度較大，能承擔(dān)重載抵抗結(jié)構(gòu)性車轍；水泥路面改造后，平整度大大提高，保證行車舒適性與安全性；施工方便，造價(jià)低；降低車輛行駛噪聲，減小噪聲污染[2]。因此越來越多的水泥路面采用加鋪瀝青面層的方式進(jìn)行維修，也就是“白加黑”路面形式，滿足維修后道路的使用要求。

2 加鋪瀝青路面的技術(shù)問題

在水泥路面上加鋪瀝青面層的技術(shù)問題主要體現(xiàn)在：水泥路面和瀝青路面的剛度不同，剛?cè)崧访娌町愝^大，在一些特殊部位，還需特別設(shè)計(jì)。所以，在水泥路面上鋪設(shè)瀝青路面需要克服幾個(gè)技術(shù)問題：水泥路面接縫處瀝青面層的反射裂縫問題；瀝青路面與水泥路面的層間結(jié)合問題；改造后路面的穩(wěn)定性及鋪設(shè)瀝青面層的施工技術(shù)[3]。這些技術(shù)問題對(duì)加鋪瀝青面層后的路面性能有著非常大的影響，所以需要著重克服。其中，反射裂縫問題是最基本的問題。

造成水泥路面加鋪瀝青面層后產(chǎn)生反射裂縫的因素很多，主要是溫度、濕度、荷載等因素引起水泥面板移動(dòng)，導(dǎo)致瀝青面層底面產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過面層的抗拉強(qiáng)度時(shí)，瀝青面層就產(chǎn)生了裂縫。同時(shí)水泥路面存在縱橫接縫，在瀝青面層底部易出現(xiàn)應(yīng)力集中，從而導(dǎo)致面層裂縫。

3 防治反射裂縫的措施

從最早采用瀝青面層提高水泥路面路用性能開始，反射裂縫的防治工作研究也開始了，最早追溯到1930年。經(jīng)過多年研究，提出了很多方法來防治反射裂縫，概括起來主要有三種：既有水泥路面的穩(wěn)定處治、改善瀝青面層性能、設(shè)置夾層結(jié)構(gòu)。

在水泥路面改造前，對(duì)既有病害進(jìn)行整治，防止水泥板相互之間的位移，防止產(chǎn)生應(yīng)力集中可以大大改善反射裂縫現(xiàn)象。豎向位移是反射裂縫的主要因素，水泥面板底部脫空是豎向變形的主因，在改造前，對(duì)底部脫空處注漿，可以防止水泥板的豎向位移顯著減少瀝青路面加鋪后反射裂縫的產(chǎn)生。所以對(duì)既有路面改造前處理的關(guān)鍵轉(zhuǎn)變?yōu)槿绾螠?zhǔn)確識(shí)別既有水泥路面的病害。隨著道路無損檢測(cè)工藝的發(fā)展，超聲波路面探傷、落錘式彎沉儀檢測(cè)、雷達(dá)測(cè)損等可以準(zhǔn)確、科學(xué)的探測(cè)出水泥路面的病害，使穩(wěn)定處理成為可能。

對(duì)瀝青面層的破壞進(jìn)行分類歸納，可以分為剪切破壞及疲勞破壞。如果能提高瀝青面層的抗剪切性和耐疲勞性，是延緩甚至解決反射裂縫的另一個(gè)解決思路。根據(jù)以往研究資料，瀝青性能、瀝青混合料的結(jié)構(gòu)類型、級(jí)配組成是影響瀝青面層抗剪切性能的關(guān)鍵因素。瀝青混合料中的瀝青用量、細(xì)集料比例、油石比、纖維含量、空隙率等是瀝青面層抗疲勞性的影響因素。所以使粗骨料嵌擠成骨架結(jié)構(gòu)，細(xì)集料、礦粉、纖維、瀝青填滿骨架空隙，形成骨架密實(shí)型結(jié)構(gòu)是改善瀝青路面性能的主要途徑。

既有水泥路面板接縫、破裂處位移產(chǎn)生的應(yīng)力可以通過設(shè)置夾層結(jié)構(gòu)來消解。目前對(duì)此的研究內(nèi)容主要有三方面：在瀝青加鋪層和水泥路面之間設(shè)置基層，使加鋪層的厚度增大，減小反射裂縫發(fā)生的概率；設(shè)置玻纖格柵、玻纖布等高模量夾層，利用其抗拉強(qiáng)度大的特點(diǎn)延緩反射裂縫向上擴(kuò)展的趨勢(shì)；設(shè)置低模量的夾層，利用其變形能力強(qiáng)的特點(diǎn)，消散水泥路面板的位移，同時(shí)不開裂，保證瀝青面層不出現(xiàn)裂縫。低模量的夾層一般稱作應(yīng)力吸收薄膜夾層(SAMI)，簡稱應(yīng)力吸收層。工程應(yīng)用中，應(yīng)力吸收層使用最多。

4 應(yīng)力吸收層

應(yīng)力吸收層的瀝青用量大，彈性模量低，性能偏向于黏塑性，通過應(yīng)力吸收層的優(yōu)良塑性變形和彈性恢復(fù)能力，可以將水泥面板位移產(chǎn)生的應(yīng)力吸收，進(jìn)而抑制反射裂縫的出現(xiàn)。加鋪應(yīng)力吸收層可以增強(qiáng)層間黏結(jié)，改善層間接觸狀態(tài)。沒有裂縫防治措施時(shí)，裂縫是從下至上傳遞，當(dāng)設(shè)置了應(yīng)力吸收層時(shí)，初始時(shí)刻會(huì)改變裂縫的傳遞方向，抑制裂縫的傳遞速度。

應(yīng)力吸收層主要能起到以下幾方面作用：減緩瀝青面層底部的拉應(yīng)力、剪切應(yīng)力，減小瀝青面層承受的應(yīng)力集中；應(yīng)力吸收層不溶于水、不透水，是解決瀝青路面水損害的有效途徑之一；應(yīng)力吸收層由于模量不同于水泥和瀝青面層的模量，可以改善水泥板的受力特性，對(duì)于延長改造后路面的使用壽命起到了積極的作用，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。

4.1 材料及組成

應(yīng)力吸收層的特點(diǎn)要求瀝青的低溫抗裂性、抗疲勞性比較突出。應(yīng)力吸收層的瀝青用量大，瀝青的性能直接決定應(yīng)力吸收層的性能是否滿足要求。瀝青混合料的馬歇爾設(shè)計(jì)法混合料試件擊實(shí)后，泛油比較嚴(yán)重，故應(yīng)力吸收層的瀝青混合料試件適合選用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀成型。瀝青混合料一般為密實(shí)級(jí)配，應(yīng)力吸收層的集料公稱最大粒徑為4.75 mm，通過0.15 mm集料的質(zhì)量百分率不小于10%。應(yīng)力吸收層的厚度一般為2 cm～3 cm。瀝青混合料低溫抗裂性的主要決定因素是粒徑為0.075 mm集料、礦粉等細(xì)集料的含量，為增強(qiáng)應(yīng)力吸收層的低溫抗裂性，可以在配合比設(shè)計(jì)時(shí)適當(dāng)?shù)靥岣吡?.075 mm集料、礦粉的含量[4]。

4.2 類型

目前根據(jù)使用瀝青的不同，應(yīng)力吸收層一般分為三種：SBS改性瀝青應(yīng)力吸收層、高彈瀝青應(yīng)力吸收層、橡膠瀝青應(yīng)力吸收層。

1)SBS改性瀝青應(yīng)力吸收層。

研究采用有限元模擬，計(jì)算點(diǎn)如圖1，圖2所示，發(fā)現(xiàn)荷載和溫度作用下的最大主應(yīng)力、等效應(yīng)力、最大剪應(yīng)力均大幅減少[5]。

從以往調(diào)查資料可知，面層瀝青混合料的剝落、松散是在水泥路面上加鋪瀝青面層主要的病害，在車輛等水平荷載的作用下，瀝青面層與水泥路面之間的粘結(jié)不夠，抗剪強(qiáng)度不足是根本原因。在加鋪SBS應(yīng)力吸收層后，現(xiàn)場取樣試驗(yàn)，層間結(jié)合很好，能承受很大變形量，鋪設(shè)SBS應(yīng)力吸收層的路段，裂縫較少。

2)高彈瀝青應(yīng)力吸收層。

高彈瀝青應(yīng)力吸收層是在SBS改性瀝青應(yīng)力吸收層基礎(chǔ)上發(fā)展而來，主要選用高彈性SBS改性瀝青，使瀝青的高溫黏度和低溫延度性能卓越[6]，保證瀝青應(yīng)力吸收層的防水性能和抗變形性能。高彈瀝青應(yīng)力吸收層中具有較多的細(xì)集料，同時(shí)能保證不滲水，高柔韌性，變形后的恢復(fù)和自愈能力較好，從而減少反射裂縫。

3)橡膠瀝青應(yīng)力吸收層。

20世紀(jì)60年代，C.H.McDonald發(fā)明了橡膠改性瀝青，經(jīng)過多年的發(fā)展演變，在世界多個(gè)國家得到大量應(yīng)用，技術(shù)一直在完善，特別是對(duì)瀝青路面的抗疲勞開裂尤為顯著。使用橡膠瀝青應(yīng)力吸收層有效地降低和減緩水泥路面的反射裂縫，除可提高瀝青路面的使用壽命降低路面噪聲外，還符合節(jié)能環(huán)保，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的要求。

5 結(jié)語

本文從既有水泥路面的改造技術(shù)，引出加鋪瀝青面層，闡述該項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵問題是反射裂縫。防治反射裂縫可以通過設(shè)置應(yīng)力吸收層來解決，應(yīng)力吸收層中，改性瀝青的作用至關(guān)重要。隨著材料與結(jié)構(gòu)技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的高質(zhì)量改性瀝青應(yīng)用到應(yīng)力吸收層中，從而解決水泥路面加鋪瀝青面層的技術(shù)難題，使得水泥路面的改造切實(shí)可行，安全可靠。