談“白改黑”工程反射裂縫防治結(jié)構(gòu)層性能研究

唐 山 林

(貴州交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，貴州 貴陽 550008)

談“白改黑”工程反射裂縫防治結(jié)構(gòu)層性能研究

唐 山 林

(貴州交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，貴州 貴陽 550008)

針對“白改黑”工程中路面容易形成反射裂縫的情況進(jìn)行了調(diào)查，并對常見反射防治結(jié)構(gòu)層進(jìn)行了對比分析，試驗(yàn)得到橡膠瀝青混凝土是防治反射裂縫的優(yōu)良材料，提出防治反射裂縫是確保“白改黑”工程質(zhì)量的關(guān)鍵。

“白改黑”，反射裂縫，橡膠瀝青混凝土

0 引言

水泥混凝土路面因?yàn)榫哂袕?qiáng)度高、使用壽命長、維護(hù)費(fèi)用低、抗磨耗能力強(qiáng)等特點(diǎn)，在我國得到廣泛運(yùn)用。隨著交通流量的不斷增加、車載、溫度、水等因素的影響，混凝土路面未達(dá)到使用年限就出現(xiàn)了較多病害，大量水泥路面的使用狀況急需改善。目前我國多采用在舊水泥路面加鋪瀝青混凝土面層的方式進(jìn)行水泥路面的維修改造，該路面結(jié)構(gòu)吸收了兩種路面材料的優(yōu)點(diǎn)，能達(dá)到“剛?cè)岵?jì)”的效果。這種“白改黑”的養(yǎng)護(hù)方式在水泥路面改造中取得不錯成果。在“白改黑”工程中，路面反射裂縫嚴(yán)重影響路面養(yǎng)護(hù)效果，防治反射裂縫是確保“白改黑”工程質(zhì)量的關(guān)鍵[1，2]。

1 反射裂縫開裂機(jī)理

由于舊水泥路面存在接縫和裂縫，在車載壓力和溫度應(yīng)力的影響下，舊水泥路面的開裂會反射到瀝青面層，加鋪的瀝青混凝土面層會再次出現(xiàn)裂縫，即反射裂縫。原水泥混凝土路面出現(xiàn)損壞的同時(shí)，基層與路基狀態(tài)也發(fā)生了變化，出現(xiàn)承載能力下降和路基沉降，雖然我們會對舊路面進(jìn)行修復(fù)，但路基和基層的病害現(xiàn)象始終存在，加鋪瀝青面層后，兩種材料的剛度相差較大，水泥混凝土的收縮性很大，容易在其界面形成較大剪力，且舊水泥路面存在伸縮縫，其在荷載與溫度作用下產(chǎn)生垂直和水平方向的位移導(dǎo)致加鋪瀝青層的應(yīng)力集中，形成反射裂縫。在“白改黑”工程中反射裂縫是無法避免的，它從瀝青混凝土的底部到上部逐步發(fā)展形成。加強(qiáng)舊路面的病害處理，加鋪反射裂縫防治結(jié)構(gòu)層可以阻礙反射裂縫的形成，最終達(dá)到增加改造路面的壽命[3，4]。為此，國內(nèi)外大量學(xué)者對防反射層進(jìn)行了研究。

2 防反射裂縫結(jié)構(gòu)層材料比選

防反射裂縫結(jié)構(gòu)層是一種有效的防治反射裂縫的方法，常用材料主要是土工布，橡膠瀝青SAMI和橡膠瀝青混凝土作為防反射層，收到一定的效果。其中土工布包括聚乙烯土工布、聚酯針刺無紡?fù)凉げ嫉?，具有較高的拉伸量和抗拉強(qiáng)度，但土工布存在使用不當(dāng)有可能造成層間脫離問題，加鋪瀝青面層時(shí)容易被碾壓車輪帶起，引起土工布缺失。橡膠瀝青SAMI應(yīng)力層是在水泥路面上撒布一層橡膠瀝青，然后撒布13.2 mm～9.5 mm的等粒徑碎石，通過壓路機(jī)碾壓成型。SAMI的彈性恢復(fù)好，粘度大，具有優(yōu)異的耐疲勞性能,具有良好的防反射能力。但是其施工要求較高，容易造成石料撒布不均勻，施工質(zhì)量難以控制。橡膠瀝青混凝土具有比SAMI更好的防反射效果，而且成型容易，施工質(zhì)量容易控制[5]，考慮到性能和施工的因素，熱拌橡膠瀝青混凝土是一種更好的防治裂縫加鋪層。

2.1 橡膠瀝青混凝土的配合比

試驗(yàn)室做了AR-AC5橡膠瀝青混凝土的配合比設(shè)計(jì)，采用AR橡膠改性瀝青，集料采用4號料(0.75 mm～4.75 mm)設(shè)計(jì)配合比如下：對AR橡膠改性瀝青的技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 AR橡膠改性瀝青技術(shù)指標(biāo)

橡膠瀝青的粘度較高，可以提高其抗高溫變形的能力，具有較強(qiáng)的高溫穩(wěn)定性，同時(shí)也具有低溫柔韌性和低溫抗裂性。

橡膠瀝青混凝土的集料選擇4號料，由于加鋪層較薄，且主要起防反射裂縫的作用，也就是要求較高的抗剪能力，且有較好的防水性能，因此它的級配范圍選在0 mm～4.75 mm。AC-AR5橡膠瀝青混凝土礦料配合比見表2。

表2 AC-AR5橡膠瀝青混凝土礦料配合比

通過對橡膠瀝青混凝土做馬歇爾實(shí)驗(yàn)得到表3數(shù)據(jù)。

表3 混凝土的各項(xiàng)指標(biāo)

橡膠瀝青混凝土是一種具有高溫穩(wěn)定性、低溫柔韌性、抗老化性、抗疲勞性、抗水損壞性等性能的較為理想的環(huán)保型路面材料，由于橡膠瀝青中含有很高的粘貼劑含量、瀝青膜厚度和良好的彈性，能改善抵抗路面產(chǎn)生疲勞裂縫和反射裂縫的能力。

2.2 橡膠瀝青混凝土的彎拉疲勞試驗(yàn)

筆者利用反射裂縫擴(kuò)展機(jī)理設(shè)計(jì)了試驗(yàn)，利用MTS試驗(yàn)機(jī)模擬水泥路面加鋪瀝青混凝土路面進(jìn)行彎拉型疲勞試驗(yàn)，通過選擇不加鋪防反射層，加鋪土工布，橡膠瀝青SAMI，AR-AC5橡膠瀝青混凝土做防反射層進(jìn)行對比試驗(yàn)[6]。

1)試驗(yàn)方案。試驗(yàn)采用集中荷載加載，利用兩塊100 mm×100 mm×100 mm水泥試件做水泥面板的模擬，兩塊水泥試件留1 cm的空隙，然后加鋪土工布，橡膠瀝青SAMI，AR-AC5橡膠瀝青混凝土，其中土工布為無紡?fù)凉げ迹鹉z瀝青SAMI厚度為2 cm，AR-AC橡膠瀝青混凝土為2 cm。在防反射層上鋪5 cm厚的SMA-13,試驗(yàn)試件模型見圖1，MTS試驗(yàn)機(jī)見圖2。

在瀝青加鋪層的頂部加載，加載面積為3 cm×12.5 cm，試驗(yàn)溫度為(20±1) ℃，首先測定瀝青混凝土加鋪面層結(jié)構(gòu)的極限破壞荷載，然后按照0.4的應(yīng)力水平循環(huán)加載，測定加鋪試件的疲勞破壞次數(shù)，荷載比為0.1，加載波形為半正弦型，加載頻率為10 Hz，最大加載值為4.41 kN，最小加載值為0.56 kN，極限破壞荷載為10.35 kN。在集中荷載的加載下，記錄下瀝青混凝土面層終裂時(shí)的次數(shù)[1，2]。

2)試驗(yàn)結(jié)果。對水泥板上不加鋪防反射層，加鋪土工布，橡膠瀝青SAMI，AR-AC5橡膠瀝青混凝土4種加鋪方式進(jìn)行對比得到結(jié)果見圖3。

3)試驗(yàn)結(jié)果分析。通過對比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，防反射裂縫加鋪層具有良好的效果，未使用加鋪層的路面結(jié)構(gòu)疲勞循環(huán)次數(shù)只有3 256次，與加鋪了土工布的9 075次，加鋪橡膠瀝青SAMI的13 522次，加鋪了橡膠瀝青混凝土AR-AC5的14 238次相比，抗裂強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，這樣的路面結(jié)構(gòu)將會形成早期的反射裂縫病害，三種加鋪層中，加土工布防反射裂縫的效果不如后兩者好，AR-AC5加鋪層效果最好，雖然橡膠瀝青SAMI效果也接近AR-AC5加鋪層，但AR-AC5在施工時(shí)采用熱拌攤鋪的方式，能夠保證施工的質(zhì)量，是一種較好的防治反射裂縫的方式，因此在云南曲勝高速公路K15+600～K17+700路段“白改黑”工程中，使用橡膠瀝青混凝土AR-AC5作為防反射裂縫加鋪層做試驗(yàn)。

3 工程實(shí)例

3.1 工程概況

云南曲勝高速公路通車至今已經(jīng)11年，為水泥路面面層，近年來隨著交通流量增大，加之大量的超重車輛對路面的損壞，路面已經(jīng)形成較多的裂縫、錯臺、表面破碎等病害(見圖4)。鑒于路面較差的現(xiàn)狀，必須進(jìn)行路面改造，首先對破壞較為嚴(yán)重的K15+600～K17+700路段進(jìn)行“白改黑”路面改造工程。

3.2 改造工程

通過對曲勝高速公路K15+600～K17+700路段原混凝土板的全面調(diào)查，包括斷裂板塊的調(diào)查，實(shí)際彎沉的檢測，確定了病害的種類，對裂縫進(jìn)行了修補(bǔ)，脫空處采用注漿處理，大面積破碎的板塊之間采用換板處理，對原路面的病害進(jìn)行了全面有效的修補(bǔ)處理。采用熱拌橡膠瀝青AR-AC5進(jìn)行防反射裂縫層的攤鋪和壓實(shí)，厚度為2 cm，然后分層攤鋪面層瀝青混凝土路面(見圖5)。

改造路段通車后，路面性能良好，即使車流量在繼續(xù)增大，而且也有重車經(jīng)過，路面性能保持良好，沒有出現(xiàn)早期的反射裂縫，通過一年半的跟蹤調(diào)查，未出現(xiàn)反射裂縫(見圖6)。

4 結(jié)語

1)通過調(diào)查與試驗(yàn)研究，在“白改黑”工程中，在水泥混凝土路面板上加鋪一層防治反射裂縫的加鋪層是十分有必要的，它能大大增加改造路面防反射裂縫的能力，延長瀝青混凝土面層的壽命。

2)通過對常用的防反射裂縫加鋪層的試驗(yàn)研究，得出土工布、橡膠瀝青SAMI、橡膠瀝青混凝土AR-AC5都具有良好的防反射能力，但橡膠瀝青混凝土AR-AC5不但具有最好的抗反射能力，而且它的施工較方便，容易控制施工質(zhì)量，在工程實(shí)例中具有良好效果。

3)橡膠瀝青混凝土AR-AC5在室內(nèi)試驗(yàn)中取得了良好的效果，在工程實(shí)例中也有較好的防反射能力。

[1] 溫皓琳，任景冰.應(yīng)力吸收層在舊水泥混凝土路面改造中的應(yīng)用[J].經(jīng)濟(jì)技術(shù)協(xié)作信息，2008(6)：75-78.

[2] 廖衛(wèi)東.STRATA應(yīng)力吸收層的級配特征與施工控制技術(shù)[J].公路，2005(5)：21-22.

[3] 周富杰，孫立軍，張南鷺，等.5種措施防治反射裂縫效果的試驗(yàn)室評價(jià)[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)，1998，26(2)：2.

[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，2007，33(7)：132-133.

[5] 李光明.水泥路面“白改黑”的防裂技術(shù)[J].路基工程，2010(5):217-219.

[6] 王 敏，張東長，竇彥磊.“白改黑”工程中常用反射裂縫防治材料效果分析研究[J].公路交通技術(shù)，2010(4)：38-42.

Research on reflection cracks prevention structure layer in “add-surfacing AC layer on PCC” projects

Tang Shanlin

(GuizhouCommunicationVocationalCollege,Guiyang550008,China)

The paper investigates the reflection cracks in the “add-surfacing AC layer on PPC” project, undertakes the comparison and analysis of common reflection prevention structural layer, concludes the rubber asphalt concrete is the optimal materials to prevent reflection cracks, and points out the prevention is the key to ensuring the project quality.

“add-surfacing AC layer on PPC”, reflection crack, rubber asphalt concrete

2015-03-29

唐山林(1989- )，男，碩士，助教

1009-6825(2015)16-0171-02

U418

A