舊水泥混凝土路面瀝青混凝土加鋪層的研究綜述

曹沈陽

（甘肅省蘭州公路管理局，甘肅 蘭州 730000）

目前，我國公路通車總里程位居世界第一位，也是擁有水泥混凝土路面最多的國家。但在使用性能方面，水泥混凝土路面或多或少存在一些問題。結(jié)構(gòu)性破壞和功能性缺陷已發(fā)生在早期修建的水泥混凝土路面上，嚴重影響了路面的平整性和行車舒適性。舊混凝土路面的修補技術(shù)比較復(fù)雜，對交通的影響較大，成本較高，修復(fù)效果欠佳，如何對舊混凝土路面進行有效的修復(fù)是一個技術(shù)難題。隨著研究的深入，舊混凝土路面加鋪層技術(shù)進入了人們的視野，國內(nèi)外學(xué)者對此項技術(shù)做了大量的研究[1-5]，但在加鋪層的材料、結(jié)構(gòu)、設(shè)計及厚度方面的研究成果還不能有效的對施工過程進行指導(dǎo)，甚至在一些工程中相關(guān)人員僅憑經(jīng)驗去施工，結(jié)果加鋪的效果不理想，造成資源的浪費和經(jīng)濟損失。

舊混凝土路面的加鋪層主要分為混凝土面層和瀝青面層兩種類型。因瀝青混凝土面層有路面平整度高、行車舒適性高、噪聲小等優(yōu)點而廣泛用作加鋪層，這樣，新路面不僅具有舊混凝土路面的剛性還有瀝青混凝土路面的柔性，新路面具有良好的結(jié)構(gòu)性能和使用性能。然而，舊混凝土路面的接縫會對瀝青混凝土路面產(chǎn)生力學(xué)影響，反射裂縫會在此處發(fā)生，縮短路面的使用壽命。所以如何防止舊混凝土路面瀝青加鋪層產(chǎn)生反射裂縫一直是研究者探究的探究的問題。

1 加鋪層瀝青混凝土路面的特點

原水泥混凝土路面在車輛荷載的重復(fù)作用下，原路面的地基和基層有較好的穩(wěn)定性，加鋪瀝青路面能充分利用舊水泥混凝路面原有的強度，此外，在改造過程中，只是在原有道路的基礎(chǔ)上處理面層和基層，故施工速度快，成本較低，能盡快恢復(fù)道路的交通，對交通及周圍的環(huán)境影響較小。水泥混凝土路面上加鋪瀝青層會形成復(fù)合式路面結(jié)構(gòu)，這樣不僅增強路面的剛度，還能使路面具有柔性，提高路面的平整度和行車的舒適度；所以瀝青加鋪層路面已在工程實際中充分利用。

2 瀝青加鋪層反射裂縫的產(chǎn)生機理

國內(nèi)對舊混凝土路面加鋪層研究應(yīng)處于探索試驗階段，由于我國幅員廣闊，各地的氣候條件、地質(zhì)條件和交通條件都存在著很大的區(qū)別，試驗結(jié)果間也或多或少存在一定的差別。目前反射裂縫開裂機理可總結(jié)為三種形式，一是在車輛荷載的重復(fù)作用下，在瀝青加鋪層的下面首先產(chǎn)生裂縫，這種裂縫叫做張開型反射裂縫；二是由外部環(huán)境溫度變化導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生溫度應(yīng)力，溫度應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫叫做張開型反射裂縫；三是在交通荷載和溫度應(yīng)力共同作用下而產(chǎn)生的混合裂縫。

產(chǎn)生反射裂縫的原因可歸為以下幾個原因[6-10]：

1）在舊混凝土路面板原有裂縫處、混凝土面板坑槽處或舊路面板不連續(xù)處，在交通荷載的重復(fù)作用下，再加上存在高度差及彈性模量的不同，此區(qū)域瀝青加鋪層底部會出現(xiàn)應(yīng)力集中和剪切應(yīng)力，在這兩種力的作用下會引起反射裂縫的產(chǎn)生。

2）舊水泥混凝土面板表面在汽車輪胎的反復(fù)作用下，面板表面比較光滑，摩擦系數(shù)變小，混凝土面板與瀝青加鋪層的粘接性不強，或者在舊路板塊接縫處設(shè)置應(yīng)力吸收層的情況下，雨水經(jīng)瀝青混凝土路面內(nèi)部的空隙流入到舊混凝土面板與加鋪層之間，使應(yīng)力吸收層濕潤，基層和面層的粘結(jié)力降低，在交通荷載水平分力下，瀝青加鋪層發(fā)生推移破壞，進而發(fā)生破壞。

3）路面結(jié)構(gòu)會受到外界環(huán)境溫度的變化而發(fā)生變形，一是在外界環(huán)境溫度變低時，舊混凝土路面板會發(fā)生收縮，舊混凝土路面板之間的接縫會增大，瀝青混凝土面層在此處受到的剪切應(yīng)力變大；二是路面各結(jié)構(gòu)層有不同的熱膨脹系數(shù)，在外界溫度發(fā)生變化時，各結(jié)構(gòu)層內(nèi)的溫度是不一樣的，膨脹的程度不一樣，故在接縫處發(fā)生裂縫。

4）舊水泥混凝土路面本身就存在著諸多病害，如脫空、錯臺、唧泥、接縫剝落和填縫料損壞等，故舊混凝土路面的平整度很差，為了保證瀝青加鋪層路面較好的平整度，瀝青加鋪層的厚度是不均勻的，故而瀝青混凝土路面的強度將受到影響。

3 防止反射裂縫的措施

1）距口封縫法，舊水泥混凝土面板加鋪瀝青混凝土路面后，在舊混凝土面板接縫處將瀝青混凝土面層鋸開，為了防止裂縫被污染物（水、沙石及其他異物）污染，應(yīng)對裂縫進行密封處理，這樣能有效的釋放混凝土面板接縫處的集中應(yīng)力，進而能達到防止反射裂縫的發(fā)生，此方法簡單易操作，并能取得良好的效果，但裂縫的保養(yǎng)和維護需要大量的工作。

2）增加瀝青加鋪層的厚度，由于厚度增加，瀝青混凝土的剛度增加，抗彎曲性能增強。舊混凝土路面在接縫處，交通荷載和溫度荷載共同作用下產(chǎn)生的應(yīng)力減小，反射裂縫的路徑長度也相對延長，時間也延長，故瀝青加鋪層路面的壽命延長。瀝青加鋪層路面厚度的增加確實能夠延緩反射裂縫的發(fā)生，取得了一定的效果，但成本較高，不經(jīng)濟。

3）采用大粒徑開級配瀝青碎石作為裂縫緩解層，所謂的大粒徑是最大粒徑為50mm、63mm、75mm的碎石，因大粒徑開級配瀝青碎石混合料的孔隙率比較大，孔隙率高達25%～35%，較大的孔隙率有效阻斷了反射裂縫的路徑，此外，大粒徑級配碎石還可以消弱混凝土板間的相對高差，提高面板上部平整度；再者，荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力會在大粒徑級配碎石層消散。參考文獻可知[10]：一條位于美國賓夕法尼亞州的舊混凝土路面，改造時依次鋪筑開級配熱拌瀝青碎石基層和瀝青面層，通車后數(shù)年內(nèi)未出現(xiàn)反射裂縫。

4）應(yīng)力/應(yīng)變吸收薄膜夾層[11-12]，一是模量相對較低的夾層，橡膠瀝青薄膜、燒毛土工布等是常用的SAMI材料，SAMI的工作原理如下：經(jīng)橡膠改性的瀝青類粘接材料具有較強的彈性，能滿足接縫處對抗剪性能的要求，此外，橡膠改性的瀝青類粘接材料具有一定的勁度和韌度，能對加鋪層底部的應(yīng)力/應(yīng)變進行分散，故而能阻止反射裂縫的發(fā)生，再者，橡膠改性瀝青能增加舊水泥混凝土路面與瀝青加鋪層間的粘結(jié)性。一種是模量相對較高的夾層，如玻纖布、玻纖格柵等，由于其較高的模量，瀝青混凝土底部有較高的抗彎拉性能，舊水泥混凝土面板接縫處產(chǎn)生的剪切應(yīng)力得到消除，故而可延緩反射裂縫的發(fā)生。

5）碎石化技術(shù)[13]，作為對舊水泥混凝土路面進行改造的重要技術(shù)，碎石化技術(shù)是利用專門的機械將舊水泥路面板進行破碎，破碎的混凝土面板經(jīng)壓實后加鋪瀝青混凝土面層。舊水泥混凝土面板經(jīng)破碎后會碎成粒徑較小的顆粒，并形成緊密的嵌擠結(jié)構(gòu)，經(jīng)整平壓實后，其性能和大粒徑開級配碎石相似，且其表面具有一定的平整度，進而會防止反射裂縫的產(chǎn)生。碎石化技術(shù)因其施工速度快、對環(huán)境影響小，對反射裂縫預(yù)防效果好而得到了廣泛的應(yīng)用。

6）瀝青混凝土中摻入纖維等阻裂材料，瀝青混凝土由于摻入了纖維等材料，瀝青混凝土的抗彎拉性能和抗剪性能增強，故瀝青混凝土的底面有能力抵抗混凝土面板接縫處產(chǎn)生的剪切應(yīng)力和彎拉應(yīng)力，進而減緩了反射裂縫產(chǎn)生的速度，取得一定的效果。

4 結(jié)語

如何使加鋪改造后的路面具有良好的結(jié)構(gòu)性能，減少反射裂縫的發(fā)生仍然是一個有待深入研究的課題，筆者認為應(yīng)在以下幾個方面進行深入的研究：

1）碎石化技術(shù)方面，深入研究在車輛荷載和溫度荷載的綜合作用下碎石化瀝青加鋪層內(nèi)部的力學(xué)響應(yīng)，探究出舊水泥混凝土面板碎石化后的合理粒徑，瀝青加鋪層的合理厚度。

2）從材料方面入手，開發(fā)出既有較強的抗彎拉性能和抗反射裂縫性能的瀝青混合料，同時還能提高瀝青混合料的防水性能。

3）在設(shè)計方面，借鑒國內(nèi)外加鋪層設(shè)計理論、工程實踐經(jīng)驗，結(jié)合我國實際情況，完善我國舊水泥混凝土加鋪層設(shè)計理論。