市政工程水泥混凝土路面瀝青加鋪層優(yōu)化方案的研究

王開(kāi)慶

（貴州省貴陽(yáng)市建筑設(shè)計(jì)院有限公司 貴州貴陽(yáng) 550081）

前言

水泥混凝土路面也即混凝土路面、剛性路面，簡(jiǎn)稱(chēng)混凝土路面，以水泥混凝土為主要材料做為面層的路面，屬于一種高級(jí)路面。在市政工程中，水泥混凝土路面面臨較大的交通壓力，由于混凝土的延展性較差，如果出現(xiàn)應(yīng)力集中，很可能造成路面裂縫、形變，因此相當(dāng)一部分水泥混凝土路面會(huì)加鋪瀝青層，對(duì)市政工程水泥混凝土路面瀝青加鋪層優(yōu)化方案進(jìn)行研究，有利于提升后續(xù)工作的質(zhì)量。

1 市政工程水泥混凝土路面瀝青加鋪層常見(jiàn)問(wèn)題

1.1 瀝青加鋪層裂縫

以市政道路路面材料的角度來(lái)看，瀝青的理化性質(zhì)較混凝土更為理想，這種優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在延展性、自恢復(fù)能力、回彈量方面，當(dāng)瀝青路面出現(xiàn)應(yīng)力集中、形變后，擁有一定的恢復(fù)能力，但如果周?chē)鷹l件特殊，這種恢復(fù)能力會(huì)降低，并導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)。如冬季低溫環(huán)境下，瀝青層剛度不足的問(wèn)題暴露出來(lái)，如果某一時(shí)間段頻繁通車(chē)，瀝青層表面出現(xiàn)較大的外荷載以及水平/縱向拉應(yīng)力，出現(xiàn)形變、裂縫，在低溫影響下，這種形變無(wú)法恢復(fù)，并在持續(xù)的外荷載作用下繼續(xù)擴(kuò)大，形成裂縫。

1.2 瀝青加鋪層凹槽

凹槽出現(xiàn)的原因與裂縫類(lèi)似，但原因更為復(fù)雜，而且更難以避免。將瀝青層鋪設(shè)在水泥混凝土路面表面后，路面物理性能的剛度下降，延展性提升，然而老化問(wèn)題并沒(méi)有得到應(yīng)對(duì)。由于瀝青粘結(jié)性好，在受到外荷載影響時(shí)，可能出現(xiàn)一些小幅度的形變，這些形變難以被快速察覺(jué)，但當(dāng)外荷載持續(xù)作用于形變位置時(shí)，應(yīng)力集中也持續(xù)作用在形變處，導(dǎo)致路面形變?cè)絹?lái)越嚴(yán)重，應(yīng)力集中位置漸漸下凹，形成凹槽，影響路面的使用價(jià)值和美觀度。

1.3 瀝青加鋪層麻面

在現(xiàn)代市政道路工程中，鋪設(shè)與水泥混凝土路面上的瀝青層厚度一般不會(huì)超過(guò)20mm，在施工過(guò)程中，無(wú)論應(yīng)用何種瀝青材料，都要嚴(yán)格保證施工規(guī)范性。2014年9月，遼寧某地進(jìn)行路面瀝青層鋪設(shè)，混合料攪拌、輸送等過(guò)程均符合施工標(biāo)準(zhǔn)，但在壓實(shí)環(huán)節(jié)，施工人員只使用了一臺(tái)中型壓實(shí)機(jī)，壓實(shí)工作并不到位，導(dǎo)致該段路面在后續(xù)使用中出現(xiàn)了嚴(yán)重的麻面問(wèn)題，影響了影響路面美觀度以及使用價(jià)值。

2 市政工程水泥混凝土路面瀝青加鋪層優(yōu)化方案

2.1 碎石混合料技術(shù)的應(yīng)用

目前常用于市政工程水泥混凝土路面瀝青加鋪層的碎石混合料技術(shù)，是高模量改性SMA-13瀝青瑪蹄脂碎石混合料技術(shù)，該技術(shù)可以應(yīng)對(duì)長(zhǎng)時(shí)間、高壓力路面的優(yōu)化需求，應(yīng)對(duì)惡劣自然環(huán)境的能力也較強(qiáng)，可以避免路面出現(xiàn)車(chē)轍。瀝青瑪蹄脂碎石混合料耐久性好，抗變形能力強(qiáng)，結(jié)合此前學(xué)者的研究成果，在高溫條件下，瀝青混合料的模量對(duì)車(chē)轍的影響比中溫時(shí)的要大，瀝青瑪蹄脂碎石混合料較出色的抗變形能力能夠解決這一問(wèn)題。在施工中，要求收集瀝青、纖維穩(wěn)定劑、礦粉等，并利用瀝青的物理性質(zhì)實(shí)現(xiàn)粘接，確保其耐久性和柔性。之后采用粗集料進(jìn)行互嵌，組成穩(wěn)定性較高的結(jié)構(gòu)框架，用于水泥混凝土路面的鋪設(shè)，鋪設(shè)過(guò)程中應(yīng)注意壓實(shí)設(shè)備的選取，一般應(yīng)用中小型設(shè)備從四周向中央進(jìn)行弧形壓實(shí)[1]。

2.2 超薄瀝青加鋪層技術(shù)

超薄瀝青加鋪層技術(shù)的應(yīng)用，可以同步發(fā)揮瀝青延展性?xún)?yōu)勢(shì)和水泥混凝土路面的剛度優(yōu)勢(shì)。在具體應(yīng)用超薄瀝青加鋪層技術(shù)時(shí)，要求對(duì)水泥混凝土路面進(jìn)行檢查，評(píng)定其級(jí)別，尤其是了解其損壞情況，對(duì)于一些結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行記錄。完成數(shù)據(jù)收集后，擬定施工方案，首先更換破碎板，對(duì)水泥混凝土路面進(jìn)行處理，將雜物清除，磨平錯(cuò)臺(tái)，對(duì)舊水泥鹼路面表層的松散碎屑進(jìn)行清理，之后進(jìn)行重新封縫。針對(duì)可能出現(xiàn)的反射裂縫，需要進(jìn)行傳荷能力評(píng)定，確保其處于中等以上，之后在根據(jù)氣溫、舊水泥鹼路面承載力、荷載、接縫處彎沉差等情況進(jìn)行綜合分析，具體確定超薄瀝青加鋪層的厚度，在加鋪層內(nèi)設(shè)置橡膠瀝青應(yīng)力吸收夾層，如有必要還可以設(shè)置織物夾層，最后在瀝青加鋪層上對(duì)舊水泥鹼路面的橫縫位置鋸切橫縫，完成施工[2]。

2.3 防水粘結(jié)層技術(shù)

防水粘結(jié)層技術(shù)全稱(chēng)高彈改性瀝青應(yīng)力吸收防水粘結(jié)層技術(shù)，對(duì)瀝青進(jìn)行改性處理，強(qiáng)化其應(yīng)對(duì)水腐蝕的能力，同步改良其自恢復(fù)能力，提升彈性特質(zhì)。該技術(shù)能夠控制反射裂縫出現(xiàn)的可能，也能改善水泥混凝土路面的自身性能，提升其應(yīng)對(duì)外荷載破壞的性能。目前在市場(chǎng)水泥混凝土路面瀝青加鋪層應(yīng)用較為廣泛的是SAWI（高彈瀝青應(yīng)力吸收防水粘結(jié)層）。該材料的優(yōu)勢(shì)是高韌性、低模量、防水性強(qiáng)，具體應(yīng)用的過(guò)程中，不需要額外更換材料或者工藝，對(duì)瀝青實(shí)現(xiàn)改性后，需要進(jìn)一步測(cè)試其指標(biāo)，尤其是彈性模量和粘接性，彈性模量和粘接性是確保其疲勞性能、高低溫定性能、防水性能的關(guān)鍵。在此前部分地區(qū)的水泥混凝土路面瀝青鋪設(shè)中，研究人員對(duì)該材料進(jìn)行過(guò)測(cè)試，結(jié)果上看，改善后的舊水泥鹼路面狀況彈性特質(zhì)較好，防水性能也得到了強(qiáng)化，需要控制的核心是其粘接性，應(yīng)根據(jù)路面交通壓力具體確定，一般交通壓力大的地面要保證較高的粘接性。

3 模擬分析

3.1 模擬指標(biāo)與過(guò)程

針對(duì)碎石混合料技術(shù)、超薄瀝青加鋪層技術(shù)以及防水粘結(jié)層技術(shù)進(jìn)行分析，利用電子計(jì)算機(jī)建構(gòu)路面模型，鋪設(shè)瀝青加鋪層，同時(shí)構(gòu)建常規(guī)瀝青加鋪層模型，采取人工變更模擬參數(shù)的方式進(jìn)行試驗(yàn)分析，變更的參數(shù)包括瞬間荷載、使用年限、雨水破壞和溫度四個(gè)方面，主要觀察指標(biāo)為路面的形變總量、裂縫數(shù)目以及腐蝕破壞程度。實(shí)驗(yàn)分四組進(jìn)行，即混合料技術(shù)組、超薄瀝青組、防水組以及常規(guī)組。每組進(jìn)行36次實(shí)驗(yàn)，在保持三個(gè)參數(shù)不變的情況下，變更另一個(gè)參數(shù)，了解觀察指標(biāo)，不同實(shí)驗(yàn)12次，重復(fù)實(shí)驗(yàn)24次，取平均數(shù)進(jìn)行分析。如混合料技術(shù)組，第一次實(shí)驗(yàn)取固定荷載、使用年限、雨水破壞，變更溫度，其后每次試驗(yàn)更改一個(gè)參數(shù)，重復(fù)進(jìn)行，對(duì)所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。

3.2 模擬結(jié)果與分析

模擬結(jié)果上看，混合料技術(shù)的使用年限最長(zhǎng)，在模擬實(shí)驗(yàn)（理想）條件下，能夠保持22個(gè)月不出現(xiàn)嚴(yán)重破壞，但在形變控制和耐腐蝕性上不夠理想。超薄瀝青組的形變控制最理想，在反復(fù)模擬的情況下，形變量可以控制在2%以下，但使用壽命和耐腐蝕性較為普通。防水組的耐腐蝕性最理想，強(qiáng)于普通組4.5倍以上，但形變控制和使用壽命上面不夠出色。普通組在實(shí)驗(yàn)中所獲數(shù)據(jù)普遍低于上述三類(lèi)技術(shù)。結(jié)合各地水泥混凝土路面特點(diǎn)，給出三類(lèi)瀝青加鋪層優(yōu)化方案的使用原則如下，各地可以結(jié)合需要具體選擇：

如果當(dāng)?shù)亟煌▔毫Υ螅珳囟葪l件和降水條件較為理想，可以使用高模量改性SMA-13瀝青瑪蹄脂碎石混合料技術(shù)；

如果當(dāng)?shù)亟煌▔毫Σ淮?，但溫度條件和降水條件不理想，可以使用高彈改性瀝青應(yīng)力吸收防水粘結(jié)層技術(shù)；

如果當(dāng)?shù)禺?dāng)?shù)亟煌▔毫Υ?，溫度條件不理想，但降水條件尚可，可以使用超薄瀝青加鋪層技術(shù)。

4 總結(jié)

通過(guò)分析市政工程水泥混凝土路面瀝青加鋪層優(yōu)化方案，獲取了相關(guān)理論內(nèi)容。水泥混凝土路面在現(xiàn)代市政工程中十分常見(jiàn)，加鋪瀝青可以?xún)?yōu)化路面性能，由于種種原因目前瀝青加鋪層常出現(xiàn)裂縫、凹槽、麻面等問(wèn)題。給出的優(yōu)化方案包括應(yīng)用碎石混合料技術(shù)、超薄加鋪層口試以及防水粘結(jié)層技術(shù)等三大類(lèi)，通過(guò)模擬分析證明了上述三個(gè)優(yōu)化方案的可行性，可作為后續(xù)工作的參考，提升施工水平。

[1]盧軍源，袁野真.舊水泥混凝土路面瀝青加鋪層應(yīng)力參數(shù)化分析[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2017，13（07）：211～212.

[2]宋麗霞，伍曉華，宋利軍.基于應(yīng)力吸收層的舊水泥混凝土路面瀝青加鋪層材料研究[J].公路工程，2017，42（03）：286～291.