旧水泥混凝土路面沥青加铺层结构相关问题分析

2023-03-09

目前国内外至今还没有较完善的考虑反射裂缝的旧水泥混凝土路面上加铺沥青层的设计方法。虽然国内对沥青路面上加铺沥青层结构己有可依据的规范, 但对旧水泥混凝土路面上加铺沥青层这类复合结构研究得较少, 还没有形成体系来指导设计[1]。本文通过分析旧水泥混凝土路面加铺沥青混凝土结构的特点, 总结和讨论目前相关设计方法与防治措施, 为考虑反射裂缝的旧水泥混凝土路而上加铺沥青面层的设计方法研究提供参考。

1 旧水泥混凝土路面加铺沥青混凝土结构简介

在旧水泥混凝土路面改造中, 沥青混凝土加铺改造施工方便、对交通影响小, 能有效地改善原水泥混凝土路面的行车性能, 也是提高其承载能力、延长其服务年限的一项常用措施, 因此是一种常用的、有效的路面修复技术, 得到广泛的应用。同时, 旧水泥混凝土路面沥青加铺改造也具有以下几方面突出的特性[2]: (1) 由十下层是强度高的水泥混凝土板, 提高了沥青路面结构的刚度, 可以承受重交通的作用而减少车辙; (2) 显著改善水泥混凝土特别是碾压混凝土路面的平整度, 尤其是接缝处的平整度, 有利十提高行车速度、行车的舒适性和安全性; (3) 在表面破损较严重但仍具有足够强度的旧水泥混凝土路面上铺筑一层高质量面层的复合式路面不仅可恢复其使用功能并可显著地延长路面使用寿命; (4) 可以大大降低水泥混凝土路面的噪声和扬尘, 改善道路的环境状况。

防止和控制反射裂缝是沥青加铺层设计的重点。旧水泥混凝土路面上的沥青加铺层是一种特殊的路面结构, 应力应变特性与一般的弹性层状体系有较大的差别。由于接裂缝的存在, 在外力荷载作用下, 沥青混凝土加铺层处于复杂的二维应力状态。车辆行驶经过不连续的板体时, 沥青混凝土加铺层中由于裂缝两侧相邻板块产生竖向位移差, 而出现较大的剪切应力。另外, 由于路面暴露在大气中, 受气温周期性变化的影响, 沥青加铺层和旧路面板都会缩胀, 并产生温度应力。由于旧水泥混凝土路面的应力在接缝处不连续, 沥青加铺层同时承受它本身以及旧路面所产生的温度应力。

2 防治措施分析

在几十年防治反射裂缝的实践中, 国内外的研究人员进行了大量试验, 先后尝试了多种防治措施。这些措施涉及整个沥青罩面复合结构的各个层次, 根据其结构层次的不同, 大致可以分为:改善沥青混凝土罩面层性能、设置中间火层和处治旧路面板。具体包括增加沥青混凝土罩面层厚度、应用改性沥青;SAM工、土土织物类、土土网格/格栅、粘结层;封填接缝、裂缝, 破碎、稳定旧路面板等。其中加筋沥青罩面和应力应变吸收薄膜火层一直是研究者关注的热点。

2.1 改善沥青罩面层设计

在改善沥青罩面层设计中, 通常采用两种方法, 一是增加罩面层厚度, 二是改变罩面层的材料组成。研究表明, 为了延缓反射裂缝, 采用增加罩面层厚度的方法有一定的效果, 但当厚度增加到一定程度时, 这一方法就显得不可取了。使用罩面层厚度的方法来延缓反射裂缝的发生, 如果超过这一厚度, 再用增加厚度的方法防治反射裂缝既不经济, 效果也不会太好。

由于旧水泥混凝土面板木身强度较高, 将其作为基层, 在其上再加铺沥青混凝土这种路面结构, 整体强度和刚度一般较大, 但存在强度的局部不均匀, 极易产生应力集中现象。低温时由于接缝处水泥混凝土板收缩, 在沥青混凝土内产生的拉应力过大, 造成沥青混凝土层破坏。为了减少和延缓反射裂缝的产生, 这就要求加铺层的沥青混凝土本身具有较高的低温抗变形性能力和抗拉、抗剪性能, 同时又不能过分地降低沥青混合料高温稳定性。改变罩面的组成设计主要指改变沥青的性质和改变混合料中各集料的组成配比。现在道路改性沥青一般是指聚合物改性沥青, 共分三类:热塑性橡胶类, 如苯乙烯一丁二烯一苯乙烯 (SBS) , SBS具有良好的变形自恢复性和裂缝的自愈性;橡胶类, 如丁苯橡胶 (SBI) , 它是世界上应用最广泛的改性剂之一;树脂类, 如乙烯一乙酸乙烯脂共聚物 ( (EVA) , 聚乙烯 (PE) 等。

2.2 格栅加筋及应力吸收薄膜火层 (S A M I)

近年来将土土合成材料用于路面加筋的例子越来越多, 为防治反射裂缝提供了一个很好的技术选择。在应用加筋材料方面早先用聚丙烯或尼绞线组成的格子片, 插设在沥青混凝土层中的适当位置, 以提高沥青混凝土的抗拉强度、抗开裂性、抗剪切能力以及增加对弯沉的适应能力和提高抗疲劳破坏的能力。后来, 随着新材料的出现, 采用的材料有:浸渍沥青玻璃纤维布、玻纤格栅 (面层加筋) 、浸渍沥青烧毛土土布, SAMI等。

2.3 应力吸收复合火层 (ISAC)

对于反射裂缝的防治, 伊利诺斯洲大学的Mukhtar和Dempsey总结了所进行的减少或延缓AC罩面反射裂缝方法, 这些方法包括增加AC罩面厚度、改善沥青性能、在罩面之前铺设抗裂火层 (土土织物) 和应力吸收薄膜火层 (SAMI) 。认为这些技术没有一个能够完全根除反射裂缝的问题。一些处治方法在某些条件下显不了较好的结果, 但大部分在实际工程应用中显示出较差的性能。ISAC系统包括低劲度的土土织物、粘弹性膜 (SAMI) 和高劲度土工织物。在摊铺ISAC之前要对原有路面加铺粘层, 同样也可以在AC罩面和工SAC之间加粘层。ISAC系统的上层作为硬层相当于加筋作用, 中间的粘结层起防水作用, 下面的软层作应力消减层。

摘要：本文通过分析旧水泥混凝土路面加铺沥青混凝土结构的特点, 总结和讨论目前相关设计方法与防治措施, 为考虑反射裂缝的旧水泥混凝土路而上加铺沥青而层的设计方法研究提供参考。

关键词：水泥混凝土路面,沥青加铺层,裂缝防治措施