沥青罩面层技术

沥青罩面层技术1旧水泥路面沥青罩面层技术摘要：近年来，随着国民经济的迅速发展，水泥混凝土路面由于其强度高、刚度大、扩散荷载能力强、稳定性好、抗磨耗能力强等优点，在我国道路网构成中占有较大比重。然而，其缺点也是明显的：路面有较多的纵、横缝，行车舒适性差；因为纵横缝较多，灌缝难度大，效果差，水分易于渗入，从而损坏基层，及至损坏面层；路面损坏后修复难度大。一些早期修建的水泥混凝土路面大都到了或接近其使用年限，以至于出现结构性破坏或功能性缺陷，严重影响了公路使用质量，使得养护工作越来越重，养护费用逐年增加。另外，现阶段随着公路交通量日益增加，轴载日益重载化，使得近期修建的水泥混凝土路面在通车后不到几年或更短时间出现了不同程度的磨光老化、板块破损断裂、局部沉降、接缝破坏或因局部开挖后回填修补强度不足造成破损等各种病害，导致旧混凝土路面行车舒适性差，车速难以提高。因此，大量早期和近期修建的水泥混凝土路面都将面临艰巨的翻修改建的任务。主要的研究内容包括旧水泥混凝土路面沥青罩面改造中沥青罩面层的设计、反射裂缝的防治与控制、施工工艺。关键词：反射裂缝、沥青罩面层、设计方法、旧水泥路面沥青罩面层技术21.国内外旧路改造研究概况以及存在问题与沥青路面相比，水泥混凝土路面的修复比较困难，通常可采用的大修措施有三种①清除重铺法：清除原有水泥混凝土面板，重新铺筑基层和路面，又称翻修；②加铺新水泥混凝土面层(白加白工艺)；③加铺沥青混凝土面层。(白加黑工艺)。破除原有水泥混凝土面板，重新铺筑新面层，是最有效、最彻底的解决方法，问题是约6000立方米／公里水泥混凝土废料的处理难度较大，且施工时间长，施工过程中产生大量的尘土和噪音，施工和养护过程中必须长时间封闭交通，对交通和环境的影响非常大，在道路中几乎无法实现，而且总成本很高。一般只用于旧水泥混凝土路面面板严重破碎、脱空、错台以及判定基层存在大量病害，无法加罩沥青混凝土面层或新水泥混凝土面层的情况下。加铺新水泥混凝土面层的养生期长达28天，极大地妨碍了正常的交通通行能力，难以应用于交通繁忙的路段。新水泥混凝土面层的厚度一般不能低于20cm，其造价远远高于沥青罩面层。一旦产生病害，养护维修较沥青路面难。在水泥混凝土路面上采用白加黑工艺已经很普遍，而且是路面改建的首选方案，这种措施与加铺新面层相比，工期短，施工简单方便，能有效地改善旧水泥混凝土路面的使用性能，而且造价低廉，对交通和环境的影响较小。按照现行水泥混凝土路面评价方法，路况等级为差级时，用沥青罩面是较好的方法之一。因此，采用白加黑工艺进行老路面改造具有以下几方面突出的特性：①由于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。沥青罩面层技术3②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，有利于提高行车速度、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。所以采用白加黑工艺进行老路面改造能有效地改善水泥路面的使用性能，同时充分利用旧水泥路面，造价低，施工方便，且对交通、环境影响小,因此在国内外旧水泥路面改造工程中应用最多。但它比水泥混凝土罩面维修要早，关键是处理反射裂缝的影响。2.反射裂缝问题1、有关旧水泥混凝土路面状况评定的研究工作，国外开展的较早，如美国、加拿大、日本等国，对水泥混凝土路面状况评定的标准和方法进行了大量的研究工作，并己建立了一些实用方法和标准。但所有这些方法都是基于他们本国的路面状况和有关工程师及使用者的意见，因而都有相当大的局限性。2、对于旧板存在一定的脱空，以及板之间有微小台阶情况下的沥青面层损坏问题，在现有的设计理论模型上无法反映出来。反射裂缝是由于旧混凝土面层在接缝或裂缝附近过大的位移引起接缝或裂缝上方沥青加铺层内出现应力集中所造成的，接缝或裂缝处的位移与旧水泥混凝土路面的使用状况有关。对于临近接缝一定范围内的沥青砼破坏问题，仅以其拉应力或剪应力是否超标来分析也难以说明问题。3、国内道路工程界对于沥青路面的开裂机理、破坏模式、沥青混合料的抗裂性能与参数、沥青路面的温度收缩效应以及抗裂措施等方面进行了大量的研究，对于改善沥青路面的开裂问题起到了积极作用，但对温度型和荷载型反射裂缝的力学分析还缺乏系沥青罩面层技术4统性，对各种防反措施的对比也缺乏试验路研究，这些问题都有待于进一步探讨。4、评价防治措施的试验方法问题。虽然国内外的研究人员都进行了大量的试验研究，但几乎所有的试验都模拟正荷载、温度以及两者的综合效应对反射裂缝的影响。没有涉及到偏荷载对产生反射裂缝的影响，更没有试验模拟温度应力和偏荷载对产生反射裂缝的综合效应。同时，多数室内试验的规模较小，未能很好的模拟板体的横向传递荷载的效应，进行模拟板体效应的足尺试验是非常必要的。5、基于反射裂缝的旧混凝土路面评价方法问题。尽管此问题十分重要，但直到最近几年才为人们所重视，至今仍未见国外这方面的报道。国内同济大学孙立军对此问题进行了研究，并给出了评价标准，但其标准至今未得到试验路的观测结果验证。然而此问题直接关系到罩面前对1日路的处理、防反措施的选择、罩面层的使用性能等问题，因此，进行基于反射裂缝的旧路面损坏状况的评价方法的研究是非常必要的。6、反射裂缝的产生机理、产生时机问题。反射裂缝产生机理难于确定，温度应力和荷载应力是造成反射裂缝的主要原因，但其相对重要性是随气候条件、材料状况、交通状况以及旧路面的损坏状况等的不同而不同的。对于反射裂缝最容易产生的季节问题，仍没有做详细地研究。2.1反射裂缝概述在旧路改建“白加黑”改造过程中由于加罩沥青层后的复合结构涉及刚性、柔性两种路面结构形式，不仅材料性能差异大，旧水泥板受温度变化影响大，而且旧路面板上存在接缝和裂缝，并常常伴有错台、脱空等损坏现象，这些都促使罩面层在对应于旧路面板接、裂缝的位置上极易出现反射裂缝。反射裂缝本身对沥青罩面层性能影响不大，但裂缝一经出现，水分便乘机而入，水分的侵入不仅会冲刷基层，造成沥青罩面层唧浆，沥青罩面层技术5而且还会湿软地基，使得整个路面承载能力下降，引起路面的进一步开裂并迅速恶化，进而增加罩面层的养护费用，大大缩短沥青罩面层的寿命。因此，反射裂缝问题是旧路改建所面临的一大难题。对反射裂缝的产生及其扩展机理的认识直接关系到反射裂缝的防治问题，虽然各国的研究人员对反射裂缝的产生机理进行了不懈的调查研究，但至今，我们仍需进一步地分析研究反射裂缝的产生机理和实用的防治方法。到目前为止，反射裂缝分为两个阶段即(1)反射裂缝的产生阶段，(2)反射裂缝在罩面层中的扩展阶段，不同的阶段对应不同的规律，一般认为，裂缝的产生阶段对应于沥青混合料的疲劳规律，裂缝的扩展阶段对应于断裂力学中裂缝的疲劳扩展规律心。图2.1实拍路面反射裂缝2.2反射裂缝产生机理反射裂缝是由于旧水泥混凝土面层接缝或裂缝附近的位移引起接缝或裂缝上方沥青加铺层内出现应力集中造成的。由于旧水泥混凝土路面板的裂缝和接缝处不能承受拉(弯拉)应力及剪应力(或抗剪能力较低)，沥青加铺层承担了该处大部分的拉(弯拉)应力或剪应力，在交通荷载及温度的反复作用下，沥青加铺层就会产生反射裂缝。沥青罩面层技术6沥青加铺层反射裂缝的扩展模式主要有两种：张开型反射裂缝及剪切型反射裂缝。温度及交通荷载作用是引起反射裂缝的两大因素。(1)温度型反射裂缝温度变化使得路面结构产生两种变形，第一种是由于年温度变化使得接缝处沥青加铺层及水泥混凝土路面板产生收缩而引起的张开型反射裂缝(如图2.2和图2.3)。在寒冷的冬季，旧水泥混凝土板产生收缩变形，在接缝(或裂缝)处宽度变大，由于旧水泥混凝土面板与沥青加铺层之问的粘结力，而带动加铺层出现收缩变形，在沥青加铀层底部水泥混凝土板接缝或裂缝处产生应力集中．当拉应力超过沥青加铺层本身的强度时，加铺层就会出现裂缝；第二种是由于昼夜温差导致温度在各结构层中的不均匀分布，且不同材料具有不同的热膨胀系数，造成水泥混凝土板及沥青加铺层的收缩及翘曲而导致加铺层的反射裂缝。图2.2季节温度变化引起的反射裂缝图2.3昼夜温度变化引起的反射裂缝沥青罩面层技术7(2)荷载型反射裂缝在荷载的重复作用下，使混凝土板产生垂直和水平相对位移。一般来说，垂直位移主要是由车辆轴载引起水泥混凝土板在裂缝处的差动位移，由于原道面的裂缝和接缝处无抗剪能力，本来应由原裂缝或接缝承担的应力转移到加铺层当中，从而在裂缝上方的加铺层中产生应力集中，导致加铺层在此处沿原裂缝开裂反射。反射裂缝出现初期对路面的使用性能影响不大，但随着雨水或雪水渗入到接缝(或裂缝)两侧的路面结构层，特别是接缝(或裂缝)附近的土基含水量加大，甚至饱和，造成路面结构的承载能力明显降低。在大量行车荷载反复作用下，产生冲刷和唧泥现象，导致接缝(或裂缝)两侧路面面层的碎裂并出现较大的垂直相对位移，影响路面的使用性能，加速路面的破坏，缩短路面结构的使用寿命。2.3主要处理措施根据国内外的研究成果和实践经验，防止反射裂缝主要从应力消散和沥青面层加筋两方面进行考虑，产生了以下目前比较流行的处理方法。各种处理具有不同的优缺点，其主要特性对比如表2.1。方法优点缺点经济性有效性适应性增加沥青层厚度设计和施工简单费用增加大但效果不明显不经济在一定范围内有效高等级公路应力、应变吸收薄膜夹层可以起到防水层的作用薄膜容易卷起或造层加铺层滑移经济一般一般公路加筋沥青层施工简便较经济较好高等级公路沥青罩面层技术8设置隔离层施工简便对剪切型裂缝没有效果经济不佳低等级公路机械破碎旧路面板后加罩对老路破碎压实要求专门的设备不经济较好高等级公路改善沥青混合料性能施工简便费用增加较经济较好与其他方法同时使用在加铺层表面锯缝施工困难经济一般可以作为辅助措施表2.1防治反射裂缝处理措旄特点对比表具体来说，防治反射裂缝的措施主要有以下几点。在沥青层上锯切横缝：增加加铺层厚度；设置裂缝缓解层；破碎和固定旧混凝土面层；设置各种夹层。(1)锯切横缝在沥青加铺层上，对准旧混凝土面层的横缝位置锯切出新的横缝，并在开放交通前尽早在缝内填入填缝料封缝，防治异物进入。预先锯缝可以有效释放在水泥混凝土板中的应力，将混凝土板中的应力减少到一定程度，并通过锯缝控制不连续断面的位置。这种做法必须做好切缝的封缝工作。(2)增厚加铺层通过增厚加铺层厚度可以减少旧面层的温度变化，并降低加铺层底面拉应力。同时可以增加路面结构弯曲刚度，降低接缝处弯沉量和弯沉差，减少加镝层剪应力。AI加铺层设计方法就是基于这条思路而建立的。(3)裂缝缓解层沥青罩面层技术9在沥青加铺层和旧面层之间设置一层开级配沥青稳定碎石层(约9cm)，保证混合料有15%~25％的空隙率，可以提供裂缝缓解作用。使旧水泥混凝土板对沥青加铺层影响有一定程度的减少。采用这种方法需要注意设置相应的路面排水系统，保证水分不会在路面结构内滞留，影响路面使用寿命(4)破碎和固定在旧混凝土面层的结构损害较严重、断板率较高时对损坏的板块进行修复已不经济时，需对旧面板进行破碎和固定。应用水泥混凝土破碎机，将面层板分解成尺寸60-lOOmm左右的碎块，随后用重型轮胎路碾碾压数遍，使之牢固坐落于基层上，与基层顶面之间无空隙。由于板块尺寸减小，温度下降时的收缩位移降大大降低，从而减小了加铺层的拉应力。(5)设置夹层。在旧混凝土面层和加铺层之间设置夹层，可以使沥青加铺层底面在一定程度上远离混凝土面板应力集中的接缝端部，从而减少沥青加铺层的层底拉应力。同时也可以改变加铺层结构的抗拉和抗剪能力。采用的夹层材料有橡胶沥青应力吸收夹层、土工织物夹层、格栅。橡胶沥青应力吸收层——一种由橡胶沥青混合料组成的高弹性低劲度软夹层，厚度lO--50mm，模量约为10--100MPa。通过加设该层，使沥青层和水泥板间更加易于蠕动．滑移，减少温度下降引发的反射裂缝。土工织物层——包括聚丙烯或聚脂织物和聚乙烯、聚丙烯或聚酯无纺织物。这些织物