論瀝青路面加鋪層防止反射裂縫的控制措施-建筑設計論文網
論瀝青路面加鋪層防止反射裂縫的控制措施
陳居福
摘要: 本文筆者著重對加鋪層所遇到的問題、舊水泥混凝土路面的反射裂縫的防治措施、構建加鋪層應力吸收層的必要性及加鋪層應力吸收層的特點分析進行了闡述。
關鍵詞: 路面加鋪層 反射裂縫 控制措施
1加鋪層所遇到的問題
與瀝青混凝土路面比較，水泥混凝土路面的修復較困難。然而，由于瀝青加鋪層能有效地改善舊水泥混凝土路面的使用性能，能充分利用舊水泥混凝土路面，形成路面工程低、路面工程施工方便，并對交通及環(huán)境影響不大．可以改善水泥混凝土路面的舒適性、防水性和抗滑安全性，確保復合式路面兼有水泥路面及瀝青路面的特點，即承載力高、使用壽臺長、行車舒適而安全，因此國內的舊水泥混凝土路面改造工程較多采弓瀝青加鋪層。但是，若舊水泥混凝土路面處理不恰當�；蚺f水泥混凝土路面與瀝青加鋪層之間的粘結不夠牢固．則會導致加鋪路面的再度損壞，出現(xiàn)推移、車轍、水損壞及反射裂縫等，尤其是瀝青加鋪層中迅速發(fā)展的反射裂縫往往縮短了加鋪層的使用壽命。如何控制反射裂縫產生的時間和擴展的速度至今仍是一個路面工程難題。
2舊水泥混凝土路面的反射裂縫的防治措施
鋪設于水泥混凝土路面上的黑色瀝青混合料面層，直接承受交通荷載及溫度應力的影響，加之兩者之間的模量相差較大，因此黑色罩面對剪應力及溫度應力更為敏感。此外，水泥混凝土板的縱向與橫向接縫，也會由于荷載及溫度應力的影響而通過黑色罩面向上反射而形成反射裂縫。因此，要求黑色瀝青棍合料罩面層必須具有比瀝青路面中更為突出的高溫、低溫和水穩(wěn)定性，并且更要保證各種性能之間的平衡。
國內對舊水泥混凝土路面加鋪改造仍處于研究、試驗階段，至今仍未有一個效果非常令人滿意、施工工藝可行切具有明顯的技術經濟效益的防治措施。同時，研究表明徹底消除反射裂縫是不經濟的、不現(xiàn)實的。因此，采用瀝青加鋪層防止反射裂縫的措施的目的是控制開裂，而不是消除開裂。所有的防止反射裂縫的措施只是盡量推遲產生早期裂縫的時間，以及一旦產生裂縫后如何減緩其向上面層發(fā)展的速度，從而達到延長其使用壽命的目的。
對于舊水泥混凝土路面的反射裂縫的防治措施，除了加強舊水泥混凝土路面的處理，尤其是板底脫空的處理外，還有設置應力吸收層及加強罩面等措施①采用改性瀝青、加筋混凝土和瀝青馬蹄脂碎石混合料加強罩面層的厚度；②采用級配碎石、穩(wěn)定碎石設置補強層；③利用防水毛氈、土工材料、改性；瀝青設置應力吸收層。理論分析和經驗表明，應力吸收層對于黑色罩面起著決定性作用。
3構建加鋪層應力吸收層的必要性
在舊水泥混凝土路面上加鋪瀝青罩面層能夠很好改善路面使用性能，提高行車的舒適性。然而，存在下述問題：①水泥混凝土路面存在接縫導致瀝青罩面層形成反射裂縫；②汽車荷載在路面接縫處形成最大彎拉應力并在附近形成最大剪應力；（3）當鄰板有不均勻沉降(Zp錯臺)時，汽車荷載在路面接縫處形成豎向剪應力，促成反射裂縫和罩面的破壞；④溫度循環(huán)變化使接縫處產生水平位移和翹曲，并形成較高的應力，拉裂罩面。因此。黑色瀝青混合料罩面層必須具有足夠的抗剪強度以抵抗剪切破壞．還必須具有足夠的抗拉強度和變形能力，以及足夠的抗水損壞能力．即具有比瀝青路面中更為突出的高溫、低溫和水穩(wěn)定性．并且更要保證各種性能之間的平衡。同時，如暴在舊水泥混凝土路面與瀝青罩面層之間設置一層能與上下層粘結合高塑性變形緩沖層，便能預防或延緩反射裂縫的出現(xiàn)這是因為：
（1）夾層具有抗變形能力強、勁度模量低的特點，變形通過緩沖層傳遞至加鋪層．可以起到降低裂縫應力峰值的作用。
（2）高模量的夾層，如土工織物、土工網或隔柵，可以起到加筋穩(wěn)定、加強罩面的作用。這類材料要有較高的強度，同時要有較好的耐高溫性能．能起到延長路面使用壽命的作用。
（3）加鋪應力吸收層之后，即使裂縫貫穿加鋪層，而夾層尚未破裂．白于夾罷的防滲性能，減少了水分的下滲，則路面仍能維持一段時間的行車，能起到延緩路面破壞的作用。
4加鋪層應力吸收層的特點分析
各種加鋪層應力吸收層的主要類型有土工布、土工織物、改性瀝青防水氈、改性瀝青砂、細粒式瀝青混凝土等，所形成的應力吸收層的厚度很小，但范圍變化較大，可以從2mm的土工布到2～3cm的瀝青砂。
4．1玻纖格柵應力吸收層
玻纖格柵是一種性能優(yōu)良的新型土工材料，其主要成分霹硅酸鹽，是一種理化性能極其穩(wěn)定的材料，具有以下基本特性：
（1）高抗拉強度。玻璃纖維的強度重量比比鋼大，在20℃時的彈性模量與瀝青混凝土的彈性模量比值高達20：1，為延緩反射裂縫的發(fā)展提供了足夠的剛度。
(2)低延伸性。玻纖格柵的應力應變圖近似一垂直直線，表明材料具有很高的抗變形能力，斷裂時的延伸率小于4％。
(3)沒有長期蠕變性。玻纖格柵不發(fā)生蠕變，保證了產品的長期性能。
(4)具備與瀝青混合料的相容性。特殊設計的表面改性層與瀝青具有很高的相容性，保證產品在瀝青混合料下不會產生滑動。
(5)高溫穩(wěn)定性。玻璃纖維的熔化點在1000~以上，保證其在高溫攤鋪時的穩(wěn)定性。
(6)物理化學穩(wěn)定性。玻纖格柵經特殊表面處理后能夠防止各類物理磨蝕和化學侵蝕，能夠防止生物侵蝕并適應氣候變化。
(7)嵌鎖與限制作用。瀝青混凝土集料能穿過玻纖格柵結構，形成一個復合的力學嵌鎖體系。這種限制區(qū)域阻礙了集料的運動，瀝青混合料可以得到更好的壓實、更到的承載能力，并能提高傳荷能力，減少變形。同時，玻纖格柵在瀝青混凝土罩面中起到了骨架的作用。
由于玻纖格柵具有很高的耐熱性和優(yōu)異的耐寒性(一般工作溫度為—100C～280C)，具有強度高、模量高、化學穩(wěn)定性好、耐腐蝕、膨脹系數(shù)低、尺寸穩(wěn)定性好等的特點。經過表面改性后，改變了玻璃纖維的表面功能，提高了其同瀝青的符合仨能，極大提高了該基材的耐磨性能及抗剪切性能。因此，玻纖格柵應力吸收層可有效地改善路面結構應力分布，抵抗喊延緩由于路面的墓層裂縫引起的瀝青混凝土路面反射裂縫的發(fā)生．從而延長路面使用壽命。
利用玻纖格柵具有高抗拉強度和彈性模量高的特點．與鋼筋混凝土中的鋼筋有異曲同工之處，則在舊水泥混凝土路面上設置玻纖加筋層，其上再鋪筑瀝青混凝土面層，能有效地防止基層裂縫反射，減少路面車轍，延長路面壽命。玻纖格柵主要作用為均勻傳遞軸載，并將反射裂縫應力由垂直方向轉化方水平方向。玻纖格柵在瀝青加鋪層中的作用就是增強瀝青混合料的整體抗拉強度，減少永久變形，防止和減少路面的反射裂縫，延遲疲勞破壞，延長路面使用壽命。
4．2改性瀝青油氈應力吸收層
改性瀝青油氈主要采用玻纖氈、聚脂氈作為胎基體．其厚度主要有2mm、3mm、4mm、5mm等，具有SBS(苯乙烯—丁二烯—苯乙烯)、APP(無規(guī)聚丙烯)、APR改性瀝青系列：改性瀝青油氈廣泛應用于建筑防水領域，如各種面層、地下室、水池、廁浴間、橋梁隧道等。但是，應用于舊水泥混凝土扳上加鋪瀝青面層的工程實踐較少，無規(guī)范可循，無工程實踐經驗可借鑒，無檢測依據，需要借鑒建筑領域改性瀝青油氈的施工經驗。
在舊水泥混凝土路面上設置改性瀝青油氈叵力吸收層時，將油氈卷材底面和水泥混凝土面板加熱．待面板表面瀝青溫度在200～250間熔化成一薄層后，邊烘烤邊向前滾動油氈卷材，并用棍壓實，可以獲得下述工程效果：
良好的防水功能
根據資料顯示．瀝青混凝土路面路表滲水率33％一50％，普通水泥混凝土路面的滲水率高達50％一67％：因此，降落在路表面的水．會通過路面裂縫、接縫或面層空隙下滲到路面結構內部；地下水位高時，地下水會通過毛細管上升到路面結構下部。然而，在舊水泥混凝土路面上設置的改性瀝青油氈應力吸收層能有效地防止地表水通過舊水泥混凝土板接縫下滲人土基，同時又能防止地下水通過舊水泥混凝土板間接縫進入加鋪層，防止無機結合料處治的粒料層強度降低，延緩瀝青面層出現(xiàn)剝落和松散，延長加鋪層結構使用壽命。
應力吸收層
改性瀝青油氈層在舊水泥混凝土板接縫處能起到應力吸收層的作用。一定程度上消散水平向應變和傳遞豎向荷載，延緩反射裂縫的產生和發(fā)展。
（3）與水泥混凝土板有良好的粘結性能
從現(xiàn)場鉆芯取樣分析，改性瀝青油氈層與舊水泥混凝土板結合較好。
（4）耐高溫、抗老化
瀝青混凝土的攤鋪溫度在130C～180C之間，而改性瀝青油氈具備耐高溫的特性，使在瀝青混凝土攤鋪時才不會融化于瀝青混凝土中或老化變質，并且能夠承受高溫時壓路機的碾壓。
4.3三二布應力吸收層
從工程實踐分析可知，當舊水泥混凝土路面板位移產生的拉應力超過瀝青罩面層的抗拉強度時，瀝青罩面層自然會開裂由于瀝青罩面層開裂，在自然環(huán)境因素條件下(雨水、粉塵、砂石等)導致瀝青面層剝離，出現(xiàn)坑洞，降低道路的使用品更：在瀝青罩面層與舊水泥混凝土路面板之間設置瀝青鋪面專弓土工布，作為中間夾層，能夠起到應力吸收層的作用，是防止反射裂縫的一種有效措施。其主要特性為：
（1）由于舊水泥混凝土路面溫度位移是連續(xù)的，而土工布起到減少面層與基層的結合力的作用，結果能夠減少罩面層最大拉應變，減少反射裂縫的出現(xiàn)。
（2）浸透瀝青的+212布可以有效防止地表水滲入基層，避免出現(xiàn)基層滲水。
（3）浸透瀝青的土工布可以有效防止地下水滲入界面，減少瀝青罩面層在反射裂縫處發(fā)生剝離破壞，避免出現(xiàn)坑洞現(xiàn)象。
（4）土工布夾層材料可以減緩水泥混凝土板溫降，減少水泥混凝土板位移量。
（5）土工布具有較大的延伸率，舊水泥混凝土路面板裂縫位移可以通過土工布使應力擴展到更寬的范圍，從而緩解了裂縫處的應力集中。
4．4改性瀝青混合料應力吸收層
SAMI是一層柔軟的應力吸收層，一般采用薄層改性瀝青或瀝青橡膠，即先在舊水泥混凝土路面板上噴灑SAMI夾層，緊接著撒布裹著粘結料的碎石，然后攤鋪4cm瀝青碎石。設置SAMI的目的是吸收下承層的水平位移導致的高應力，阻止下層裂縫尖端延伸至罩面層。以下是某工程所采用的材料與技術要求，實踐證明改性瀝青混合料應力吸收層兼具有粘層、防水和防止反射裂縫的功能：
(1)瀝青材料的要求。采用SBS改性瀝青，軟化點高于76℃，彈性恢復(25℃)大于80％，TFOT(5℃)延度大于30cra。
(2)礦料的要求。滿足規(guī)范要求，與瀝青的粘附性大于4級。
(3)應力吸收層的要求：
①抗剪強度：
T=c+6tgCl)≥，““(0．3MP。)(1)
式中：c為粘結力系數(shù)；6為正應力；O為應力吸收層內摩擦角；max為黑色面層的最大剪應力。
②實驗結果：
車轍實驗動穩(wěn)定度≥2500次／mm；小梁彎曲試驗最大破壞應變≥3500p~；設計空隙率≤3％；壓實空隙率5％。
5結語
在水泥混凝土路面上鋪設黑色面層的目的是為了改善水泥混凝土路面的舒適性、防水性和抗滑安全性，確保復合式路面兼有水泥路面及瀝青路面的特點，即承載力高、使用壽命長、行車舒適而安全。因此，應根據各種加鋪層應力吸收層的特點，選擇適應的加鋪層應力吸收層，精心設計，精心施工，使加鋪層應力吸收層具備粘層、防水和防止反射裂縫的功能。
