论沥青路面加铺层防止反射裂缝的控制措施-建筑设计论文网

论沥青路面加铺层防止反射裂缝的控制措施
陈居福
摘要: 本文笔者着重对加铺层所遇到的问题、旧水泥混凝土路面的反射裂缝的防治措施、构建加铺层应力吸收层的必要性及加铺层应力吸收层的特点分析进行了阐述。
关键词: 路面加铺层反射裂缝控制措施
1加铺层所遇到的问题
与沥青混凝土路面比较，水泥混凝土路面的修复较困难。然而，由于沥青加铺层能有效地改善旧水泥混凝土路面的使用性能，能充分利用旧水泥混凝土路面，形成路面工程低、路面工程施工方便，并对交通及环境影响不大．可以改善水泥混凝土路面的舒适性、防水性和抗滑安全性，确保复合式路面兼有水泥路面及沥青路面的特点，即承载力高、使用寿台长、行车舒适而安全，因此国内的旧水泥混凝土路面改造工程较多采弓沥青加铺层。但是，若旧水泥混凝土路面处理不恰当。或旧水泥混凝土路面与沥青加铺层之间的粘结不够牢固．则会导致加铺路面的再度损坏，出现推移、车辙、水损坏及反射裂缝等，尤其是沥青加铺层中迅速发展的反射裂缝往往缩短了加铺层的使用寿命。如何控制反射裂缝产生的时间和扩展的速度至今仍是一个路面工程难题。
2旧水泥混凝土路面的反射裂缝的防治措施
铺设于水泥混凝土路面上的黑色沥青混合料面层，直接承受交通荷载及温度应力的影响，加之两者之间的模量相差较大，因此黑色罩面对剪应力及温度应力更为敏感。此外，水泥混凝土板的纵向与横向接缝，也会由于荷载及温度应力的影响而通过黑色罩面向上反射而形成反射裂缝。因此，要求黑色沥青棍合料罩面层必须具有比沥青路面中更为突出的高温、低温和水稳定性，并且更要保证各种性能之间的平衡。
国内对旧水泥混凝土路面加铺改造仍处于研究、试验阶段，至今仍未有一个效果非常令人满意、施工工艺可行切具有明显的技术经济效益的防治措施。同时，研究表明彻底消除反射裂缝是不经济的、不现实的。因此，采用沥青加铺层防止反射裂缝的措施的目的是控制开裂，而不是消除开裂。所有的防止反射裂缝的措施只是尽量推迟产生早期裂缝的时间，以及一旦产生裂缝后如何减缓其向上面层发展的速度，从而达到延长其使用寿命的目的。
对于旧水泥混凝土路面的反射裂缝的防治措施，除了加强旧水泥混凝土路面的处理，尤其是板底脱空的处理外，还有设置应力吸收层及加强罩面等措施①采用改性沥青、加筋混凝土和沥青马蹄脂碎石混合料加强罩面层的厚度；②采用级配碎石、稳定碎石设置补强层；③利用防水毛毡、土工材料、改性；沥青设置应力吸收层。理论分析和经验表明，应力吸收层对于黑色罩面起着决定性作用。
3构建加铺层应力吸收层的必要性
在旧水泥混凝土路面上加铺沥青罩面层能够很好改善路面使用性能，提高行车的舒适性。然而，存在下述问题：①水泥混凝土路面存在接缝导致沥青罩面层形成反射裂缝；②汽车荷载在路面接缝处形成最大弯拉应力并在附近形成最大剪应力；（3）当邻板有不均匀沉降(Zp错台)时，汽车荷载在路面接缝处形成竖向剪应力，促成反射裂缝和罩面的破坏；④温度循环变化使接缝处产生水平位移和翘曲，并形成较高的应力，拉裂罩面。因此。黑色沥青混合料罩面层必须具有足够的抗剪强度以抵抗剪切破坏．还必须具有足够的抗拉强度和变形能力，以及足够的抗水损坏能力．即具有比沥青路面中更为突出的高温、低温和水稳定性．并且更要保证各种性能之间的平衡。同时，如暴在旧水泥混凝土路面与沥青罩面层之间设置一层能与上下层粘结合高塑性变形缓冲层，便能预防或延缓反射裂缝的出现这是因为：
（1）夹层具有抗变形能力强、劲度模量低的特点，变形通过缓冲层传递至加铺层．可以起到降低裂缝应力峰值的作用。
（2）高模量的夹层，如土工织物、土工网或隔栅，可以起到加筋稳定、加强罩面的作用。这类材料要有较高的强度，同时要有较好的耐高温性能．能起到延长路面使用寿命的作用。
（3）加铺应力吸收层之后，即使裂缝贯穿加铺层，而夹层尚未破裂．白于夹罢的防渗性能，减少了水分的下渗，则路面仍能维持一段时间的行车，能起到延缓路面破坏的作用。
4加铺层应力吸收层的特点分析
各种加铺层应力吸收层的主要类型有土工布、土工织物、改性沥青防水毡、改性沥青砂、细粒式沥青混凝土等，所形成的应力吸收层的厚度很小，但范围变化较大，可以从2mm的土工布到2～3cm的沥青砂。
4．1玻纤格栅应力吸收层
玻纤格栅是一种性能优良的新型土工材料，其主要成分霹硅酸盐，是一种理化性能极其稳定的材料，具有以下基本特性：
（1）高抗拉强度。玻璃纤维的强度重量比比钢大，在20℃时的弹性模量与沥青混凝土的弹性模量比值高达20：1，为延缓反射裂缝的发展提供了足够的刚度。
(2)低延伸性。玻纤格栅的应力应变图近似一垂直直线，表明材料具有很高的抗变形能力，断裂时的延伸率小于4％。
(3)没有长期蠕变性。玻纤格栅不发生蠕变，保证了产品的长期性能。
(4)具备与沥青混合料的相容性。特殊设计的表面改性层与沥青具有很高的相容性，保证产品在沥青混合料下不会产生滑动。
(5)高温稳定性。玻璃纤维的熔化点在1000~以上，保证其在高温摊铺时的稳定性。
(6)物理化学稳定性。玻纤格栅经特殊表面处理后能够防止各类物理磨蚀和化学侵蚀，能够防止生物侵蚀并适应气候变化。
(7)嵌锁与限制作用。沥青混凝土集料能穿过玻纤格栅结构，形成一个复合的力学嵌锁体系。这种限制区域阻碍了集料的运动，沥青混合料可以得到更好的压实、更到的承载能力，并能提高传荷能力，减少变形。同时，玻纤格栅在沥青混凝土罩面中起到了骨架的作用。
由于玻纤格栅具有很高的耐热性和优异的耐寒性(一般工作温度为—100C～280C)，具有强度高、模量高、化学稳定性好、耐腐蚀、膨胀系数低、尺寸稳定性好等的特点。经过表面改性后，改变了玻璃纤维的表面功能，提高了其同沥青的符合仨能，极大提高了该基材的耐磨性能及抗剪切性能。因此，玻纤格栅应力吸收层可有效地改善路面结构应力分布，抵抗喊延缓由于路面的墓层裂缝引起的沥青混凝土路面反射裂缝的发生．从而延长路面使用寿命。
利用玻纤格栅具有高抗拉强度和弹性模量高的特点．与钢筋混凝土中的钢筋有异曲同工之处，则在旧水泥混凝土路面上设置玻纤加筋层，其上再铺筑沥青混凝土面层，能有效地防止基层裂缝反射，减少路面车辙，延长路面寿命。玻纤格栅主要作用为均匀传递轴载，并将反射裂缝应力由垂直方向转化方水平方向。玻纤格栅在沥青加铺层中的作用就是增强沥青混合料的整体抗拉强度，减少永久变形，防止和减少路面的反射裂缝，延迟疲劳破坏，延长路面使用寿命。
4．2改性沥青油毡应力吸收层
改性沥青油毡主要采用玻纤毡、聚脂毡作为胎基体．其厚度主要有2mm、3mm、4mm、5mm等，具有SBS(苯乙烯—丁二烯—苯乙烯)、APP(无规聚丙烯)、APR改性沥青系列：改性沥青油毡广泛应用于建筑防水领域，如各种面层、地下室、水池、厕浴间、桥梁隧道等。但是，应用于旧水泥混凝土扳上加铺沥青面层的工程实践较少，无规范可循，无工程实践经验可借鉴，无检测依据，需要借鉴建筑领域改性沥青油毡的施工经验。
在旧水泥混凝土路面上设置改性沥青油毡叵力吸收层时，将油毡卷材底面和水泥混凝土面板加热．待面板表面沥青温度在200～250间熔化成一薄层后，边烘烤边向前滚动油毡卷材，并用棍压实，可以获得下述工程效果：
良好的防水功能
根据资料显示．沥青混凝土路面路表渗水率33％一50％，普通水泥混凝土路面的渗水率高达50％一67％：因此，降落在路表面的水．会通过路面裂缝、接缝或面层空隙下渗到路面结构内部；地下水位高时，地下水会通过毛细管上升到路面结构下部。然而，在旧水泥混凝土路面上设置的改性沥青油毡应力吸收层能有效地防止地表水通过旧水泥混凝土板接缝下渗人土基，同时又能防止地下水通过旧水泥混凝土板间接缝进入加铺层，防止无机结合料处治的粒料层强度降低，延缓沥青面层出现剥落和松散，延长加铺层结构使用寿命。
应力吸收层
改性沥青油毡层在旧水泥混凝土板接缝处能起到应力吸收层的作用。一定程度上消散水平向应变和传递竖向荷载，延缓反射裂缝的产生和发展。
（3）与水泥混凝土板有良好的粘结性能
从现场钻芯取样分析，改性沥青油毡层与旧水泥混凝土板结合较好。
（4）耐高温、抗老化
沥青混凝土的摊铺温度在130C～180C之间，而改性沥青油毡具备耐高温的特性，使在沥青混凝土摊铺时才不会融化于沥青混凝土中或老化变质，并且能够承受高温时压路机的碾压。
4.3三二布应力吸收层
从工程实践分析可知，当旧水泥混凝土路面板位移产生的拉应力超过沥青罩面层的抗拉强度时，沥青罩面层自然会开裂由于沥青罩面层开裂，在自然环境因素条件下(雨水、粉尘、砂石等)导致沥青面层剥离，出现坑洞，降低道路的使用品更：在沥青罩面层与旧水泥混凝土路面板之间设置沥青铺面专弓土工布，作为中间夹层，能够起到应力吸收层的作用，是防止反射裂缝的一种有效措施。其主要特性为：
（1）由于旧水泥混凝土路面温度位移是连续的，而土工布起到减少面层与基层的结合力的作用，结果能够减少罩面层最大拉应变，减少反射裂缝的出现。
（2）浸透沥青的+212布可以有效防止地表水渗入基层，避免出现基层渗水。
（3）浸透沥青的土工布可以有效防止地下水渗入界面，减少沥青罩面层在反射裂缝处发生剥离破坏，避免出现坑洞现象。
（4）土工布夹层材料可以减缓水泥混凝土板温降，减少水泥混凝土板位移量。
（5）土工布具有较大的延伸率，旧水泥混凝土路面板裂缝位移可以通过土工布使应力扩展到更宽的范围，从而缓解了裂缝处的应力集中。
4．4改性沥青混合料应力吸收层
SAMI是一层柔软的应力吸收层，一般采用薄层改性沥青或沥青橡胶，即先在旧水泥混凝土路面板上喷洒SAMI夹层，紧接着撒布裹着粘结料的碎石，然后摊铺4cm沥青碎石。设置SAMI的目的是吸收下承层的水平位移导致的高应力，阻止下层裂缝尖端延伸至罩面层。以下是某工程所采用的材料与技术要求，实践证明改性沥青混合料应力吸收层兼具有粘层、防水和防止反射裂缝的功能：
(1)沥青材料的要求。采用SBS改性沥青，软化点高于76℃，弹性恢复(25℃)大于80％，TFOT(5℃)延度大于30cra。
(2)矿料的要求。满足规范要求，与沥青的粘附性大于4级。
(3)应力吸收层的要求：
①抗剪强度：
T=c+6tgCl)≥，““(0．3MP。)(1)
式中：c为粘结力系数；6为正应力；O为应力吸收层内摩擦角；max为黑色面层的最大剪应力。
②实验结果：
车辙实验动稳定度≥2500次／mm；小梁弯曲试验最大破坏应变≥3500p~；设计空隙率≤3％；压实空隙率5％。
5结语
在水泥混凝土路面上铺设黑色面层的目的是为了改善水泥混凝土路面的舒适性、防水性和抗滑安全性，确保复合式路面兼有水泥路面及沥青路面的特点，即承载力高、使用寿命长、行车舒适而安全。因此，应根据各种加铺层应力吸收层的特点，选择适应的加铺层应力吸收层，精心设计，精心施工，使加铺层应力吸收层具备粘层、防水和防止反射裂缝的功能。