SBS改性沥青应力吸收层在“白改黑”路面中的应用.doc

SBS改性沥青应力吸收层在“白改黑”路面中的应用摘 要：近年来，随着社会经济的高速发展及城市化进程的大力推进，早期为节约工程投资而建设的大量水泥混凝土路面已经难以满足现代化城市的高品质要求，同时，随着城市交通的快速发展，在重交通、超载交通的长期作用下，水泥砼路面的早期损坏由此产生，出现面层开裂、水泥砼破碎、错台等病害，影响了道路使用质量。既有水泥路面的提升改造已经成为各城市品质升级过程中绕不开的主题。复合式路面具有结构承载力大，行车舒适，养护维修方便等优点，已成为水泥混凝土路面改造提升的首选结构形式。本文在阅读大量国内外文献的基础上，以泉州市台商投资区东西主干道拓改工程一期工程为依托，结合复合式路面在工程中的实际应用情况，列举一部分复合式路面存在的施工质量问题，例如反射裂缝等，着重阐述了SBS改性沥青应力吸收层的作用机理、相关的施工工艺、以及特点。关键词：复合式路面；SBS改性沥青应力吸收层；反射裂缝；作用机理；施工工艺。1 工程实例1.1 工程概况泉州台商投资区东西主干道拓改工程一期工程建设范围为西起后渚大桥东桥头，东至杏秀路，路线长约5.94km，按7275m宽进行拓宽改造，主车道为双向8车道，辅道双向4车道。现状道路机动车道路面为水泥混凝土路面，通车时间为2007年底，路面完整性较好，车道规模为双向六车道。为充分利用现状路，以避免不必要的浪费及节省工程投资，主车道路面改造方案采用在旧水泥路面上加铺沥青混凝土罩面层的复合路面结构。其中，沥青混凝土罩面层与旧水泥路面之间设置一层SBS改性沥青应力吸收层。1.2 “白改黑”路面的几种处理方式对比由于本项目现状大部分路段为双向六车道水泥路面，主车道若采用沥青路面，存在如何将现有水泥路面改造为沥青路面的问题。目前，常用的方式有如下三种：（1）主车道复合路面结构在现有的双向六车道水泥路面的基础上横向扩展为双向八车道水泥路面，对拓宽后的路面使用沥青罩面整体补强。沥青罩面层采用三层，厚18cm，并采用玻璃纤维土工格栅贴缝+SBS改性沥青应力吸收层防止反射裂缝。图1 主车道复合路面结构图优点：1）复合路面综合了水泥路面与沥青路面的优点，如刚度大、稳定性好，承载能力强以及行车舒适、噪声小、景观好等优点。同时又克服了两者的缺点，通过在水泥路面上铺筑沥青罩面层，改善了刚性路面的表面性能，保留了其耐久性和稳定性，是目前“白改黑”常用的路面结构模式。2）复合路面特别是采用玻璃纤维土工格栅+SBS改性沥青应力吸收层防止反射裂缝的技术较为成熟，在广东地区应用较为广泛，同样可用于特重交通的城市快速路，成功案例非常多。3）现状水泥路设计使用寿命为30年，于2007年竣工并投入使用，至目前为止仅使用6年，路面使用状况优良。复合路面充分利用了现状水泥路面，符合可持续发展的原则，节省了工程投资。4）采用复合路面对现状交通影响最小，沥青罩面施工时间短，沥青罩面施工前可直接利用水泥路面通行，不但不影响现状交通，还可有效节约施工周期。缺点：1）复合路面中，水泥路面接缝和裂缝引起沥青路面的反射裂缝问题，虽然采用玻璃纤维土工格栅+SBS改性沥青应力吸收层可有效防止，但若现状水泥路面存在的诸多病害处理不到位，沥青罩面层较容易出现反射裂缝。因此，对现状水泥路面病害处理施工要求较严格，而实际施工时往往容易忽略病害处理环节，导致沥青罩面层反射裂缝较多。2）玻璃纤维土工格栅的铺设也非常重要，需要牢固的固定在水泥路面上，但从目前泉州地区的施工情况来看，施工质量往往难以控制，易出现沥青罩面层推移等施工产生的质量问题。（2）主车道挖除现状水泥路面板后铺筑沥青混凝土将现状双向六车道水泥面板挖除后，现状基层作为垫层，其上重新铺筑底基层、基层以及三层沥青面层，拓宽部分新建垫层后，铺筑基层、底基层以及三层沥青面层。图2 主车道挖除新建沥青路面结构图优点：1）本方式彻底解决了在水泥路面上加铺沥青层出现反射裂缝的问题。2）本方式同时避免了因现状水泥板碎石化施工质量问题带来的路面质量问题，施工质量比较有保证。缺点：1）这种方式更适用于现状水泥路面破坏较严重、利用率不高的情况，本项目现状水泥路面使用状况良好，使用年限较短，若全部水泥面板全部挖除，较为浪费。不但未能充分利用现状路面，新建沥青路面工程投资较大。2）现状水泥面板挖除后，重新铺筑沥青路面，需将现状路面标高抬高约40cm，沿线百崎湖大桥等几座现状桥梁标高难以顺接。3）现状水泥面板挖除废弃，易造成环境污染，且使用状况良好、使用年限较短的水泥路面全部破除，社会影响不好。4）施工组织与现状交通组织存在矛盾，需待其中半幅水泥板挖除后，底基层、基层、沥青面层全部施工完成后，才能开放交通，再开始另半幅施工，整个施工周期较长。（3）主车道现状水泥路面碎石化后铺筑沥青混凝土将现状双向六车道水泥面板采用共振碎石机进行碎石化处理，其粒径满足要求后，再进行碾压作为沥青路面的底基层，其上铺筑一层水泥稳定碎石基层以及三层沥青面层；拓宽部分新建垫层后，铺筑基层、底基层以及三层沥青面层。图3 主车道碎石化后沥青路面结构图优点：1）本方式也可彻底解决在水泥路面上加铺沥青层出现反射裂缝的问题。2）本方式可利用打碎后的水泥面板作为底基层，与全部挖除相比，可减少一层水稳层，节约了工程造价。缺点：1）这种方式适用于现状水泥路面破坏较严重、利用率不高的情况，本项目现状水泥路面使用状况良好，使用年限较短，若全部破碎，也较为浪费，工程投资也较大。2）现状水泥面板破碎作为底基层，仍需将现状路面标高抬高约40cm，沿线百崎湖大桥等几座现状桥梁标高难以顺接。3）水泥板碎石化施工质量要求较高，若原路基质量不可靠，直接影响其上路面各结构层的使用，最终影响路面整体质量。而目前也缺少较完善的检测手段，来控制碎石化施工质量。4）对于使用年限较短、使用状况良好的路面进行破碎，其社会影响也同样不好。5）施工组织与现状交通组织存在矛盾，需待其中半幅水泥板碎石化后，基层、沥青面层全部施工完成后，才能开放交通，再开始另半幅施工，整个施工周期较长。经上述方案比较，同时结合泉州台商投资区东西主干道拓改工程路面提升方案设计专家评审意见，在保证路面使用功能的前提下，从充分利用现状路面、节约工程投资的角度考虑，最终推荐本工程主车道路面沥青化采用复合路面结构。目前，东西主干道拓改工程已竣工通车两年多，路面使用效果良好。2 复合路面最容易出现的问题汇总复合式路面兼具承载能力大的水泥混凝土路面结构以及行车舒适的柔性路面结构的优势，故而，在“白改黑”中，复合路面经常成为水泥砼路面改造的首选。但是，复合路面依然有以下多个不可忽略的问题：（1）反射裂缝的问题温度的变化以及交通负荷会对水泥混凝土路面接裂缝附近的沥青加铺层产生应力集中，当沥青混凝土的强度小于结构应力时，裂纹就会产生，而当裂纹随着温度变化和交通荷载的反复作用扩展至加铺层顶面或者底面，反射裂缝便会随之形成。图4 反射裂缝示意图反射裂缝的出现初期并不影响路面的使用性能，但严重破坏路面美观，并且随着雨雪的渗入，裂缝附近土基含水量加大甚至达到饱和，由此导致路面结构的承载能力严重下降，尤其是在大量行车荷载的反复作用下，接缝两侧的路面面层会出现较大的垂直相对位移甚至碎裂，使路面出现松散、坑洞、唧浆以及推移等现象，继而缩短路面结构的使用寿命。 a）松散 b）坑洞 c）唧浆 d）推移图5 反射裂缝造成的路面病害（2）旧水泥砼路面与沥青罩面层之间的粘结问题复合式路面中沥青罩面面层与旧水泥混凝土基层之间粘结力不足，水泥混凝土板刚度大，沥青层模量较小且厚度薄，在车辆荷载水平力的作用下往往会发生界面层剥离，由此造成面层出现佣包与推移等问题。（3）沥青混合料整体稳定性问题 为保证路面能够为车辆提供稳定持久的服务，沥青路面必须具备五种性能，其中包括低温抗裂性能、高温稳定性能、水稳定性能、抗老化性能、耐疲劳性能这五种性能。这五种性能都与沥青路面的稳定持久性息息相关。若稳定性不足则会产生诸多质量问题。 如何有效解决上诉几个问题就成为了复合式路面质量控制的重点，尤其是反射裂缝的防止，极大的影响了复合式路面的质量和使用年限。应力吸收层设置在罩面层与原有水泥砼路面之间，既能够有效粘结两者，防止罩面层推移、剥落，又能够有效的防水、排水，阻止路面产生水损坏，最关键的是应力吸收层能够吸收水泥路面纵横向接缝处的部分应力，延缓甚至阻止反射裂缝的产生与扩展。本文对 SBS改性沥青应力吸收层的工作机理，相关施工工艺及其材料要求进行了详细分析介绍，为复合式路面形成反射裂缝问题的解决提供了一定价值的参考意义。3 SBS改性沥青应力吸收层的作用机理所谓SBS改性沥青应力吸收层，就是在旧水泥砼路面面板和沥青罩面层之间均匀铺上一层SBS改性沥青（23kg/m2），然后铺洒相同粒径大小的预拌沥青碎石（应根据沥青下面层公称最大粒径确定，通常选用下一级粒径），其碎石洒布量为满铺时的60%左右，使之与热拌沥青混合料形成相互嵌挤，在富油层的作用下融为一体，提高层间粘结能力于抗剪强度，有效防止产生水损坏与反射裂缝的情况。如图6所示： 沥青砼罩面层SBS改性沥青应力吸收层 原水泥混凝土面层 图6 SBS改性沥青应力吸收层设置示意图 SBS改性沥青应力吸收层具有下列所述的几种主要特征：1）相同粒径的碎石形成一个平整的支撑面，有效的支撑起沥青砼罩面层，让沥青面层处在一种持久有利的受力状态； 2）具有一定厚度的SBS改性沥青在水泥混凝土板表面形成一个连接着的沥青膜，从而有效地阻止了水分的下渗； 3）铺洒的SBS改性沥青具有可观的厚度，回弹性能较好，让沥青砼罩面层与旧水泥混凝土面板之间存在有水平相对位移的空间； 4）粒径一定的碎石颗粒本身就存在有一定的转动能力，能够有效减弱传到沥青罩面层底面上的应力。 从上面分析的四个特性中可以得出SBS改性沥青应力吸收层的作用机理：在保证沥青罩面层受力状态良好的前提条件下，通过较厚的界面沥青膜水平剪切变形以及碎石自身的转动，旧水泥砼面板在接缝或裂缝处的相对位移引起的沥青层的应力或应变得以削减吸收，从而达到反射裂缝预防或延缓的目的。4 SBS改性沥青应力吸收层所用材料的技术指标（1）沥青SBS改性沥青应力吸收层：在SBS改性沥青层上均匀撒铺单一粒径的石料，再用重型压路机将SBS改性沥青碾压嵌挤到约四分之三的石料高度，石料嵌入锁定形成碎石封层模式的路面。本文所参考的泉州台商投资区东西主干道拓改工程采用的SBS改性沥青技术指标见表1。表1 SBS改性沥青技术指标（2）集料粗集料该是坚硬、清洁、干燥、不含风化颗粒、表面粗糙、接近1立方颗粒；本文所参考的泉州台商投资区东西主干道拓改工程所用粗集料为石料，其质量技术要求如表2所示。表2 SBS改性沥青应力吸收层石料技术要求5 SBS改性沥青应力吸收层施工工艺 SBS改性沥青应力吸收层施工顺序：施工前准备工作；上料、喷洒热沥青、撒布碎石；碾压；养护；质量检测。（1）施工前的准备工作 在施工之前，施工基面的处理应满足有关施工规定的要求。首先应保证基面粗糙、干净以及干燥。旧水泥混凝土路面铣刨结束后，应将废料清扫干净，同时覆盖路缘石等两侧结构物或设施，以防改性沥青铺洒的时候产生的飞溅物对其造成不必要的污染。然后需确定单位面积内碎石的铺洒量，防止出现“缺料露油”的现象。同时需用的设备包括沥青洒布车、碎石撒布机、胶轮压路机应进入随时待命状态。（2）上料、喷洒热沥青、铺洒碎石现场施工时，采用轮式装载机往碎石封层车的骨料斗里装上相同粒径的石灰石碎石，从沥青高温罐车中泵吸温度为180左右的高温改性沥青到沥青洒布车的储罐内。装好料后将沥青洒布车及碎石洒布车开到施工段的起点，调整好各个工作系统的工作参数，改性沥青洒布量设定在1.51.8kg/之间，沿预先设置好的控制线起步，按行车速度约58km/h均匀洒布，碎石撒布量应由控制车速决定，根据现场试验检测。施工时，要注意以下几个问题： 雾状喷洒能够形成匀称、厚度相等的沥青膜，SBS改性沥青的洒布温度必须大于180。 铺洒SBS改性沥青应力吸收层时，施工现场气温应大于15，故而天气状况不佳，例如雨雪天气时不得施工。 沥青膜的厚度随着喷油嘴高度的变化而变化，因此施工过程中可通过调整喷嘴高度使得沥青膜厚度均匀适宜。 在碎石封层车以适宜的速度匀速行驶的前提条件下石料与粘结料两者的撒布率应该相互匹配。 洒布后短时间内立即进行人工修补或补铺，以起终点、接缝及厚薄不平处为重点部位。 派专人在第一时间将洒落在施工范围外的碎石扫到施工范围内，亦或用挡板防护。 如若用完碎石封层车上的任意一种材料，就应马上关闭所有材料的运输。核对剩余材料量，校对核实拌合精准性。（3）碾压为避免高温改性沥青粘附在胶轮压路机的轮胎上并粘走碎石，应力吸收层刚洒布完不要立即经过碾压，等其温度降至100左右时，再采用胶轮压路机稳压一个来回，同时为了使碎石成功压入改性沥青之中并粘结牢固。需将压路机的行驶速度控制在58km/h之间。（4）养护 SBS改性沥青应力吸收层铺洒完毕后，禁止施工车辆突然停下或掉头。由于应力吸收层的施工完后应立即开始沥青下面层的施工，因此施工期间应封闭交通，待下面层施工完后方可开放。6 SBS改性沥青应力吸收层的优点（1）有效的吸收应力和减少路面反射裂缝 SBS改性沥青应力吸收层是一种柔性体系结构，其拥有良好的削减和吸收应力、应变的能力，有效地减缓甚至阻止了沥青罩面层反射裂缝的产生。（2）防水、排水作用 SBS改性沥青应力吸收层可以形成厚度为12cm左右的沥青膜，同时其胶结材料对原有水泥砼面板各种缝隙的封闭作用，有效的阻止水分渗入路面基层与道路路基，从而起到了保护路面结构和路基的作用。（3）粘结各结构层的作用 SBS改性沥青应力吸收层与原水泥砼面层和罩面层之间的粘结力都很强，具有良好的粘结作用，可有效将路面铺装层与基层衔接成