旧水泥混凝土路面沥青加铺层反射裂缝防治措施研究

1、旧水泥混凝土路面沥青加铺层反射裂缝防治措施研究    摘要旧水泥混凝土路面上加铺沥青罩面层，如果技术措施处理不当，路面就会在投入使用后出现反射裂缝，严重影响路面质量，为此分析研究了旧水泥混凝土路面沥青加铺层反射裂缝的防治措施，提出了防治反射裂缝措施选择的原则。 关键词水泥混凝土路面；沥青加铺层；纤维混凝土；夹层；应力吸收层 在旧水泥混凝土面层上加铺沥青混凝土层是改善使用性能、提高其承载力的一项常用措施，这种形式的路面结构能吸恢两种材料的优点，“刚柔相济”，即旧水泥混凝土提供了稳定、坚实的基层，沥青罩面提供了一个摩阻系数较高、平整度好的表面层，大大改善了路

2、面的使用性能。然而这种复合结构涉及刚性、柔性两种路面结构形式，不仅材料差异大，而且旧水泥混凝土路面板上存在接缝和裂缝，以及错台、脱空等损坏现象，使得加铺层对应于旧板接缝或裂缝位置出现反射裂缝。 虽然裂缝本身对加铺层使用性能影响不大，但它的存在破坏了路面结构整体性和连续性，并在一定程度上导致结构强度的削弱。起初的裂纹可能只是微观裂缝，后来相会连通形成宏观裂纹，并在荷载和环境引起的拉应力、剪应力综合作用下进一步开裂扩展。随着雨水或雪水的浸入，导致出现沥青路面的结构性破坏，大大缩短沥青路面结构的使用寿命。因此对旧水泥混凝土路面沥青加铺层反射裂缝的防治措施进行研究，对控制和延缓沥青加铺层的破坏有重要意

3、义。 自上世纪60年代国外就展开了防治沥青加铺层反射裂缝的研究，我国自上世纪80年代以来也进行过诸多研究。在几十年防治反射裂缝的实践中，先后尝试了多种防治措施，收获了成功的经验，同时积累了失败的教训，目前常用的反射裂缝处治措施包括： 1.增加加铺层厚度 增加加铺层厚度，一方面可以减少旧层的温度变化程度，并降低加铺层的拉应力；另一方面可以增加路面结构的弯曲刚度，降低接缝处的弯沉差，减少加铺层的剪切应力。同时，对于较厚的加铺层来说，裂缝是由加铺层底面扩展到顶面需要经历较长的距离，也即可以延长其使用寿命。适当地增加加铺层厚度对防治反射裂缝是十分有效的，但增加到一定厚度后，再通过继续增加厚度来防治反射

4、裂缝的效果是非常微小的，也是很不经济的。 美国沥青协会AI认为旧面层接缝(或裂缝)处的竖向位移(弯沉)差是引起沥青加铺层开裂的主要原因，因为轮载的施加速度远高于温度变化产生的面层板伸缩位移的速率。增加加铺层厚度可以降低弯沉量，每增加1厘米厚密集配沥青混凝土大约能降低2弯沉量。 沥青协会建议的沥青加铺层最小厚度为10cm。当加铺层厚度超过2022.5cm时，会引起纵坡、路肩、净空、沿线交通设施等其它方面的一些问题，因而，当加铺层厚度超过这一范围时规定了需采取其它减少反射裂缝的措施，而厚度大于10cm的加铺层，也可结合选用其它减少反射裂缝的措施而采用较薄的加铺层厚度。美国ARE的研究报告报道，无论

5、是厚度为4cm的薄加铺层，还是厚达25.4cm的特厚加铺层，在使用的短时期内都出现了不同程度的反射裂缝。因此，单纯通过增加罩面层厚度来彻底消除反射裂缝通常是不经济，也是不现实的。一般而言，沥青加铺层厚度超过15cm时，是不经济的，且容易产生车辙等病害，应当考虑在旧路面上增设一定厚度的半刚性基层，以提高路面的结构强度，从而减少沥青加铺层的厚度。同时，沥青加铺层的最小厚度也不宜小于9cm，加铺层过薄，在车轮动载的作用下，加铺层容易剥落，并且旧路面的裂缝容易反射到加铺层上。根据国内多条试验路的总结，沥青混凝土加铺层的合理厚度为915cm。 2.铺设纤维沥青混凝土 普通沥青混凝土是以沥青胶浆为唯一的连

6、续相的多级空间网状结构的分散体系。沥青胶浆的破坏意味着整个结构体系的破坏。在沥青混凝土中掺加纤维，使纤维与基体之间产生桥联和加筋的作用，从而显著提高混合料的韧性和抗裂性能。在纤维沥青混凝土中，由于骨料的啮合作用形成较大的摩擦角，再加上沥青胶浆的粘聚力作用，会将基体的拉应力传递给纤维，从而提高混合料的抗拉能力。 在纤维沥青混凝土中，还存在不连续分布的纤维形成的第二连续相。当纤维沥青混凝土的沥青胶浆发生破坏时，其纤维还能在一定程度上维持结构体系的完整性，从而提高混合料的抗裂性能，即能减少裂纹的扩展速率，延缓裂纹的发展。当纤维含量在0.2时，纤维沥青混凝土的弹性模量的理论计算值与劈裂试验值非常接近，

7、且约为纯沥青混凝土的150。 3.设置夹层的分析和研究 目前，国内外已经广泛采用设置夹层措施来处治反射裂缝，而且大量实际工程应用表明，设置夹层对减少反射裂缝的产生或延缓反射裂缝的扩展有较好的效果。夹层可分为加筋类和应力吸收类，其典型材料为玻璃纤维格栅和沥青橡胶薄膜。 3.1加筋类夹层：加筋类夹层具有一定强度和韧性，在车载和温度应力作用下不易产生裂缝，可有效防止其上部沥青层反射裂缝的出现。由于夹层所用材料的不同，导致其弹性模量变化范围较大，为10MPa5000MPa不等。为提高夹层的弹性和韧性，一般多在夹层中配置一定数量的纤维。常用的纤维织物有土工布、玻璃格栅、天然丝、及其他木质纤维织物等。这些

8、纤维在夹层中均具有较高的强度和足够的韧性，大大降低了夹层所受到的水平拉力作用，可防止和延缓夹层的开裂。 玻璃纤维格栅作为夹层时，基层接缝处沥青面层底部的拉应力会急剧减小。其减小量随玻璃纤维格栅模量的增加而增加，但玻璃纤维格栅内部的应力值也会随之增大。一般来说，为有效减小沥青面层底部拉应力和避免在玻璃纤维格栅内部形成过大的应力，玻璃纤维格栅的合理模量应在40006000MPa。目前，国内外大量运用玻璃纤维格栅处治反射裂缝，取得了较好的效果。 3.2应力吸收层：应力吸收层具有模量小、变形能力大等特性，能有效削弱基层接缝处沥青面层内的应力集中现象。第三章车辆荷载应力计算表明，其模量越小，其效果越明显

9、。但是过小的模量会引起接缝处沥青面层底部拉应力增大，过大则会加快裂缝在沥青面层中的扩展速率。 沥青橡胶薄膜(SAMI)，是通过橡胶和热沥青进行热反应制成的。沥青中加入橡胶粉后，使沥青的力学性能发生了较大的变化，具体表现为针入度降低、软化点提高、低温延度增加，并明显地增加了其回弹性能。在旧混凝土面层和加铺层之间设置SAMI，可以使沥青加铺层底面的应力或应变偏离应力集中的接缝(或裂缝)端部而降低，同时也可改变包括夹层在内的加铺层结构的抗拉和抗剪能力。防裂夹层模量较低，荷载作用下其变形较大，由于，夹层内的应力并不大。防裂夹层起到了扩散变形、吸收应力的作用。 美国联邦公路局FHWA控制沥青混凝土罩面层

10、反射裂缝研究中，在Arizona州使用SAMI获得成功。一条破损严重的路面上加罩沥青面层，增设SAMI夹     层，七年长期观察几乎没有反射裂缝出现，此后，Arizo-na州又在30多条试验路上应用了沥青橡胶薄膜夹层来防治反射裂缝，其典型的厚度在0.61.2cm之间。 4.锯切横缝的应力研究 锯切横缝是指在沥青加铺层上，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封缝料，以保持接缝有效地密封，防止水或异物进入。预先锯缝可以为释放加铺层内因温度收缩应力，控制裂缝的随意出现，故对减少温度应力能起到较好的作用。这一方法需要沥青层底具

11、有良好的防水性能，以防止雨水浸透混凝土板而破坏基层。 美国曾有12个州曾在道路翻修中采用过沥青热拌混合料加铺层锯缝和灌缝的方法。进行锯缝和灌缝试验的报告称这一方法结果属于勉强合格到良好。施工中关键的措施是找出旧路面接缝的位置上面锯缝，尽量在旧路面接缝处25mm范围内锯缝，否则会出现次生反射裂缝。采用厚加铺层，锯缝和灌缝路段要比薄加铺层的效果要好，而且不平整度和反射裂缝也少。如果认真施工，在有接缝混凝土路面上的热拌沥青混合料加铺层锯缝和灌缝，可以减少反射裂缝的不利影响，延长路面寿命。 5.防治措施的原则选择 工程中还有许多其他方法来消除和减小荷载及温度作用产生的开裂现象，这里不再一一枚举。对每一

12、旧路加铺的具体工程都需要对原路况进行深入而细致的调查研究，确定合理的加铺方案，才能确保加铺后获得最佳的运营效果。在选择防治反射裂缝措施时，还应该考虑如下因素： (1)不降低加铺层或旧路面的强度、稳定性和服务寿命； (2)不增加过多的费用； (3)不延缓施工速度； (4)不要求特殊的技术和设备。 工程中存在多种材料，在选择材料时，很重要的一点是对材料的物理、力学特性的了解。对于沥青，主要是要考虑其稠度和氧化速度。沥青的稠度是延缓反射裂缝的一个重要因素。沥青的温度敏感性，周围的气候条件，沥青用量及其抵抗硬化的能力都影响裂缝发展通过沥青混凝土土层的速度。在沥青中加硫可使沥青混凝土在高温时有足够的稳定

13、性，同时能降低低温劲度以抵抗冬季的反射裂缝。反射裂缝出现的迟早部分地取决于沥青氧化的速度。沥青加铺层混凝土采用低稠度的优质沥青，混合料拌和过程中，保证沥青不过多氧化可以增加沥青面层材料抗拉开裂性能。 6.结束语 有效地防治反射裂缝将涉及整个复合结构的各结构层：加铺层、可能存在的夹层、旧路面板、基层和土基。在提高各组成部分性能的同时，更应从整体的角度来防治反射裂缝。 国内外的研究表明，彻底消除反射裂缝是不经济、不现实的，加铺层采用防治措施的目的是控制开裂，而不是消除开裂。所有的防治措施只是尽量推迟早期裂缝的时间，而一旦产生裂缝后，赢考虑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。 参考文献 1郑健龙、周志刚、张起森.沥青路面抗裂设计理论与方法M.北京：人民交通出版社，2003 2胡长顺、王秉纲等.复