旧水泥砼路面加铺沥青层改造的探讨

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摘 要：本文论述了在旧水泥混凝土路面上加铺改性沥青补强层改造的施工工艺与可行性，探讨防止改性沥青补强层裂缝产生的预防措施和改善措施，通过工程实例为今后旧水泥砼路面改造积累经验。

关键词：改性沥青；裂缝；玻璃纤维格栅

南宁市的水泥混凝土路面始建于六十年代，八十年代以来，水泥混凝土路面在全市迅猛发展。现今市区内的道路路面几乎全都是水泥混凝土路面。近年来，我市现有的水泥混凝土路面，有相当一部分已接近或超过设计年限，有的虽末达到设计年限，但由于交通剧增，汽车轴载日益重型化或设计、施工缺陷等方面的原因，而出现路面损坏、使用品质下降的情况。旧水泥混凝土路面行车舒适性差，车速难以提高的状况是目前急需解决的问题，是破除旧水泥混凝土路面重捣新路面，还是在原旧泥混凝土路面加铺沥青层补强？这是我市道路改造方面一直争论的问题。

本文将对旧水泥混凝土路面改造技术作进一步研究，为图找到适合我市目前状况、切实可行的改造措施。

一、 旧水泥混凝土路面状况

经过我们实地观测，南宁市很多的水泥路面的表面磨损严重，大部分露出了碎石，部分砼板块出现下沉、干裂、错位等现象，局部严重下沉，已不能适应我市交通发展的要求。

二、 加铺层方案

（一） 国内外改造方案综述

水泥混凝土路面上的沥青加铺层具有“刚柔相济”的特点，能够大大改善旧路面的使用性能。然而沥青加铺层中可能出现的反射裂缝，往往缩智短罩面层的寿命。为了减少反射裂缝的数量和减缓反射裂缝的发展速度，六十年代起国外即展开防治沥青加铺层反射裂缝的研究。我国自八十年代以来也进行了诸多研究，这些研究主要集中在针对控制反射裂缝产生和发展的力学分析上，也提出了一些防反措施，如提高面层强度、设置应力吸收夹层等。广东省广州市、珠海市的市区道路改造就大多数采用这种方法并取得了不少成功经验，特别是土工布、改性沥青的应用，极大地改变了沥青加铺层的抗反射裂缝的性能。而且该种改造方式机械化施工程度高，施工进度快，很合适在交通繁忙路段施工。

（二） 加铺层方案

1、 防反措施

改造工程从三个方面考虑加铺层的防反措施，即改善沥青罩面层性能、设置中间夹层及增设补强层。

改善加铺层的结构，提高面层的变形能力，是首先考虑的防反措施之一。冬季低温时，由于水泥板的收缩，在板的接缝处对加铺层产生较大拉应力，从而导致面层开裂。这要求加铺层应具有较好的低温抗裂性。SBS改性沥青砼则是最佳选择。

国内外的一些工程实践表明，玻璃纤维格栅（俗称土工布）对防治反射裂缝有一定的效果。为了增强加铺层抵抗射裂缝的能力，在沥青加铺层底部，铺设了玻璃纤维格栅与下一层的贴合以及便于铺设格栅，在旧水泥混凝土路面上铺设AM-25沥青碎石找平层（>5厘米）。

众多的改造工程经验，教训表明，旧水泥路面的处治往往影响工程成败的关键，尤其是在传荷能力较差的接缝处，砼板下脱空等病害也影响重大。

（1）对破损、错位严重的砼板处理采用挖除后重新浇24厘米厚、抗折强度≥4.5MPa的水泥混凝土。为了保证砼板受力均匀，新板与旧板接缝处加设传力杆。

（2）板块裂缝部分：小于5毫米宽的裂缝用沥青乳液灌填，5-15毫米的裂缝用半固体填缝料填充后，再加铺一层热沥青砂。

（3）对于角隅断裂、接缝碎裂处理办法为：围绕裂缝按一定长和宽用切割成矩形，破碎清除碎块。然后如脱空板处理方法一样，浇筑新混凝土。

（4）错台小于等于1cm的可不予处理；当错台大于1cm的板块，将错台高出的一侧的板块边缘30～50cm范围内，按斜坡凿至与下沉板边缘平齐。

（5）对原砼路面纵缝、胀缝、缩缝中的杂物和泥土，清除后重新用改性沥青灌缝、灌缝完毕需对旧路面清洗后再进行路面施工。

2、玻纤格栅的应用

玻璃纤维格栅是一种性能优良的新型土工基材，其主要成份属硅酸盐，是一种物理化学性能极其稳定的材料。它具有很高的耐热性和优异的耐寒性，强度大、模量高、化学稳定性好、膨胀系数低等特点。国内外的许多研究表明，在沥青路面中使用玻纤格栅，能够起到减少车辙、推迟疲劳裂缝的产生及廷缓反射裂缝发展的作用。

在沥青加铺层应用玻璃纤维格栅，主要是利用其高抗拉强度、高弹性模的特点玻璃纤维格栅在沥青加铺层中能起到加筋作用，提高沥青面层的抗拉强度，从而防止或减少裂缝的产生。同时玻璃纤维格栅耐高温稳定性好，摊铺沥青混凝土时不会产生变形，便于施工。

3、改性沥青的应用

为了抑制或延缓加铺层反射裂缝的出现，对面层沥青的使用提出了特殊要求，既要有较好的高温稳定性，又要有较好的低温抗裂性，同时考虑到工程经济性，仅在上面层使用改性沥青。改性沥青的种类繁多，大量的试验表明SBS对沥青的高、低温性能均有明显的改善，SBS改性沥青已成为国际上最有前景的改性沥青。通过选用SBS改性沥青的试验表明，沥青改性后针入度指数PI变大，表明温度敏感性降低；软化点升高、60℃粘度增大，表明高温性能变好；低温延底的显著增大，说明沥青的低温抗裂性能得到改善。

表1改性沥青测试数据

针入度25℃，0.1mm 60-80 运动粘度135℃ 小于3pa.s

钍入度指数PI 最小-0.2 闪点 大于230℃

软化点℃ 大于55 溶解度 大于99℃

延度5℃，5cm/min 大于30 离析 软化点差 小于2.5℃

回弹恢复25℃ 大于65%

（三） 加铺层的力学分析

为研究反射裂缝产生与发展的机理，采用通用的有限元法及断裂力学原理，建立三维有限元模型，对接缝区加铺层内的应力状态进行详细分析，分析表明：行车荷载和温度变化是引起旧水泥混凝土路面上沥青加铺层产生反射裂缝的主要原因，行车荷载主要使用下层路面结构在裂缝两侧产生竖向位移动，引起张拉型反射裂缝。

选用土工格栅类材料作为夹层时，其模量越大作用越显著，但其材料本身内的应力值亦很大，所以它应具有较高的强度。

荷载与温度共同作用时，加铺层底剪应力比荷载或温度单独作用时增大较多。从总体情况来看，两种作用叠加将加剧反射裂缝的产生。

三、 结论

1、通过对原路情况的全面调查和客观评价，对旧水泥混凝土路面出现不同破坏的情况，提出了对应的修补措施。工后观测表蝗帽水泥路面得到了较好的处治，修补措施是可行的，有效的。

2、通过对国内外旧水泥路面加铺改造实例的大量调查研究，采用有限元法及断裂力学原理，对加铺层进行了详细的力学分析与评价，并结合旧路的不同破坏状况及室内外试验表明：本路段加铺层结构薄，但作为一种改造旧砼路面方面的尝试，已取得了一定的成绩和经验，为旧水泥路面的加铺改造，从调查、评价、方案设计、新材料的应用及施工工艺，提供了一整套方法。

3、应引入单点弯沉、接缝两测的弯沉差作为今后旧水泥路面修补的控制指标。

4、建议采用APP改性沥青油毡对水泥路面的所有纵横接缝进行贴缝处理，其作用是：减少地表水通过旧水泥混凝土板接缝下渗入土基，及减少地下水通过旧水泥混凝土板接缝进入加铺层、浸湿加铺结构层材料、降低无机结合料处治的粒料层强度，从而达到延长加铺层结构使用寿命的目的。同时改性沥青油毡铺设在旧水泥板与加铺层之间，还能起到应力收夹层的作用，减小接缝区加铺层中因两侧板块垂直与水平的相对位移而产生的应力，延缓反射裂缝的产生与发展。

5、依照科研用于生产、服务于生产的原则，通过以上研究，推进改性沥青土工格栅等新技术、新材料在道路工程中的应用，也为以后旧水泥混凝土路面的加铺改造收集资料、积累数据，逐步完善了旧水泥混凝土路面 改造措施及加铺层方法。