纤维沥青碎石应力吸收层防治沥青混凝土加铺层反射裂缝作用机理分析

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[摘 要] 通过对旧水泥混凝土路而沥青混凝土加铺层反射裂缝形成机理分析，结合纤维沥青碎石封层技术特点以及应力吸收作用机理，经工程实例应用表明，设置纤维沥青碎石应力吸收层的沥青混凝土加铺层，在温度及荷载周期性反眨作用下具有较强的抗反射裂缝能力，为旧水泥混凝土路面改造工程提供参考。

[关键词] 纤维沥青碎石应力吸收层 旧混凝土路面 沥青混凝土加铺层 反射裂缝

随着高速公路建设步伐的加快，交通量和车辆荷载的不断增加，又因水泥混凝土路面已达到或超过使用寿命年限，使路而结构严重破坏，出现不同程度的病害，使用性能下降，行车舒适性较差，旧水泥混凝土路面面临修复状况。国内外应用最多的是在旧水泥混凝上路面上加铺沥青混凝上面层，并对防治和延缓沥青混凝上加铺层反射裂缝的产生和发展进行了大量的研究，先后采取的主要措施有：增加沥青混凝土面层厚度，设置应力吸收层，加筋沥青混凝上面层，以及处治旧水泥混凝土路面面板等。如何防治反射裂缝是旧水泥混凝上路而加铺沥青混凝土面层要解决的首要问题。

2007年，我国首次引进了纤维沥青碎石封层技术，由于具有高磨耗性、高防水性、高稳定性、良好的应力吸收能力、施工便捷等一系列优良性能，被广泛应用于沥青混凝土罩面层。本文阐述了纤维沥青碎石封层作为应力吸收层防治沥青混凝上加铺层反射裂缝的作用机理及应用，供类似工程参考。

1、纤维沥青碎石应力吸收层的特点

纤维沥青碎石应力吸收层与其他应力吸收层相比，由于纤维本身的高抗拉伸强度以及施工技术自身的特点，使得纤维沥青碎石封层在防止沥青混凝土加铺层反射裂缝方面具有更大的优势，主要体现在以下几个方面：

（1）良好的应力吸收和扩散能力

具有网络缠绕独特结构的纤维沥青碎石封层，由于纤维本身具有高抗拉伸强度和高弹性模量值的特性，有效地提高了封层的抗拉、抗剪、抗压和抗冲击强度。它能够吸收和扩散半刚性基层的反射应力，消除反射裂缝尖端产生的应力集中，有效地抑制反射裂缝出现，有效提高了道路的使用寿命。

（2）高防水性

沥青纤维碎石封层是由1层沥青+1层纤维+1层沥青+1层碎石形成的物料相互作用的致密网络缠绕结构。2层沥青的连续洒布，提高了应力吸收层的密闭性，纤维起到加筋和桥接作用，能在基面层间形成一层致密的保护膜，因此该应力吸收层具有很好的防水性能，更好地防止道路因水的损害造成的早期破坏。

（3）高粘结性

纤维比表面积大，对于沥青结合料起到很强的吸附作用，它能吸附沥青中的油分，增加其粘度和粘附力，对沥青起到稳定、增韧阻裂的作用。

（4）施工快捷性

利用纤维封层车，在1台设备上同时完成2层沥青洒布、1层纤维撒布，随后马上进行1层碎石撒布，即刻完成沥青纤维碎石封层的施工。这种连续施工工艺极大地缩短了沥青道路养护的时间，缩短了开放交通的时间。

2、反射裂缝形成机理

沥青混凝土加铺层施工后与旧水泥混凝土路面形成复合式路面结构层，由于两种结构层材料性能差异较大，旧水泥混凝土路而存在裂缝和接缝，在温度产生的水平位移及荷载产生的坚向位移周期性反复作用下，将旧水泥混凝土面板产生的拉应力传递至沥青混凝土加铺层，当拉应力超过沥青混凝上加铺层抗拉强度时，沥青混凝土加铺层会在旧水泥混凝土面板接缝、裂缝处产生反射裂缝，并向接缝处两侧一定距离延伸。

3、应力吸收层作用机理

根据国内外多年对旧水泥混凝土路面加铺层改造的经验，设置的反射裂缝夹层为土工布、土工格栅、改性乳化沥青粘层对于减小水平拉应力更有效，但对于防治坚向的剪切力效果不佳。对应力吸收层防治沥青混凝上加铺层反射裂缝力学分析表明：纤维沥青碎石应力吸收层、高模量应力吸收夹层、低模量应力吸收夹层这3种防治反射裂缝效果排序为：纤维沥青碎石应力吸收层>高模量夹层>低模量夹层。

由于旧水泥混凝上路面存在接缝、裂缝，在车轮荷载作用下路面接缝处沥青混凝土加铺层及水泥混凝土路面板形成最大弯拉应力并在附近形成最大剪应力。当路面邻板接缝两侧产生错台，在车轮荷载作用下易形成最大剪切力。温度变化使得接缝处沥青混凝土加铺层及水泥混凝土路面板产生收缩及翘曲，引起水平位移过大，极易产生反射裂缝。在旧水泥混凝上路而板上铺设土工格栅，能有效防治反射裂缝的产生，但起不到有效防水作用。土工布应力吸收夹层也可延缓沥青混凝上加铺层反射裂缝，但与旧水泥混凝上路而粘结性差。改性乳化沥青应力吸收夹层因厚度有限，如不采取其他措施，也不能有效防治反射裂缝。因纤维沥青碎石应力吸收层具有良好的应力吸收和扩散、高防水、粘结能力较强的特点，在旧水泥混凝土路面与沥青混凝土罩面层之间设置纤维沥青碎石应力吸收层，可作为产生裂缝应力峰值的缓冲层，通过缓冲层将应力传递至沥青混凝上加铺层，可以显著地降低加铺层底部的拉应力和加铺层内的最大剪应力，并将应力消散在较宽的应力吸收层内，从而提高沥青混凝土加铺层抗反射裂缝的能力，预防或延缓反射裂缝的产生。

4、施工注意事项

（1）适用于路基强度好的旧混凝土板与上面加铺层之间用作应力吸收中间层，用以吸收和分散应力，阻止路基裂缝或旧路面的裂缝反射到加铺沥青混凝土面层；且须对裂缝、坑槽等严重病害进行预处理。

（2）气候条件要求却十分严格。当气温达到10℃并且持续下降时，不允许进行施工；但是在气温达到7℃并且持续上升时，允许施工。尽量避免雨天施工作业。

（3）施工过程中，控制封层车速在3.5~4.5 km/h，最佳车速为3.6 km/h，撒布一段碎石，应立即用胶轮压路机跟进碾压作业，碾压2~3遍，碾压初始速度不宜超过2 km/h，经稳压后的碎石颗粒浸入深度为粒径的1/2为宜。

（4）施工结束，碾压完成后，待乳化沥青破乳后即可全面开放交通，但须对来往车辆进行限速，使过往车辆车速限制在40 km/h以下。

5、工程应用实例

2007年6月底，在法国赛格玛公司相关技术人员的协助下，营口公路处首次于辽宁营岫水线进行的纤维封层试验路施工面积约为15000m2，效果良好。

2008年大连市在G201国道K1547+800~K1552+800（鹤大线）上做了5km试验段，取得了比较好的应用效果。实施纤维封层后，原路面的网裂在一年内反射到新路面上的面积不超过原路面网裂面积的5%，其构造深度（TD）值要大于0.55mm，通车后行车道内的最小值。

2008年锦州市首次在102线黑山段胡家至半拉门25km路段做了应力吸收层，取得非常好的效果。通过两年的使用，与传统碎石封层对比，纤维沥青碎石封层没有出现“脱皮”和“滑移”现象，路面的反射裂缝也没有出现。

6、结语

纤维沥青碎石应力吸收层能很好地消散旧水泥混凝土接缝处的应力集中现象，可有效防治温度及荷载引起的反射裂缝。而采用应力吸收夹层并不能很好地解决沥青混凝土加铺层的反射裂缝，纤维沥青碎石应力吸收层为防治沥青混凝土加铺层反射裂缝提供了新的途径，施工便捷，可增加沥青混凝土加铺层的使用寿命。根据工程实例应用，纤维沥青碎石应力吸收层具有非常广泛的应用前景。

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