應(yīng)力吸收層在舊水泥混凝土路面改造中的應(yīng)用

沈 旭,武和平

(長(zhǎng)沙理工大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院,湖南長(zhǎng)沙 410004)

0 引言

由于交通量迅猛增長(zhǎng)、加之重載車(chē)輛數(shù)量急劇增加或設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量等方面的原因,我國(guó)現(xiàn)有的水泥混凝土路面早期破壞現(xiàn)象屢見(jiàn)不鮮,出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性破壞和功能上缺陷面臨大修或改造。在舊水泥混凝土路面大修及改造工程中被廣泛采用的方法是加鋪瀝青混凝土罩面層,這種方式能有效地改善舊水泥混凝土路面的使用性能,提高路面的通行能力,并且具有造價(jià)低、施工難度小、對(duì)交通環(huán)境影響小及修復(fù)周期短的優(yōu)點(diǎn)。但因原混凝土板已經(jīng)出現(xiàn)的各種病害并且原水泥混凝土路面有接縫的存在使瀝青罩面層在使用過(guò)程中很容易出現(xiàn)反射裂縫,縮短瀝青罩面的使用壽命。國(guó)內(nèi)外大量的工程實(shí)踐研究表明在基層與瀝青混凝土面層間設(shè)置應(yīng)力吸收層可改善瀝青面層與基層之間的層間結(jié)合狀況,防止面層推移、剝落破壞,消解基層接縫和裂縫缺陷處的應(yīng)力集中現(xiàn)象,可以依靠自身的韌性和塑性變形吸收來(lái)自下層裂縫尖端處的應(yīng)力,從而推遲路面反射裂縫的發(fā)生時(shí)間有效防止反射裂縫。并能起到防水排水及承上啟下的粘結(jié)作用。

1 不同類(lèi)型的應(yīng)力吸收層

1.1 砂膠應(yīng)力吸收層

砂膠應(yīng)力吸收層具有良好的彈性和抗疲勞性能,使半剛性基層引起的水平位移在較寬范圍內(nèi)分散,降低面層內(nèi)部尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子的幅值,使裂縫不會(huì)很快失穩(wěn)而擴(kuò)展,從而延緩裂縫反射至面層的速度。砂膠應(yīng)力吸收層在路面結(jié)構(gòu)中的特殊作用決定了其主要由礦料和特殊改性瀝青組成,其典型特征是采用的細(xì)集料(均在5mm以下)、礦粉用量大、油石比大、空隙率低及飽和度大,石料基本上懸浮于瀝青與礦粉形成的膠漿之間,與上下面層的粘附性較好。砂膠應(yīng)力吸收層中吸收應(yīng)力起主導(dǎo)作用的是瀝青與細(xì)集料形成的瀝青膠砂。因此,要求瀝青結(jié)合料具有較高的軟化點(diǎn)、優(yōu)良的彈性恢復(fù)性能和低溫延性,與礦料粘附性好。

1.2 橡膠瀝青應(yīng)力吸收層

此應(yīng)力吸收層具有良好的可靠的水穩(wěn)性和高、低溫穩(wěn)定性,與其他膠結(jié)材料相比,其抗老化和抗裂性能更突出。采用橡膠瀝青應(yīng)力吸收層能夠有效預(yù)防、延緩甚至阻止反射裂縫的形成和傳播,并提供防水、填縫和粘結(jié)的作用,含有高粘彈性橡膠瀝青黏結(jié)劑的石屑封層,能夠吸收下層裂縫部位的集中應(yīng)力,從而達(dá)到延緩或減少反射裂縫的目的,遏制基層裂縫的反射保護(hù),同時(shí)填充面層和基層的裂縫,防止水分下滲,保護(hù)基層。橡膠瀝青應(yīng)力吸收層擁有非常優(yōu)異的耐疲勞性能,可有效地抵抗反射裂縫的發(fā)展,同時(shí)具有施工速度快,質(zhì)量容易控制的優(yōu)點(diǎn)。

1.3 改性瀝青應(yīng)力吸收層(SMA)

它是由碎石粗集料為骨架,細(xì)集料、礦粉、瀝青、纖維穩(wěn)定劑混合物為瑪蹄脂,由瑪蹄脂填充碎石粗集料之間的空隙形成的骨架嵌擠型密實(shí)結(jié)構(gòu)混合料,既具備開(kāi)級(jí)配混合料的嵌擠能力,提高抗車(chē)轍能力和抗滑阻力,又具備密級(jí)配混合料的優(yōu)點(diǎn),空隙率小、瀝青用量多,可提高疲勞壽命和抗水損害能力。故SMA應(yīng)力吸收層具有較好的抗滑性能和層間粘結(jié)力。

1.4 STRATA的應(yīng)力吸收層

它由美國(guó)科氏公司研究,它具有彈性高、耐疲勞、抗塑性變形能力強(qiáng)、密實(shí)、不透水等特點(diǎn),能有效延射裂縫的發(fā)生,從而提高瀝青路面的抗水害能力,延長(zhǎng)了瀝青路面的使命。但由于STRATA瀝青結(jié)合料的價(jià)格較高,從而限制了這種措施推廣。

2 Sup-10應(yīng)力吸收層的配合比設(shè)計(jì)

本文依托柳州市潭中西路路面維修工程著重說(shuō)明采用SBS改性瀝青Sup-10作為應(yīng)力吸收層的工程應(yīng)用,該工程位于柳州市柳南區(qū),起點(diǎn)為潭中西路金都匯,終點(diǎn)為潭中西路柳南區(qū)政府,全長(zhǎng)400m,維修為機(jī)動(dòng)車(chē)道寬度15 m,雙向4車(chē)道,該段路面具有典型混凝土路面病害:嚴(yán)重開(kāi)裂,局部網(wǎng)裂且有沉陷變形等現(xiàn)象。

Superpave是高性能瀝青混凝土路面,是美國(guó)戰(zhàn)略研究計(jì)劃(SHRP)的重要研究成果,包括21項(xiàng)內(nèi)容,其中有一項(xiàng)是Superpave集料級(jí)配。它與我國(guó)傳統(tǒng)的馬歇爾設(shè)計(jì)方法不同,其設(shè)計(jì)方法沒(méi)有規(guī)定的級(jí)配范圍,但是,為了確保混合料具有足夠的VMA和避免過(guò)多使用天然砂,Superpave規(guī)定了級(jí)配設(shè)計(jì)的限制區(qū)和控制點(diǎn),要求混合料設(shè)計(jì)時(shí)級(jí)配曲線應(yīng)避開(kāi)限制區(qū)并在控制點(diǎn)之間通過(guò)。

為了規(guī)范級(jí)配,用0.45次方級(jí)配圖確定為容許級(jí)配,最大密度線為集料顆粒排列最緊密的組成,可使集料達(dá)到最大的密實(shí)度。級(jí)配控制要以4種控制篩孔為基礎(chǔ):最大篩孔、公稱(chēng)最大篩孔、4.75mm篩孔和0.075mm篩孔。嘗試3種級(jí)配:一次中等級(jí)配(既不靠近控制點(diǎn)的級(jí)配極限,也不接近限制區(qū)的級(jí)配)、一次粗的級(jí)配(接近公稱(chēng)最大篩孔、4.75 mm篩孔和0.075mm篩孔的最小標(biāo)準(zhǔn)的級(jí)配)、一次細(xì)的級(jí)配(接近公稱(chēng)最大篩孔的最大標(biāo)準(zhǔn)和限制區(qū)的級(jí)配),3種級(jí)配盡量通過(guò)限制區(qū)的下方。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定瀝青用量,根據(jù)瀝青的粘溫曲線,確定混合料的拌和溫度、壓實(shí)溫度,然后制作旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試件(拌和后的混合料要在壓實(shí)溫度下老化2 h),評(píng)定相關(guān)的體積指標(biāo),后確定最佳級(jí)配。

應(yīng)力吸收層的配合比設(shè)計(jì)如下:

1)原材料性能。

采用SBS改性瀝青,SBS改性瀝青應(yīng)滿足規(guī)范技術(shù)要求,對(duì)其針入度、延度、軟化點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè),見(jiàn)表1。

表1 SBS改性瀝青性能檢測(cè)

2)Sup-10混合料的配合比設(shè)計(jì)。

礦料比例為5～10∶0～5∶礦粉=39%∶56%∶5%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

級(jí)配曲線見(jiàn)圖1,體積參數(shù)見(jiàn)表3。

表2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果%

圖1 級(jí)配曲線圖

3 Sup-10C應(yīng)力吸收層施工質(zhì)量抽檢結(jié)果匯總

按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTJ 052-2000)中(T 0702-1993)方法制成瀝青混合料試件,并按照(T 0709-1993)方法進(jìn)行瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)和浸水馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)。而瀝青混合料車(chē)轍試驗(yàn)同樣按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTJ 052-2000)中(T 0703-1993)方法制成車(chē)轍板,并按照(T 0719-1993)方法進(jìn)行。僅北半幅路實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

1)混合料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果。

表3 體積參數(shù)

應(yīng)力吸收層的馬歇爾殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 Sup-10C應(yīng)力吸收層馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

2)車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果。

通過(guò)車(chē)轍試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)應(yīng)力吸收層的高溫抗變形能力,結(jié)果表明,應(yīng)力吸收層在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下的動(dòng)穩(wěn)定度為DS=4 904.4次/mm,滿足DS＞3 000次/mm的要求。見(jiàn)表5。

表5 Sup-10C瀝青混合料車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果

3)抽提試驗(yàn)(見(jiàn)表6、表7)。

表6 Sup-10C瀝青混合料抽提試驗(yàn)結(jié)果

表7 Sup-10C瀝青混合料配合比實(shí)驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)語(yǔ)

不同材料的應(yīng)力吸收層都會(huì)表現(xiàn)各自不同的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn),而Sup—10瀝青混合料應(yīng)力吸收層能夠很好地滿足設(shè)計(jì)和工程實(shí)際的需要,在性能上比其他材料應(yīng)力吸收層具有更明顯的優(yōu)勢(shì)。

試驗(yàn)路工程施工實(shí)踐證明,驗(yàn)證了對(duì)Sup—10瀝青混合料配比試驗(yàn)的可靠性,采用以上工程設(shè)計(jì)級(jí)配,瀝青混合料施工性能穩(wěn)定,密水抗滑,且易形成骨架型嵌鎖結(jié)構(gòu),對(duì)今后同類(lèi)型工程提供參考。

目前,試驗(yàn)段施工已經(jīng)完成,施工質(zhì)量良好,通過(guò)初步檢測(cè),路面整體質(zhì)量較好,采用SBS改性瀝青Sup—10作為應(yīng)力吸收層能夠達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)要求。

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