舊水泥混凝土瀝青加鋪層推移防治方法

鄒昱 賈圣東 高燕

在水泥混凝土板上加鋪瀝青層是我國(guó)主要的舊水泥混凝土路面改造的技術(shù)措施,是一種優(yōu)良的路面結(jié)構(gòu)形式,結(jié)合面上的應(yīng)力極其復(fù)雜,本身粘結(jié)強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度弱,這就容易造成瀝青加鋪層在水泥混凝土板上“滑動(dòng)”,產(chǎn)生了加鋪層路面推移、壅包等病害。“白改黑”工程在我國(guó)開(kāi)始較晚,因此針對(duì)加鋪層層間滑移問(wèn)題的研究還處在初始階段,在對(duì)加鋪層推移的認(rèn)識(shí)上,并沒(méi)有完善的理論體系解釋,也沒(méi)有成熟的設(shè)計(jì)方法。

1 加鋪層推移病害的原因分析

1.1 層間剪應(yīng)力過(guò)大

層間存在過(guò)大的水平剪應(yīng)力,這是由剛?cè)釓?fù)合式路面結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定的,一般我國(guó)的加鋪層厚度較薄,瀝青混凝土的模量為1 000 MPa～1 500 MPa,而水泥混凝土的模量要大得多,在水泥混凝土板和瀝青混凝土的結(jié)合部位也就是復(fù)合式路面的剛?cè)峤Y(jié)合面上存在較大的變形差,瀝青混凝土由于彈性模量小,豎向變形大,而水泥混凝土板彈性模量大,豎向變形小,隨著荷載半徑的變大,變形在水平方向上分布差異也很大,這種豎向變形差異通過(guò)水平滑移釋放出來(lái),因此在界面上會(huì)有較大的剪應(yīng)力出現(xiàn)。從材料的微觀角度分析,組成瀝青混凝土的集料顆粒在車輪荷載的作用下,顆粒有向下運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì),但水泥混凝土板阻礙了集料繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng),由于瀝青混凝土是由顆粒組成的不連續(xù)介質(zhì)材料,集料在水泥混凝土板界面上會(huì)有向水平方向運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì),造成層間滑動(dòng),尤其是重載、高溫作用下,集料水平滑動(dòng)的動(dòng)力變大,阻力變小,滑移的可能性更大,推擠主要是由于這種情況造成的。

1.2 粘結(jié)層薄弱

我國(guó)的夾層一般很薄,容易在鋪筑上層瀝青混凝土?xí)r就破壞了夾層結(jié)構(gòu),如鋪灑粘層油、土工布施工時(shí),容易被施工車輛污染、破壞,且土工布施工過(guò)于隨意,經(jīng)常出現(xiàn)土工布起皺,形成軟弱夾層,乳化瀝青也不易噴灑均勻。

1.3 層間水破壞

水對(duì)結(jié)合面粘結(jié)強(qiáng)度的破壞作用,滯留在結(jié)合面上的水在動(dòng)水壓力反復(fù)沖刷作用下,使得層間粘結(jié)材料的粘結(jié)力降低,甚至失效,大量工程實(shí)踐表明,推擠伴隨著水損害,取芯結(jié)果表面,粘結(jié)層強(qiáng)度喪失,且結(jié)合面上都有水分浸入的痕跡。

2 加鋪層推移防治的主要技術(shù)措施

2.1 改善瀝青混凝土的抗剪、抗拉強(qiáng)度,降低界面水平剪應(yīng)力

1)使用改性瀝青混凝土。通過(guò)在瀝青中添加各種聚合物或其他無(wú)機(jī)材料,經(jīng)過(guò)充分混溶,使之均勻分散在瀝青中,大幅改善瀝青的路用性能,即成為改性瀝青。改性瀝青粘度很大,在道路處于高溫范圍內(nèi),改性瀝青混凝土仍然表現(xiàn)出很強(qiáng)的彈性成分,改性瀝青混凝土彈性模量大,能有效降低界面上的水平剪應(yīng)力水平。由于改性瀝青粘度大,大大的提高了混凝土內(nèi)部的抗剪能力,不易發(fā)生塑性變形。2)纖維瀝青混凝土。試驗(yàn)研究表明,使用纖維能有效的抵抗車轍等塑性變形。從城市交叉路口、公交停靠站臺(tái)、長(zhǎng)坡路段的使用效果看,纖維增強(qiáng)瀝青混凝土是一種良好的加鋪層防治推移等塑性變形材料。

2.2 增強(qiáng)結(jié)合面抗剪強(qiáng)度

1)水泥混凝土板表面處理。常用的剛?cè)釓?fù)合路面水泥混凝土板的處理方式主要有三種:人工打毛、機(jī)械打毛加噴砂處理、精銑刨[4]。從這三種方式處理過(guò)后的界面形狀來(lái)看,精銑刨處理的界面棱角更加清晰,坑槽深度均勻;人工處理的界面呈現(xiàn)出來(lái)的是一個(gè)個(gè)零散的小坑洞,混凝土板面很難形成宏觀上的坑槽;噴砂處理的表面雖然能夠形成宏觀上的坑槽,但是由于噴砂過(guò)程中砂子與板面的強(qiáng)烈碰撞,導(dǎo)致處理后的界面沒(méi)有清晰尖銳的棱角,界面呈曲線形。2)界面粘結(jié)材料。目前,常用的界面層材料可以分為兩大類:一類是成型材料,直接攤鋪,如各種卷材;一類是噴涂類材料,如各種改性瀝青和高分子聚合物涂料,如聚氨酯、丙烯酸乳液等[5]。當(dāng)然,不同的材料可能在某些方面的作用突出一些,而在某些方面的作用差一些。實(shí)際應(yīng)用中,需要根據(jù)工程實(shí)際情況加以選擇利用。一般而言,卷材類界面防水粘結(jié)材料的防水性能較好,粘結(jié)性能也不差,但界面的抗水平剪應(yīng)力較差,抗剪強(qiáng)度不高。因此,在路面縱坡較大、彎道、停車場(chǎng)和加油站等特殊路段,水平剪應(yīng)力作用明顯,對(duì)層間抗剪強(qiáng)度較高時(shí),卷材類界面須慎重考慮。涂抹類材料恰好相反,由于其施工適應(yīng)性強(qiáng),可以適應(yīng)不同形態(tài)的水泥混凝土界面。因此,可以通過(guò)對(duì)水泥板的處理,加強(qiáng)界面層的抗剪強(qiáng)度。3)界面層材料。目前,在實(shí)際工程中,為緩解反射裂縫的發(fā)生,界面層通常有三種做法。a.做應(yīng)力吸收層SAMI,一般采用的是薄層改性瀝青或?yàn)r青橡膠[6,7],由于SAMI層具有良好的適應(yīng)變形的能力,能夠吸收水泥混凝土板接縫處位移產(chǎn)生的應(yīng)力集中,通過(guò)自身的形變阻斷了反射裂縫的傳播。b.設(shè)置土工合成材料夾層,如土工格柵等,主要起到對(duì)面層瀝青混合料的加筋作用,提高其抗拉強(qiáng)度,延緩開(kāi)裂。c.設(shè)置級(jí)配碎石隔離層,由于級(jí)配碎石屬散體材料,能夠很好的阻隔裂縫的傳播,同時(shí)能夠很好的分散應(yīng)力集中,避免瀝青面層的開(kāi)裂。理論上說(shuō),只要下層裂縫不穿透夾層,則面層瀝青混合料是不會(huì)開(kāi)裂的,即使裂縫穿透夾層,其能量大部分也已被夾層吸收和分散了,能極大的延緩面層的開(kāi)裂。對(duì)于界面層的施工,主要注意以下幾個(gè)方面的問(wèn)題:首先,必須做好水泥混凝土板的處理。板面必須清潔、干燥,灰塵和水的存在會(huì)嚴(yán)重影響層間的粘結(jié);對(duì)于板底是否存在脫空一定要進(jìn)行檢測(cè),發(fā)現(xiàn)有脫空一定要進(jìn)行處理,換板或是壓漿,保證板的彎沉符合規(guī)范要求;對(duì)于板接縫的處理尤其重要,必須重視接縫的灌縫密封,否則會(huì)嚴(yán)重影響界面層的施工。其次,進(jìn)行界面層的施工必須嚴(yán)格按照預(yù)先制定的施工工藝來(lái)做,必須注意避免由于施工組織不當(dāng)導(dǎo)致對(duì)界面層的損壞。界面層厚度小,材料容易損壞,界面層施工完后一定要注意對(duì)其保護(hù),施工瀝青面層時(shí),也是如此,避免面層混合料對(duì)界面層的損壞。

3 結(jié)語(yǔ)

水泥混凝土路面上的瀝青加鋪層推移病害,是近幾年在“白改黑”舊路改造工程中繼反射裂縫問(wèn)題之后困擾道路工程界的又一大難題,推移的機(jī)理是由剛?cè)釓?fù)合式路面自身模量差異產(chǎn)生過(guò)大的剪應(yīng)力,且水泥混凝土板較光潔不能提供足夠的抗剪強(qiáng)度造成的。防治的措施,應(yīng)與防治反射裂縫及防水綜合考慮,一方面改善加鋪層厚度,設(shè)置合理的夾層,提高瀝青混凝土的模量,從而減少界面上的剪應(yīng)力水平;另一方面,提高瀝青混凝土抗拉、抗剪強(qiáng)度,使用改性瀝青或纖維瀝青混凝土,增強(qiáng)界面的粘結(jié)強(qiáng)度,使用高效的粘結(jié)劑,增強(qiáng)界面的抗剪能力,且粘結(jié)材料應(yīng)能達(dá)到防水的要求,在水泥板上制造粗糙面,結(jié)合防治反射裂縫的要求設(shè)置合理的夾層。評(píng)價(jià)復(fù)合式路面抗滑移性能的試驗(yàn)采用拉拔試驗(yàn)檢驗(yàn)粘結(jié)材料的粘結(jié)強(qiáng)度,采用斜剪試驗(yàn)檢驗(yàn)粗糙面以及粘結(jié)材料的抗剪能力。

[1] 曾雪林,劉 毅.ISAC應(yīng)力吸收層對(duì)瀝青加鋪層荷載及溫度應(yīng)力的影響分析[J].建材技術(shù)與應(yīng)用,2009(9):1-4.

[2] 譚憶秋,石昆磊,朱 峰.級(jí)配對(duì)應(yīng)力吸收層瀝青混合料性能的影響[J].長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2009(2):33-37.

[3] 郭乃勝,趙穎華,侯金成.纖維瀝青混凝土的松弛性能研究[J].建筑材料學(xué)報(bào),2008(2):28-33.

[4] 王火明.復(fù)合式路面剛?cè)峤缑嫣匦匝芯縖D].重慶:重慶交通大學(xué)碩士學(xué)位論文,2008.

[5] 柏 圓.橋面鋪裝粘結(jié)層的研究[D].西安:長(zhǎng)安大學(xué)碩士學(xué)位論文,2005.

[6] 高俊啟,季天劍.橡膠瀝青應(yīng)力吸收層力學(xué)與疲勞性能研究[J].實(shí)驗(yàn)力學(xué),2009(4):341-347.

[7] 侯彥明,高敏杰,高俊啟.橡膠瀝青應(yīng)力吸收層疲勞性能試驗(yàn)研究[J].公路工程,2009(2):80-83.