舊水泥路面加鋪瀝青面層結構裂縫控制技術研究

曾國彬

摘 要：舊水泥路面加鋪瀝青面層結構裂縫控制技術已經成為公路施工重點研究的內容之一。本文通過分析路面溫度變化與路面結構參數對裂縫的影響，探究了裂縫成因并提出了控制技術措施。

關鍵詞：舊水泥路面；加鋪瀝青面層；結構裂縫；控制技術

中圖分類號：U416 文獻標識碼：A

當前公路路面多采用水泥混凝土路面，此路面體現出成本低、強度優(yōu)、性能好等特征，在公路交通運輸中得到了廣泛運用，通過加鋪瀝青面層能夠有效優(yōu)化并改善舊的水泥路面，提高路面使用壽命，然而，瀝青與水泥路面接縫處的結構裂縫依然值得控制與防范。其中找到裂縫成因，對應成因找到控制技術是關鍵。

一、舊水泥路面加鋪瀝青面層結構裂縫成因分析

1 路面的溫度變化

水泥路面會隨著其深度的變化，溫差發(fā)生變化，下面將選擇指數函數法來對溫差的分布進行定量描述。

2 路面結構參數

公路路面結構中的不同面層，有著不同的厚度、模量、溫度收縮系數等。具體各項參數的統(tǒng)計見表1。

其中，計算載荷力時，選取正確的模量值，以瀝青混凝土正常溫度狀態(tài)下的數值為標準，此處載荷力取值1400MPa。

3 水泥路面裂縫對應力面層的影響

通常作用于水泥路面的載荷分為：正荷載與偏荷載，前者作用下，瀝青面層常常受到一定的壓力，此時，舊水泥路面如果出現裂縫，瀝青面層的底端對應會有大量的壓力、應力聚集，所以，壓力面層則將免除裂縫現象。相反，如果路面遭到偏荷載，水泥路面將承受大規(guī)模的剪應力，且不同的面層有著不同剪應力分布，由此可見，偏荷載會對瀝青面層帶來非常不利影響，會導致其剪應力大規(guī)模聚集，從而導致剪切型裂縫。

而且由于水泥路面易受外界氣候溫度的影響，外界溫度較低情況下，瀝青面層將產生明顯的拉應力聚集現象，從而導致瀝青面層結構裂縫現象。

通過以上分析能夠看出，舊水泥路面加鋪瀝青面層結構，其裂縫的出現與多種因素相關，其中最關鍵的是路面交通工具的偏荷載作用，以及降溫問題，實際的裂縫防范控制應該重點從這兩大方面入手。

二、舊水泥路面加鋪瀝青面層結構裂縫控制技術

1 設置應力吸收層

將帶有彈性的橡膠瀝青層設在舊水泥路面與加鋪瀝青層中間，也可以選擇改性瀝青或帶有伸縮性質的瀝青混凝土來取代，形成一個應力吸收層，從而有效防范裂縫的產生。其中以改性瀝青材料的防裂效果最好，實際應用也相對成熟，這是因為此瀝青混合料內含聚合物，且瀝青含量高，細礦料含量也較大，整體上其彈性強度大、不透水，且黏著度高、能夠有效防裂。

應力吸收層施工后，每逢大型高載荷交通工具通過，其內部出現了輕微的剪應力集中現象，將瀝青底層的應力有效隔離開來，也起到了一定的分散應力的功能，使得瀝青面層所承受的剪應力明顯下降，從而有效防范了瀝青面層結構裂縫。具體如圖1所示。

同時，在設置應力吸收層條件下，路面溫度并對應下降7℃時，瀝青面層拉應力也會發(fā)生變化，具體如圖2所示。

第一，如果未設應力吸收層，當路面溫度降低7℃時，瀝青面會明顯出現拉應力聚集現象，從而引發(fā)瀝青面層出現嚴重的裂縫問題。相反，將應力吸收層設置與水泥路面與加鋪瀝青路面之間，瀝青層的拉應力直線下降，這意味著應力吸收層有效地吸收了拉應力，發(fā)揮了隔離效果，能夠有效防范路面降溫帶來的裂縫問題。

第二，應力吸收層通過吸收拉應力，來發(fā)揮對瀝青層的保護作用，其變形性能良好，就算遇到高溫天氣，應力層的也能自行恢復初始形狀，這其中排除了吸收層遭到破壞的問題。

從以上的分析可以看出，通過設置應力吸收層，不僅有效隔斷來自于路面的高載荷運輸，同時也能積極抵御路面降溫導致的裂縫問題。

2 土工合成材料夾層

土工合成材料中主要含有：土工布、塑料或玻纖格柵，此材料相對很薄，只有0.6mm～5mm，土工格柵的拉伸強度通常達到40kN/m～100kN/m，不易變形，水平方向能夠承擔大規(guī)模的拉應力，相反，垂直剛度相對弱小。然而，此材料在面層結構裂縫防范方面卻發(fā)揮著有效功能：

（1）隔斷拉應力。土工合成材料有效隔離了舊水泥路面和瀝青層，將混凝土裂縫處的拉應力有效分散開來，控制了應力強度，抑制了裂縫的出現。

（2）加筋功能。該夾層體現出某種強度，能夠有效承受裂縫拉應力，從而控制裂縫的大規(guī)模開裂。

（3）載荷轉移功能。通常該夾層被筑建在接縫處，發(fā)揮載荷轉移作用，確保一部分載荷自接縫處向四處傳遞，從而控制接縫處的彎沉差，有效控制裂縫處的剪應力過于集中的問題。

然而，該材料層的使用也有一定的弱點，體現在：質地薄、強度差，在剪應力控制方面成效不明顯，其最為關鍵的作用則在于能夠有效控制溫度作用所導致的水平應力。經過不斷的理論研究得出：該材料層對應力的控制作用主要體現在該材料的拉伸強度，也就是隨著該材料拉伸強度的上升，其對應力的控制效果越好。所以，實際的施工中更適合選擇土工格柵材料，因為其拉伸強度更大。

3 級配碎石中間層

此材料一般用在半剛性基層瀝青路面，能夠有效防范裂縫的產生。此技術目前已經在北美、非洲等地區(qū)得到了運用，在我國一些省份也有成功的案例，經過實際運用表明，能夠有效防范裂縫問題。

將級配碎石中間層加設于水泥路面，可以有效控制裂縫問題，具體的應用原理如下：

第一，級配碎石具有零散、不成塊、結構獨立等特征，能夠有效控制拉應力的傳遞，這就意味著即便水泥結構路面出現了裂縫，并遭遇外界大程度拉應力影響，由于級配碎石層的保護，不會導致應力聚集現象，相反，碎石層還能有效吸收應變能，這樣就達到了控制裂縫的目標。同時，級配碎石因為呈現出粒狀構造，體現出良好的塑性變形性能，其可以有效吸收來自于接縫處的應變能，這樣也有效緩解了因為低溫所導致的裂縫，抑制了裂縫的擴大。

第二，級配碎石具有一定的隔離功能。該功能的發(fā)揮有效優(yōu)化了已有的水泥路面的溫度水平。因為碎石過渡層通常厚度較大，要達到11cm～15cm，將級配碎石添加其中，能夠對水泥路面起到溫度保護作用，控制其路面面層溫度的驟變，維持溫度平衡，維持路面的恒溫狀態(tài)，從而有效控制了由于溫度變化帶來的裂縫問題。

第三，經過理論分析得出，級配碎石的收縮系數也更小，甚至達到零收縮狀態(tài)，而且碎石自身能夠防止拉力、應力等的傳遞，這樣就有效應對了交通路面高載荷運輸問題，能夠保護混凝土路面、瀝青面層結構等的安全，控制裂縫的出現。

結語

舊水泥路面加鋪瀝青面層結構，由于外界溫度變化與載荷力的影響，很容易出現裂縫問題，必須采取先進的技術措施控制裂縫的出現。

參考文獻

[1]薛忠軍.舊水泥路面加鋪超薄瀝青層綜合技術的研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學，2007.

[2]仇為波.舊水泥混凝土路面加鋪瀝青面層防裂機理分析[M].重慶：重慶交通大學，2010.

[3]沙慶林，王旭東.水泥混凝土路面加鋪瀝青混凝土面層的技術研究[J].公路，2002（11）：15-49.