舊水泥混凝土路面瀝青混凝土加鋪層的研究綜述

曹沈陽

（甘肅省蘭州公路管理局，甘肅 蘭州 730000）

目前，我國公路通車總里程位居世界第一位，也是擁有水泥混凝土路面最多的國家。但在使用性能方面，水泥混凝土路面或多或少存在一些問題。結構性破壞和功能性缺陷已發生在早期修建的水泥混凝土路面上，嚴重影響了路面的平整性和行車舒適性。舊混凝土路面的修補技術比較復雜，對交通的影響較大，成本較高，修復效果欠佳，如何對舊混凝土路面進行有效的修復是一個技術難題。隨著研究的深入，舊混凝土路面加鋪層技術進入了人們的視野，國內外學者對此項技術做了大量的研究[1-5]，但在加鋪層的材料、結構、設計及厚度方面的研究成果還不能有效的對施工過程進行指導，甚至在一些工程中相關人員僅憑經驗去施工，結果加鋪的效果不理想，造成資源的浪費和經濟損失。

舊混凝土路面的加鋪層主要分為混凝土面層和瀝青面層兩種類型。因瀝青混凝土面層有路面平整度高、行車舒適性高、噪聲小等優點而廣泛用作加鋪層，這樣，新路面不僅具有舊混凝土路面的剛性還有瀝青混凝土路面的柔性，新路面具有良好的結構性能和使用性能。然而，舊混凝土路面的接縫會對瀝青混凝土路面產生力學影響，反射裂縫會在此處發生，縮短路面的使用壽命。所以如何防止舊混凝土路面瀝青加鋪層產生反射裂縫一直是研究者探究的探究的問題。

1 加鋪層瀝青混凝土路面的特點

原水泥混凝土路面在車輛荷載的重復作用下，原路面的地基和基層有較好的穩定性，加鋪瀝青路面能充分利用舊水泥混凝路面原有的強度，此外，在改造過程中，只是在原有道路的基礎上處理面層和基層，故施工速度快，成本較低，能盡快恢復道路的交通，對交通及周圍的環境影響較小。水泥混凝土路面上加鋪瀝青層會形成復合式路面結構，這樣不僅增強路面的剛度，還能使路面具有柔性，提高路面的平整度和行車的舒適度；所以瀝青加鋪層路面已在工程實際中充分利用。

2 瀝青加鋪層反射裂縫的產生機理

國內對舊混凝土路面加鋪層研究應處于探索試驗階段，由于我國幅員廣闊，各地的氣候條件、地質條件和交通條件都存在著很大的區別，試驗結果間也或多或少存在一定的差別。目前反射裂縫開裂機理可總結為三種形式，一是在車輛荷載的重復作用下，在瀝青加鋪層的下面首先產生裂縫，這種裂縫叫做張開型反射裂縫；二是由外部環境溫度變化導致路面結構內產生溫度應力，溫度應力產生的裂縫叫做張開型反射裂縫；三是在交通荷載和溫度應力共同作用下而產生的混合裂縫。

產生反射裂縫的原因可歸為以下幾個原因[6-10]：

1）在舊混凝土路面板原有裂縫處、混凝土面板坑槽處或舊路面板不連續處，在交通荷載的重復作用下，再加上存在高度差及彈性模量的不同，此區域瀝青加鋪層底部會出現應力集中和剪切應力，在這兩種力的作用下會引起反射裂縫的產生。

2）舊水泥混凝土面板表面在汽車輪胎的反復作用下，面板表面比較光滑，摩擦系數變小，混凝土面板與瀝青加鋪層的粘接性不強，或者在舊路板塊接縫處設置應力吸收層的情況下，雨水經瀝青混凝土路面內部的空隙流入到舊混凝土面板與加鋪層之間，使應力吸收層濕潤，基層和面層的粘結力降低，在交通荷載水平分力下，瀝青加鋪層發生推移破壞，進而發生破壞。

3）路面結構會受到外界環境溫度的變化而發生變形，一是在外界環境溫度變低時，舊混凝土路面板會發生收縮，舊混凝土路面板之間的接縫會增大，瀝青混凝土面層在此處受到的剪切應力變大；二是路面各結構層有不同的熱膨脹系數，在外界溫度發生變化時，各結構層內的溫度是不一樣的，膨脹的程度不一樣，故在接縫處發生裂縫。

4）舊水泥混凝土路面本身就存在著諸多病害，如脫空、錯臺、唧泥、接縫剝落和填縫料損壞等，故舊混凝土路面的平整度很差，為了保證瀝青加鋪層路面較好的平整度，瀝青加鋪層的厚度是不均勻的，故而瀝青混凝土路面的強度將受到影響。

3 防止反射裂縫的措施

1）距口封縫法，舊水泥混凝土面板加鋪瀝青混凝土路面后，在舊混凝土面板接縫處將瀝青混凝土面層鋸開，為了防止裂縫被污染物（水、沙石及其他異物）污染，應對裂縫進行密封處理，這樣能有效的釋放混凝土面板接縫處的集中應力，進而能達到防止反射裂縫的發生，此方法簡單易操作，并能取得良好的效果，但裂縫的保養和維護需要大量的工作。

2）增加瀝青加鋪層的厚度，由于厚度增加，瀝青混凝土的剛度增加，抗彎曲性能增強。舊混凝土路面在接縫處，交通荷載和溫度荷載共同作用下產生的應力減小，反射裂縫的路徑長度也相對延長，時間也延長，故瀝青加鋪層路面的壽命延長。瀝青加鋪層路面厚度的增加確實能夠延緩反射裂縫的發生，取得了一定的效果，但成本較高，不經濟。

3）采用大粒徑開級配瀝青碎石作為裂縫緩解層，所謂的大粒徑是最大粒徑為50mm、63mm、75mm的碎石，因大粒徑開級配瀝青碎石混合料的孔隙率比較大，孔隙率高達25%～35%，較大的孔隙率有效阻斷了反射裂縫的路徑，此外，大粒徑級配碎石還可以消弱混凝土板間的相對高差，提高面板上部平整度；再者，荷載應力和溫度應力會在大粒徑級配碎石層消散。參考文獻可知[10]：一條位于美國賓夕法尼亞州的舊混凝土路面，改造時依次鋪筑開級配熱拌瀝青碎石基層和瀝青面層，通車后數年內未出現反射裂縫。

4）應力/應變吸收薄膜夾層[11-12]，一是模量相對較低的夾層，橡膠瀝青薄膜、燒毛土工布等是常用的SAMI材料，SAMI的工作原理如下：經橡膠改性的瀝青類粘接材料具有較強的彈性，能滿足接縫處對抗剪性能的要求，此外，橡膠改性的瀝青類粘接材料具有一定的勁度和韌度，能對加鋪層底部的應力/應變進行分散，故而能阻止反射裂縫的發生，再者，橡膠改性瀝青能增加舊水泥混凝土路面與瀝青加鋪層間的粘結性。一種是模量相對較高的夾層，如玻纖布、玻纖格柵等，由于其較高的模量，瀝青混凝土底部有較高的抗彎拉性能，舊水泥混凝土面板接縫處產生的剪切應力得到消除，故而可延緩反射裂縫的發生。

5）碎石化技術[13]，作為對舊水泥混凝土路面進行改造的重要技術，碎石化技術是利用專門的機械將舊水泥路面板進行破碎，破碎的混凝土面板經壓實后加鋪瀝青混凝土面層。舊水泥混凝土面板經破碎后會碎成粒徑較小的顆粒，并形成緊密的嵌擠結構，經整平壓實后，其性能和大粒徑開級配碎石相似，且其表面具有一定的平整度，進而會防止反射裂縫的產生。碎石化技術因其施工速度快、對環境影響小，對反射裂縫預防效果好而得到了廣泛的應用。

6）瀝青混凝土中摻入纖維等阻裂材料，瀝青混凝土由于摻入了纖維等材料，瀝青混凝土的抗彎拉性能和抗剪性能增強，故瀝青混凝土的底面有能力抵抗混凝土面板接縫處產生的剪切應力和彎拉應力，進而減緩了反射裂縫產生的速度，取得一定的效果。

4 結語

如何使加鋪改造后的路面具有良好的結構性能，減少反射裂縫的發生仍然是一個有待深入研究的課題，筆者認為應在以下幾個方面進行深入的研究：

1）碎石化技術方面，深入研究在車輛荷載和溫度荷載的綜合作用下碎石化瀝青加鋪層內部的力學響應，探究出舊水泥混凝土面板碎石化后的合理粒徑，瀝青加鋪層的合理厚度。

2）從材料方面入手，開發出既有較強的抗彎拉性能和抗反射裂縫性能的瀝青混合料，同時還能提高瀝青混合料的防水性能。

3）在設計方面，借鑒國內外加鋪層設計理論、工程實踐經驗，結合我國實際情況，完善我國舊水泥混凝土加鋪層設計理論。