市政工程水泥混凝土路面瀝青加鋪層優(yōu)化方案的研究

王開慶

（貴州省貴陽市建筑設(shè)計院有限公司 貴州貴陽 550081）

前言

水泥混凝土路面也即混凝土路面、剛性路面，簡稱混凝土路面，以水泥混凝土為主要材料做為面層的路面，屬于一種高級路面。在市政工程中，水泥混凝土路面面臨較大的交通壓力，由于混凝土的延展性較差，如果出現(xiàn)應(yīng)力集中，很可能造成路面裂縫、形變，因此相當一部分水泥混凝土路面會加鋪瀝青層，對市政工程水泥混凝土路面瀝青加鋪層優(yōu)化方案進行研究，有利于提升后續(xù)工作的質(zhì)量。

1 市政工程水泥混凝土路面瀝青加鋪層常見問題

1.1 瀝青加鋪層裂縫

以市政道路路面材料的角度來看，瀝青的理化性質(zhì)較混凝土更為理想，這種優(yōu)勢主要體現(xiàn)在延展性、自恢復能力、回彈量方面，當瀝青路面出現(xiàn)應(yīng)力集中、形變后，擁有一定的恢復能力，但如果周圍條件特殊，這種恢復能力會降低，并導致裂縫出現(xiàn)。如冬季低溫環(huán)境下，瀝青層剛度不足的問題暴露出來，如果某一時間段頻繁通車，瀝青層表面出現(xiàn)較大的外荷載以及水平/縱向拉應(yīng)力，出現(xiàn)形變、裂縫，在低溫影響下，這種形變無法恢復，并在持續(xù)的外荷載作用下繼續(xù)擴大，形成裂縫。

1.2 瀝青加鋪層凹槽

凹槽出現(xiàn)的原因與裂縫類似，但原因更為復雜，而且更難以避免。將瀝青層鋪設(shè)在水泥混凝土路面表面后，路面物理性能的剛度下降，延展性提升，然而老化問題并沒有得到應(yīng)對。由于瀝青粘結(jié)性好，在受到外荷載影響時，可能出現(xiàn)一些小幅度的形變，這些形變難以被快速察覺，但當外荷載持續(xù)作用于形變位置時，應(yīng)力集中也持續(xù)作用在形變處，導致路面形變越來越嚴重，應(yīng)力集中位置漸漸下凹，形成凹槽，影響路面的使用價值和美觀度。

1.3 瀝青加鋪層麻面

在現(xiàn)代市政道路工程中，鋪設(shè)與水泥混凝土路面上的瀝青層厚度一般不會超過20mm，在施工過程中，無論應(yīng)用何種瀝青材料，都要嚴格保證施工規(guī)范性。2014年9月，遼寧某地進行路面瀝青層鋪設(shè)，混合料攪拌、輸送等過程均符合施工標準，但在壓實環(huán)節(jié)，施工人員只使用了一臺中型壓實機，壓實工作并不到位，導致該段路面在后續(xù)使用中出現(xiàn)了嚴重的麻面問題，影響了影響路面美觀度以及使用價值。

2 市政工程水泥混凝土路面瀝青加鋪層優(yōu)化方案

2.1 碎石混合料技術(shù)的應(yīng)用

目前常用于市政工程水泥混凝土路面瀝青加鋪層的碎石混合料技術(shù)，是高模量改性SMA-13瀝青瑪蹄脂碎石混合料技術(shù)，該技術(shù)可以應(yīng)對長時間、高壓力路面的優(yōu)化需求，應(yīng)對惡劣自然環(huán)境的能力也較強，可以避免路面出現(xiàn)車轍。瀝青瑪蹄脂碎石混合料耐久性好，抗變形能力強，結(jié)合此前學者的研究成果，在高溫條件下，瀝青混合料的模量對車轍的影響比中溫時的要大，瀝青瑪蹄脂碎石混合料較出色的抗變形能力能夠解決這一問題。在施工中，要求收集瀝青、纖維穩(wěn)定劑、礦粉等，并利用瀝青的物理性質(zhì)實現(xiàn)粘接，確保其耐久性和柔性。之后采用粗集料進行互嵌，組成穩(wěn)定性較高的結(jié)構(gòu)框架，用于水泥混凝土路面的鋪設(shè)，鋪設(shè)過程中應(yīng)注意壓實設(shè)備的選取，一般應(yīng)用中小型設(shè)備從四周向中央進行弧形壓實[1]。

2.2 超薄瀝青加鋪層技術(shù)

超薄瀝青加鋪層技術(shù)的應(yīng)用，可以同步發(fā)揮瀝青延展性優(yōu)勢和水泥混凝土路面的剛度優(yōu)勢。在具體應(yīng)用超薄瀝青加鋪層技術(shù)時，要求對水泥混凝土路面進行檢查，評定其級別，尤其是了解其損壞情況，對于一些結(jié)構(gòu)參數(shù)進行記錄。完成數(shù)據(jù)收集后，擬定施工方案，首先更換破碎板，對水泥混凝土路面進行處理，將雜物清除，磨平錯臺，對舊水泥鹼路面表層的松散碎屑進行清理，之后進行重新封縫。針對可能出現(xiàn)的反射裂縫，需要進行傳荷能力評定，確保其處于中等以上，之后在根據(jù)氣溫、舊水泥鹼路面承載力、荷載、接縫處彎沉差等情況進行綜合分析，具體確定超薄瀝青加鋪層的厚度，在加鋪層內(nèi)設(shè)置橡膠瀝青應(yīng)力吸收夾層，如有必要還可以設(shè)置織物夾層，最后在瀝青加鋪層上對舊水泥鹼路面的橫縫位置鋸切橫縫，完成施工[2]。

2.3 防水粘結(jié)層技術(shù)

防水粘結(jié)層技術(shù)全稱高彈改性瀝青應(yīng)力吸收防水粘結(jié)層技術(shù)，對瀝青進行改性處理，強化其應(yīng)對水腐蝕的能力，同步改良其自恢復能力，提升彈性特質(zhì)。該技術(shù)能夠控制反射裂縫出現(xiàn)的可能，也能改善水泥混凝土路面的自身性能，提升其應(yīng)對外荷載破壞的性能。目前在市場水泥混凝土路面瀝青加鋪層應(yīng)用較為廣泛的是SAWI（高彈瀝青應(yīng)力吸收防水粘結(jié)層）。該材料的優(yōu)勢是高韌性、低模量、防水性強，具體應(yīng)用的過程中，不需要額外更換材料或者工藝，對瀝青實現(xiàn)改性后，需要進一步測試其指標，尤其是彈性模量和粘接性，彈性模量和粘接性是確保其疲勞性能、高低溫定性能、防水性能的關(guān)鍵。在此前部分地區(qū)的水泥混凝土路面瀝青鋪設(shè)中，研究人員對該材料進行過測試，結(jié)果上看，改善后的舊水泥鹼路面狀況彈性特質(zhì)較好，防水性能也得到了強化，需要控制的核心是其粘接性，應(yīng)根據(jù)路面交通壓力具體確定，一般交通壓力大的地面要保證較高的粘接性。

3 模擬分析

3.1 模擬指標與過程

針對碎石混合料技術(shù)、超薄瀝青加鋪層技術(shù)以及防水粘結(jié)層技術(shù)進行分析，利用電子計算機建構(gòu)路面模型，鋪設(shè)瀝青加鋪層，同時構(gòu)建常規(guī)瀝青加鋪層模型，采取人工變更模擬參數(shù)的方式進行試驗分析，變更的參數(shù)包括瞬間荷載、使用年限、雨水破壞和溫度四個方面，主要觀察指標為路面的形變總量、裂縫數(shù)目以及腐蝕破壞程度。實驗分四組進行，即混合料技術(shù)組、超薄瀝青組、防水組以及常規(guī)組。每組進行36次實驗，在保持三個參數(shù)不變的情況下，變更另一個參數(shù)，了解觀察指標，不同實驗12次，重復實驗24次，取平均數(shù)進行分析。如混合料技術(shù)組，第一次實驗取固定荷載、使用年限、雨水破壞，變更溫度，其后每次試驗更改一個參數(shù)，重復進行，對所有實驗數(shù)據(jù)進行記錄。

3.2 模擬結(jié)果與分析

模擬結(jié)果上看，混合料技術(shù)的使用年限最長，在模擬實驗（理想）條件下，能夠保持22個月不出現(xiàn)嚴重破壞，但在形變控制和耐腐蝕性上不夠理想。超薄瀝青組的形變控制最理想，在反復模擬的情況下，形變量可以控制在2%以下，但使用壽命和耐腐蝕性較為普通。防水組的耐腐蝕性最理想，強于普通組4.5倍以上，但形變控制和使用壽命上面不夠出色。普通組在實驗中所獲數(shù)據(jù)普遍低于上述三類技術(shù)。結(jié)合各地水泥混凝土路面特點，給出三類瀝青加鋪層優(yōu)化方案的使用原則如下，各地可以結(jié)合需要具體選擇：

如果當?shù)亟煌▔毫Υ螅珳囟葪l件和降水條件較為理想，可以使用高模量改性SMA-13瀝青瑪蹄脂碎石混合料技術(shù)；

如果當?shù)亟煌▔毫Σ淮螅珳囟葪l件和降水條件不理想，可以使用高彈改性瀝青應(yīng)力吸收防水粘結(jié)層技術(shù)；

如果當?shù)禺數(shù)亟煌▔毫Υ螅瑴囟葪l件不理想，但降水條件尚可，可以使用超薄瀝青加鋪層技術(shù)。

4 總結(jié)

通過分析市政工程水泥混凝土路面瀝青加鋪層優(yōu)化方案，獲取了相關(guān)理論內(nèi)容。水泥混凝土路面在現(xiàn)代市政工程中十分常見，加鋪瀝青可以優(yōu)化路面性能，由于種種原因目前瀝青加鋪層常出現(xiàn)裂縫、凹槽、麻面等問題。給出的優(yōu)化方案包括應(yīng)用碎石混合料技術(shù)、超薄加鋪層口試以及防水粘結(jié)層技術(shù)等三大類，通過模擬分析證明了上述三個優(yōu)化方案的可行性，可作為后續(xù)工作的參考，提升施工水平。

[1]盧軍源，袁野真.舊水泥混凝土路面瀝青加鋪層應(yīng)力參數(shù)化分析[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2017，13（07）：211～212.

[2]宋麗霞，伍曉華，宋利軍.基于應(yīng)力吸收層的舊水泥混凝土路面瀝青加鋪層材料研究[J].公路工程，2017，42（03）：286～291.