瀝青路面在既有水泥路面改造中的應用

肖 桂 清

(天津市市政工程設計研究院，天津 300450)

1 既有水泥路面改造技術

我國水泥路面從20世紀60年代修建開始，截止到2006年年末達到64.64萬km，大約占到公路總里程的65%。現在的問題是水泥路面大量已面臨著接近甚至超過了設計年限，很多水泥路面隨著使用年限的增加，路用性能逐漸下降，開始面對道路維修的難題[1]。之所以稱水泥路面的維修為難題，是因為同瀝青路面作為對比,目前世界范圍內水泥路面維修分為三種方法：1)在水泥路面上鋪設瀝青路面；2)在水泥路面上鋪設新的水泥面板；3)水泥路面的維修。在三種方法里，水泥路面上加鋪瀝青面層方法應用最為廣泛。既有水泥路面上加鋪瀝青面層可以融合水泥及瀝青路面的優點：水泥路面作為基層，剛度較大，能承擔重載抵抗結構性車轍；水泥路面改造后，平整度大大提高，保證行車舒適性與安全性；施工方便，造價低；降低車輛行駛噪聲，減小噪聲污染[2]。因此越來越多的水泥路面采用加鋪瀝青面層的方式進行維修，也就是“白加黑”路面形式，滿足維修后道路的使用要求。

2 加鋪瀝青路面的技術問題

在水泥路面上加鋪瀝青面層的技術問題主要體現在：水泥路面和瀝青路面的剛度不同，剛柔路面差異較大，在一些特殊部位，還需特別設計。所以，在水泥路面上鋪設瀝青路面需要克服幾個技術問題：水泥路面接縫處瀝青面層的反射裂縫問題；瀝青路面與水泥路面的層間結合問題；改造后路面的穩定性及鋪設瀝青面層的施工技術[3]。這些技術問題對加鋪瀝青面層后的路面性能有著非常大的影響，所以需要著重克服。其中，反射裂縫問題是最基本的問題。

造成水泥路面加鋪瀝青面層后產生反射裂縫的因素很多，主要是溫度、濕度、荷載等因素引起水泥面板移動，導致瀝青面層底面產生較大的拉應力，當拉應力超過面層的抗拉強度時，瀝青面層就產生了裂縫。同時水泥路面存在縱橫接縫，在瀝青面層底部易出現應力集中，從而導致面層裂縫。

3 防治反射裂縫的措施

從最早采用瀝青面層提高水泥路面路用性能開始，反射裂縫的防治工作研究也開始了，最早追溯到1930年。經過多年研究，提出了很多方法來防治反射裂縫，概括起來主要有三種：既有水泥路面的穩定處治、改善瀝青面層性能、設置夾層結構。

在水泥路面改造前，對既有病害進行整治，防止水泥板相互之間的位移，防止產生應力集中可以大大改善反射裂縫現象。豎向位移是反射裂縫的主要因素，水泥面板底部脫空是豎向變形的主因，在改造前，對底部脫空處注漿，可以防止水泥板的豎向位移顯著減少瀝青路面加鋪后反射裂縫的產生。所以對既有路面改造前處理的關鍵轉變為如何準確識別既有水泥路面的病害。隨著道路無損檢測工藝的發展，超聲波路面探傷、落錘式彎沉儀檢測、雷達測損等可以準確、科學的探測出水泥路面的病害，使穩定處理成為可能。

對瀝青面層的破壞進行分類歸納，可以分為剪切破壞及疲勞破壞。如果能提高瀝青面層的抗剪切性和耐疲勞性，是延緩甚至解決反射裂縫的另一個解決思路。根據以往研究資料，瀝青性能、瀝青混合料的結構類型、級配組成是影響瀝青面層抗剪切性能的關鍵因素。瀝青混合料中的瀝青用量、細集料比例、油石比、纖維含量、空隙率等是瀝青面層抗疲勞性的影響因素。所以使粗骨料嵌擠成骨架結構，細集料、礦粉、纖維、瀝青填滿骨架空隙，形成骨架密實型結構是改善瀝青路面性能的主要途徑。

既有水泥路面板接縫、破裂處位移產生的應力可以通過設置夾層結構來消解。目前對此的研究內容主要有三方面：在瀝青加鋪層和水泥路面之間設置基層，使加鋪層的厚度增大，減小反射裂縫發生的概率；設置玻纖格柵、玻纖布等高模量夾層，利用其抗拉強度大的特點延緩反射裂縫向上擴展的趨勢；設置低模量的夾層，利用其變形能力強的特點，消散水泥路面板的位移，同時不開裂，保證瀝青面層不出現裂縫。低模量的夾層一般稱作應力吸收薄膜夾層(SAMI)，簡稱應力吸收層。工程應用中，應力吸收層使用最多。

4 應力吸收層

應力吸收層的瀝青用量大，彈性模量低，性能偏向于黏塑性，通過應力吸收層的優良塑性變形和彈性恢復能力，可以將水泥面板位移產生的應力吸收，進而抑制反射裂縫的出現。加鋪應力吸收層可以增強層間黏結，改善層間接觸狀態。沒有裂縫防治措施時，裂縫是從下至上傳遞，當設置了應力吸收層時，初始時刻會改變裂縫的傳遞方向，抑制裂縫的傳遞速度。

應力吸收層主要能起到以下幾方面作用：減緩瀝青面層底部的拉應力、剪切應力，減小瀝青面層承受的應力集中；應力吸收層不溶于水、不透水，是解決瀝青路面水損害的有效途徑之一；應力吸收層由于模量不同于水泥和瀝青面層的模量，可以改善水泥板的受力特性，對于延長改造后路面的使用壽命起到了積極的作用，經濟效益和社會效益顯著。

4.1 材料及組成

應力吸收層的特點要求瀝青的低溫抗裂性、抗疲勞性比較突出。應力吸收層的瀝青用量大，瀝青的性能直接決定應力吸收層的性能是否滿足要求。瀝青混合料的馬歇爾設計法混合料試件擊實后，泛油比較嚴重，故應力吸收層的瀝青混合料試件適合選用旋轉壓實儀成型。瀝青混合料一般為密實級配，應力吸收層的集料公稱最大粒徑為4.75 mm，通過0.15 mm集料的質量百分率不小于10%。應力吸收層的厚度一般為2 cm～3 cm。瀝青混合料低溫抗裂性的主要決定因素是粒徑為0.075 mm集料、礦粉等細集料的含量，為增強應力吸收層的低溫抗裂性，可以在配合比設計時適當地提高粒徑0.075 mm集料、礦粉的含量[4]。

4.2 類型

目前根據使用瀝青的不同，應力吸收層一般分為三種：SBS改性瀝青應力吸收層、高彈瀝青應力吸收層、橡膠瀝青應力吸收層。

1)SBS改性瀝青應力吸收層。

研究采用有限元模擬，計算點如圖1，圖2所示，發現荷載和溫度作用下的最大主應力、等效應力、最大剪應力均大幅減少[5]。

從以往調查資料可知，面層瀝青混合料的剝落、松散是在水泥路面上加鋪瀝青面層主要的病害，在車輛等水平荷載的作用下，瀝青面層與水泥路面之間的粘結不夠，抗剪強度不足是根本原因。在加鋪SBS應力吸收層后，現場取樣試驗，層間結合很好，能承受很大變形量，鋪設SBS應力吸收層的路段，裂縫較少。

2)高彈瀝青應力吸收層。

高彈瀝青應力吸收層是在SBS改性瀝青應力吸收層基礎上發展而來，主要選用高彈性SBS改性瀝青，使瀝青的高溫黏度和低溫延度性能卓越[6]，保證瀝青應力吸收層的防水性能和抗變形性能。高彈瀝青應力吸收層中具有較多的細集料，同時能保證不滲水，高柔韌性，變形后的恢復和自愈能力較好，從而減少反射裂縫。

3)橡膠瀝青應力吸收層。

20世紀60年代，C.H.McDonald發明了橡膠改性瀝青，經過多年的發展演變，在世界多個國家得到大量應用，技術一直在完善，特別是對瀝青路面的抗疲勞開裂尤為顯著。使用橡膠瀝青應力吸收層有效地降低和減緩水泥路面的反射裂縫，除可提高瀝青路面的使用壽命降低路面噪聲外，還符合節能環保，發展循環經濟的要求。

5 結語

本文從既有水泥路面的改造技術，引出加鋪瀝青面層，闡述該項技術的關鍵問題是反射裂縫。防治反射裂縫可以通過設置應力吸收層來解決，應力吸收層中，改性瀝青的作用至關重要。隨著材料與結構技術的不斷發展，越來越多的高質量改性瀝青應用到應力吸收層中，從而解決水泥路面加鋪瀝青面層的技術難題，使得水泥路面的改造切實可行，安全可靠。