超薄剛性罩面材料在市政工程中的應用價值分析

陳娟 李志能 朱龍

摘要：城市道路的瀝青路面結構受到車輛荷載的作用易產生車轍和開裂等破壞，由于受到標高的限制，很難在不增加厚度的情況下進行結構上的補強。在城市道路的交叉口和公交車專用道，路面的破壞更加嚴重。超薄水泥混凝土罩面材料（Ultra-thin Whitetopping，簡稱為UTW）的典型厚度只有5～10cm，可以在不增加城市道路厚度的情況下提高結構的承載能力，在城市道路的交叉口和公交車專用道具有很好的應用前景。

Abstract： Rutting and Cracking are the two most common distresses for municipal pavement. Due to the limitation of elevation， the pavement structure is difficult to be enhanced without improving the pavement thickness， which makes the distresses deteriorated. The thickness of Ultra-thin Whitetopping （UTW） is within 5～10cm， which can improve the load carrying capacity without raising the elevation， and is very suitable for the repair of intersections and bus route in municipal engineering.

關鍵詞：市政工程;路面工程;UTW;養護

Key words： municipal engineering;pavement engineering;ultra-thin whitetopping;maintenance

中圖分類號：U416.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）10-0199-02

1? 市政道路瀝青路面維修分析

我國的城市道路多采用瀝青路面的形式，瀝青路面具有施工和維修簡便，行車舒適的優點。然而，瀝青路面容易發生車轍和水損害，瀝青的各項性能之間也一直存在博弈。瀝青路面發生車轍后，一般采用銑铇然后加鋪的辦法來恢復瀝青路面的使用功能。使用瀝青混凝土罩面技術一般存在如下缺點：

①罩面層與舊路面之間粘結難以保證，新罩面容易出現剝離、水損害、坑槽等病害;

②瀝青罩面一般只能恢復路面的使用功能而對路面結構沒有提升，使用壽命一般較短;

③瀝青混合料在拌和、運輸、攤鋪和碾壓過程中會產生大量有害氣體，在市政維修工程中對市區的環境和居民的身體健康有非常不利的影響;

④瀝青材料的太陽能量吸收率較高，可達0.80～0.85，使得路面的溫度遠高于空氣溫度，會加劇城市的熱島效應。

除此之外由于我國南方地區夏季濕潤多雨，天氣炎熱，導致瀝青路面的水損害和車轍嚴重。當瀝青路面發生嚴重車轍的時候，不僅道路的行車舒適性大大降低，而且還會出現車輛變換車道操作困難，而車轍所形成的凹槽內積水，容易引發行車水滑和冰滑等問題。特別是在降雨條件下，車輛容易發生滑飄，引發嚴重的交通事故。使用聚合物改性水泥混凝土，將改善路面的表面功能，并且可以提高路面結構的承載能力。

2? 市政道路軸載特征分析

市政道路上行駛的汽車軸載一般與公路相比，都相對較輕，但是組成上更加復雜。美國AASHTO路面力學經驗設計方法中，在進行路面結構設計時，對于市政道路與普通公路相比，在市政道路當中公交車荷載的比例要顯著增加達到了普通公路的10倍以上，而卡車荷載的數量只占總交通量的63.8%。這樣的分析在我國同樣適用，在城市道路上除了小汽車之外公交車的數量要顯著增加，而卡車荷載的數量要明顯少于高速公路和其他國省干道。

除了以上特征之外，城市道路交通還有如下的特點：

①車輛荷載的車道分布不均，城市主干道路的車道較多，而次干道路一般僅為1～2車道;

②車輛的方向性較強，一般情況下，早高峰時段，進城方向的車輛要明顯多余出城方向，而到晚高峰，車輛的分布又與早高峰相反，居民的日常生活直接影響了車輛的小時分布系數;

③隨著我國城鎮化的發展，市政道路的交通量增長率要顯著高于普通公路，但是市政道路的季節性分布不強;

④市政道路的渠化交通較多，由于城市道路交通擁堵，特別是設置公交車道的城市道路，公交車車道的破壞比較嚴重;

⑤在道路交叉口和公交車站等區域，車輛的頻繁啟動和制動，會使路面反復承受車輛制動和啟動作用下的剪切作用，進而路面會產生較多的剪切破壞。

3? 超薄水泥混凝土罩面介紹

瀝青路面發生車轍、坑槽等早期損害以后，路面的使用性能將迅速下降，行車的安全性和舒適性也大大降低。對舊瀝青路面進行罩面可以快速修復路面的各種病害，然而路面功能改善型的瀝青混凝土罩面的厚度一般在30～50mm，因此結構的承載能力提高有限。然而混凝土罩面具有承載能力高，耐水損害能力強的優點。混凝土白色罩面技術在美國已經有90多年的歷史，上世紀90年代美國又出現了超薄水泥混凝土罩面技術（Ultra-Thin Whitetopping，簡稱UTW），1991年在美國的肯塔基州修筑了了第一條UTW試驗路。該技術利用改善白色罩面與舊路面層之間的粘結將白色罩面的厚度降低到5～10cm之間，僅相當于普通水泥混凝土路面厚度的1/5～1/4，設計和施工良好的UTW罩面工程的實際使用壽命可達10年以上。根據國外的成功經驗，使用超薄白色罩面的優勢有：

①與瀝青混凝土罩面相比，白色罩面不僅承載力大大提高，而且厚度基本相當的情況下白色罩面的經濟性要顯著優于瀝青罩面。

②超薄罩面用于水泥混凝土路面加鋪時，可以防止瀝青混凝土加鋪在舊混凝土路面上反射裂縫嚴重的問題。

③薄的混凝土罩面，板塊劃分較小，一般為12～18倍板厚，即約0.6m～1.8m。因此超薄罩面的維修更換更加方便，成本也更低。

④白色罩面表面光照吸收小，夜間行車安全。

⑤白色罩面可以使用小機具施工，施工方案更加靈活。

薄或者超薄白色罩面技術可以用于瀝青路面的路面功能改善，可以修復瀝青路面表面的車轍、疲勞開裂以及溫度裂縫等問題。

4? 超薄剛性罩面的應用價值分析

在市政工程的應用中，根據實際經驗，使用瀝青混合料進行舊路面的罩面，最小的厚度應為4cm，否則極易出現因厚度過小而產生的罩面層剪切破壞，產生推移，剝落，坑槽能破壞。而在既有路面破壞嚴重，路面裂縫等病害較多和水損害嚴重的路段，罩面層的厚度要適當增加，一般均超過4cm。按照普通瀝青混合料的材料價格約為12元/m2/cm計算，那么，使用瀝青混凝土做罩面層，其材料造價至少為48元;若使用水泥混凝土超薄罩面，其設計厚度在5～10cm之間，根據使用要求，其厚度取中值為7.5cm，根據市場調查，商品混凝土的價格約為300～400元/m3，那么7.5cm厚的超薄水泥混凝土罩面層的材料造價約為30元（按混凝土材料單價為400元/m3計算）。根據以上材料造價的分析，使用超薄水泥混凝土罩面進行舊路面的修復，僅材料成本就較使用瀝青混凝土罩面節約材料成本60%。

筆者在實踐中發現厚度在6cm以下的罩面層一般只能起到功能性修復的作用，罩面層對路面結構承載力的提高幾乎沒有作用。正如前面所述，在城市道路中，由于受到標高的限制，瀝青路面很難用增加厚度的方法來提高結構承載力，因此在車輛荷載較重的公交車道等部位，薄層的瀝青混凝土罩面往往僅能使用1～2年就要重新進行加鋪。而設計和施工良好的薄層剛性罩面，因剛性路面結構作為表面層，其結構承載能力得到了很大提升，預期的使用壽命可達8～15年，對于市政道路因其交通承載相對高等級公路較輕，預期的使用壽命將會進一步增強。

綜上，使用超薄剛性罩面能夠節約建設期的材料成本，并且能夠提高結構承載能力和罩面層的使用壽命，具有在市政工程中良好的應用前景。

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