邹昱 贾圣东 高燕

在水泥混凝土板上加铺沥青层是我国主要的旧水泥混凝土路面改造的技术措施,是一种优良的路面结构形式,结合面上的应力极其复杂,本身粘结强度和抗剪强度弱,这就容易造成沥青加铺层在水泥混凝土板上“滑动”,产生了加铺层路面推移、壅包等病害。“白改黑”工程在我国开始较晚,因此针对加铺层层间滑移问题的研究还处在初始阶段,在对加铺层推移的认识上,并没有完善的理论体系解释,也没有成熟的设计方法。

1 加铺层推移病害的原因分析

1.1 层间剪应力过大

层间存在过大的水平剪应力,这是由刚柔复合式路面结构特点决定的,一般我国的加铺层厚度较薄,沥青混凝土的模量为1 000 MPa～1 500 MPa,而水泥混凝土的模量要大得多,在水泥混凝土板和沥青混凝土的结合部位也就是复合式路面的刚柔结合面上存在较大的变形差,沥青混凝土由于弹性模量小,竖向变形大,而水泥混凝土板弹性模量大,竖向变形小,随着荷载半径的变大,变形在水平方向上分布差异也很大,这种竖向变形差异通过水平滑移释放出来,因此在界面上会有较大的剪应力出现。从材料的微观角度分析,组成沥青混凝土的集料颗粒在车轮荷载的作用下,颗粒有向下运动的趋势,但水泥混凝土板阻碍了集料继续向下运动,由于沥青混凝土是由颗粒组成的不连续介质材料,集料在水泥混凝土板界面上会有向水平方向运动的趋势,造成层间滑动,尤其是重载、高温作用下,集料水平滑动的动力变大,阻力变小,滑移的可能性更大,推挤主要是由于这种情况造成的。

1.2 粘结层薄弱

我国的夹层一般很薄,容易在铺筑上层沥青混凝土时就破坏了夹层结构,如铺洒粘层油、土工布施工时,容易被施工车辆污染、破坏,且土工布施工过于随意,经常出现土工布起皱,形成软弱夹层,乳化沥青也不易喷洒均匀。

1.3 层间水破坏

水对结合面粘结强度的破坏作用,滞留在结合面上的水在动水压力反复冲刷作用下,使得层间粘结材料的粘结力降低,甚至失效,大量工程实践表明,推挤伴随着水损害,取芯结果表面,粘结层强度丧失,且结合面上都有水分浸入的痕迹。

2 加铺层推移防治的主要技术措施

2.1 改善沥青混凝土的抗剪、抗拉强度,降低界面水平剪应力

1)使用改性沥青混凝土。通过在沥青中添加各种聚合物或其他无机材料,经过充分混溶,使之均匀分散在沥青中,大幅改善沥青的路用性能,即成为改性沥青。改性沥青粘度很大,在道路处于高温范围内,改性沥青混凝土仍然表现出很强的弹性成分,改性沥青混凝土弹性模量大,能有效降低界面上的水平剪应力水平。由于改性沥青粘度大,大大的提高了混凝土内部的抗剪能力,不易发生塑性变形。2)纤维沥青混凝土。试验研究表明,使用纤维能有效的抵抗车辙等塑性变形。从城市交叉路口、公交停靠站台、长坡路段的使用效果看,纤维增强沥青混凝土是一种良好的加铺层防治推移等塑性变形材料。

2.2 增强结合面抗剪强度

1)水泥混凝土板表面处理。常用的刚柔复合路面水泥混凝土板的处理方式主要有三种:人工打毛、机械打毛加喷砂处理、精铣刨[4]。从这三种方式处理过后的界面形状来看,精铣刨处理的界面棱角更加清晰,坑槽深度均匀;人工处理的界面呈现出来的是一个个零散的小坑洞,混凝土板面很难形成宏观上的坑槽;喷砂处理的表面虽然能够形成宏观上的坑槽,但是由于喷砂过程中砂子与板面的强烈碰撞,导致处理后的界面没有清晰尖锐的棱角,界面呈曲线形。2)界面粘结材料。目前,常用的界面层材料可以分为两大类:一类是成型材料,直接摊铺,如各种卷材;一类是喷涂类材料,如各种改性沥青和高分子聚合物涂料,如聚氨酯、丙烯酸乳液等[5]。当然,不同的材料可能在某些方面的作用突出一些,而在某些方面的作用差一些。实际应用中,需要根据工程实际情况加以选择利用。一般而言,卷材类界面防水粘结材料的防水性能较好,粘结性能也不差,但界面的抗水平剪应力较差,抗剪强度不高。因此,在路面纵坡较大、弯道、停车场和加油站等特殊路段,水平剪应力作用明显,对层间抗剪强度较高时,卷材类界面须慎重考虑。涂抹类材料恰好相反,由于其施工适应性强,可以适应不同形态的水泥混凝土界面。因此,可以通过对水泥板的处理,加强界面层的抗剪强度。3)界面层材料。目前,在实际工程中,为缓解反射裂缝的发生,界面层通常有三种做法。a.做应力吸收层SAMI,一般采用的是薄层改性沥青或沥青橡胶[6,7],由于SAMI层具有良好的适应变形的能力,能够吸收水泥混凝土板接缝处位移产生的应力集中,通过自身的形变阻断了反射裂缝的传播。b.设置土工合成材料夹层,如土工格栅等,主要起到对面层沥青混合料的加筋作用,提高其抗拉强度,延缓开裂。c.设置级配碎石隔离层,由于级配碎石属散体材料,能够很好的阻隔裂缝的传播,同时能够很好的分散应力集中,避免沥青面层的开裂。理论上说,只要下层裂缝不穿透夹层,则面层沥青混合料是不会开裂的,即使裂缝穿透夹层,其能量大部分也已被夹层吸收和分散了,能极大的延缓面层的开裂。对于界面层的施工,主要注意以下几个方面的问题:首先,必须做好水泥混凝土板的处理。板面必须清洁、干燥,灰尘和水的存在会严重影响层间的粘结;对于板底是否存在脱空一定要进行检测,发现有脱空一定要进行处理,换板或是压浆,保证板的弯沉符合规范要求;对于板接缝的处理尤其重要,必须重视接缝的灌缝密封,否则会严重影响界面层的施工。其次,进行界面层的施工必须严格按照预先制定的施工工艺来做,必须注意避免由于施工组织不当导致对界面层的损坏。界面层厚度小,材料容易损坏,界面层施工完后一定要注意对其保护,施工沥青面层时,也是如此,避免面层混合料对界面层的损坏。

3 结语

水泥混凝土路面上的沥青加铺层推移病害,是近几年在“白改黑”旧路改造工程中继反射裂缝问题之后困扰道路工程界的又一大难题,推移的机理是由刚柔复合式路面自身模量差异产生过大的剪应力,且水泥混凝土板较光洁不能提供足够的抗剪强度造成的。防治的措施,应与防治反射裂缝及防水综合考虑,一方面改善加铺层厚度,设置合理的夹层,提高沥青混凝土的模量,从而减少界面上的剪应力水平;另一方面,提高沥青混凝土抗拉、抗剪强度,使用改性沥青或纤维沥青混凝土,增强界面的粘结强度,使用高效的粘结剂,增强界面的抗剪能力,且粘结材料应能达到防水的要求,在水泥板上制造粗糙面,结合防治反射裂缝的要求设置合理的夹层。评价复合式路面抗滑移性能的试验采用拉拔试验检验粘结材料的粘结强度,采用斜剪试验检验粗糙面以及粘结材料的抗剪能力。

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[3] 郭乃胜,赵颖华,侯金成.纤维沥青混凝土的松弛性能研究[J].建筑材料学报,2008(2):28-33.

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