摘 要:在對舊水泥路面加鋪瀝青面層出現(xiàn)反射裂縫的原因進行分析的基礎(chǔ)上,從中間夾層及加鋪面層材料的選擇、設(shè)計方案的選定和施工技術(shù)三方面,給出了減少了反射裂縫的解決方案,最后獲得了十分可觀的經(jīng)濟效益。
關(guān)鍵詞:舊混凝土路面;加鋪瀝青面層;反射裂縫;夾層加鋪面層;設(shè)計和施工
中圖分類號: [ TU997 ] ;U41 文獻標(biāo)識碼: B 文章編號: 1008 - 3707 (2007) 02 - 0035 - 03
舊水泥混凝土路面通過加鋪瀝青層面(以下簡稱“加鋪改建”) ,可以改善結(jié)構(gòu)性能,提高行車質(zhì)量,美化路容路貌。舊水泥混凝土路面的瀝青混凝土加鋪層是一種特殊的路面結(jié)構(gòu),應(yīng)力應(yīng)變與一般的彈性層狀體系有較大差別。由于裂縫的存在,又在外力荷載作用下,瀝青混凝土加鋪層處于比較復(fù)雜的三維應(yīng)力狀態(tài)。車輛行駛經(jīng)過不連續(xù)的塊板時,瀝青混凝土加鋪層中因裂縫兩側(cè)相鄰板塊產(chǎn)生豎向位移而出現(xiàn)剪應(yīng)力,這種剪應(yīng)力是瀝青混凝土加鋪層產(chǎn)生荷載型反射裂縫的主要原因;另外,由于路面暴露大氣中,受各種外界條件變化的影響,瀝青混凝土加鋪層和舊水泥混凝土路面板都會縮脹,并產(chǎn)生溫度應(yīng)力差,出現(xiàn)反射裂縫。
在本文中,筆者根據(jù)在甬慈公路、義烏機場道路等工程實際施工管理中的一些實踐,吸取有關(guān)經(jīng)驗和教訓(xùn),對舊水泥混凝土路面加鋪瀝青層面的技術(shù)進行了總結(jié)。在此談?wù)勎覀儗εf水泥混凝土路面加鋪瀝青混凝土的改建設(shè)計和施工技術(shù)的觀點和認識。
1 加鋪面層出現(xiàn)反射裂縫的原因及對策
加鋪瀝青混凝土面層的罩面技術(shù)在我國應(yīng)用比較廣泛,且施工技術(shù)成熟,經(jīng)驗多。它具有施工速度快、修復(fù)成本低等優(yōu)點,但很容易出現(xiàn)反射裂縫。反射裂縫是由于溫度的變化以及車輪荷載的不斷作用,在與舊水泥混凝土板的接縫或裂縫相對應(yīng)的位置,瀝青混凝土加鋪層上產(chǎn)生裂縫。其產(chǎn)生的最主要原因是溫度變化引起的舊水泥混凝土面層的水平位移以及車輪荷載引起水泥混凝土板縫兩側(cè)的豎向變位差。這種水平位移和豎向變位差,使瀝青混凝土在與接縫和裂縫相應(yīng)位置處產(chǎn)生較大拉應(yīng)力和剪切應(yīng)力,而瀝青在低溫時不容易變形,致使拉應(yīng)力和剪切應(yīng)力增大。當(dāng)應(yīng)力超過瀝青混凝土的強度時,瀝青混凝土加鋪層即會出現(xiàn)裂縫。初期的反射裂縫的特點是間距小、數(shù)量多,很難被發(fā)現(xiàn);隨后,水一旦進入裂縫,容易使基層和路基受損,導(dǎo)致反射裂縫的發(fā)展,甚至使瀝青混凝土罩面出現(xiàn)坑槽等病害;可見,加鋪瀝青混凝土面層的關(guān)鍵在于如何控制反射裂縫。
為保證水泥混凝土路面加鋪瀝青后不出現(xiàn)反射裂縫,在修復(fù)舊路面的基礎(chǔ)上,還必須在舊水泥混凝土路面和新的瀝青混凝土加鋪層之間采用設(shè)置緩解應(yīng)力中間夾層及增設(shè)結(jié)構(gòu)補強層等措施。它的作用是和瀝青混凝土加鋪層協(xié)同受力和變形,改善瀝青混凝土加鋪層的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài),改善加鋪層的應(yīng)力分布,提高面層的抗變形能力,以增強加鋪層防反射裂縫的能力。
2 中間夾層及加鋪面層的設(shè)計和施工
2. 1 防水夾層材料的選擇
目前,夾層材料種類很多,常使用的有瀝青碎石、瀝青砂、應(yīng)力吸收薄膜夾層( SAM IS) 、無紡?fù)凉げ?、玻璃纖維格柵和鋼筋網(wǎng)[ 1, 2 ] 。
土工布具有耐高溫的特性,在瀝青混凝土攤鋪時不會熔化于瀝青混凝土中或老化變質(zhì);能夠承受壓路機碾壓;并能有效地減少地表水通過舊水泥混凝土板接縫滲入土基,同時也能減少地下水通過舊水泥混凝土板接縫進入加鋪層,浸濕加鋪層結(jié)構(gòu)材料,可延緩瀝青面層出現(xiàn)剝落和松散,延長加鋪層結(jié)構(gòu)的使用壽命;而且利用其抗變形能力,對消散水平應(yīng)變、傳遞豎向荷載起到一定作用,從而延緩反射裂縫的產(chǎn)生。在施工中,夾層材料可采用熱熔聚脂長纖土工布,其單位面積質(zhì)量為180 g/m2 ,縱向斷裂強度9. 7 kN /m,縱向5%的拉伸力4. 8 kN /m,橫向斷裂強度11. 2 kN /m,橫向5%的拉伸力5. 3 kN /m。
玻纖格柵是一種能增強路面性能的新型優(yōu)良土工基材,使用玻纖格柵能有效地改善路面結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布,抵抗和延緩基層裂縫引起的瀝青混凝土反射裂縫的發(fā)生,從而提高路面的使用壽命。它具有很高的耐熱和耐寒性,強度大、模量高、耐腐蝕、化學(xué)性能好、膨脹系數(shù)低、尺寸穩(wěn)定性好。工程中玻纖格柵可采用自粘玻纖格柵,網(wǎng)眼尺寸20 mm ×20 mm,縱向斷裂張力62 kN /m,橫向斷裂張力為59 kN /m;斷裂伸長率縱向2. 38 kN /m,橫向為1. 67 kN /m。
2. 2 加鋪土工布或玻璃纖維格柵
在對處理后的水泥混凝土板塊進行保養(yǎng)并完成質(zhì)量檢測后,沿縱橫縫鋪設(shè)土工格柵,施工時注意拉緊土工布或玻璃纖維格柵,并且灑布均勻的黏層油(0. 4 L /m2 )以增強層間的整體性,使之協(xié)同受力和變形。
噴撒一層乳化瀝青時,寬度比玻璃纖維土工格柵多10 cm,撒一層米砂,再用壓路機壓實。
2. 3 加鋼纖維
還可以在瀝青混凝土加鋪層中摻入鋼纖維以提高瀝青混凝土加鋪層的抗變形能力和抗拉強度。鋼纖維應(yīng)選取分散均勻不易結(jié)團的銑削型鋼纖維。經(jīng)試驗和工程實踐表明: 鋼纖維的摻量體積率宜在0. 5%～1. 2%。因為鋼纖維含量太小不起增強作用,而如果摻量太大則鋼纖維的外露量較大,出現(xiàn)外觀較差、容易結(jié)團的問題。經(jīng)實踐證明,摻入鋼纖維對控制反射裂縫有明顯效果。
2. 4 舊水泥混凝土路面加鋪柔性聚合物水泥砂漿
瀝青罩面存在著反射裂縫問題和瀝青老化問題,且瀝青罩面的顏色為黑色,而原來的水泥混凝土路面為白色,兩者之間顏色有很大的差異,如果只是對部分路段進行瀝青罩面則會影響路面美觀。另外,加鋪瀝青混凝土面層造價較高,對施工設(shè)備和材料要求也較高,若在路面破損不很嚴重的地方,用瀝青混凝土罩面顯得不太經(jīng)濟,此時可采用柔性聚合物水泥砂漿罩面。
由強度等級52. 5 硅酸鹽水泥、中砂、MG系列水泥改性劑作為柔性聚合物配制而成的罩面材料,可以與舊水泥混凝土路面牢固粘合,有良好的應(yīng)變能力,并且耐磨、抗沖擊,是一種很好的路面修補材料。其中MG系列水泥改性劑在水泥水化硬化過程中同時硬化,由它配制的水泥砂漿對被粘表面依賴性小,不鑿毛也可達到很好的粘結(jié)強度,而且抗折、抗沖擊、耐磨、早強等性能佳。
柔性聚合物水泥砂漿修補路面的施工過程很簡單。首先用高壓水龍頭將舊水泥混凝土路面清洗,將清洗過的路面晾干到潮但無積水時,用尼龍板刷涂刷界面處理劑,界面處理劑由MG23水泥改性劑和水泥配制而成。配制過程是將水泥加入改性劑中,邊加邊攪直至形成黏稠狀,然后裝入密封筒中待用,涂刷厚度越薄效果越好,然后把稀釋后的MG2Ⅰ型水泥改性劑加入砂漿攪拌機中攪拌,攪拌均勻后攤鋪在涂刷過界面處理劑的區(qū)域,攤鋪時機最好選在剛涂刷完界面處理劑的時候,這樣有利于界面粘合。攤鋪平后,抹光機振實、木尺刮平后,用抹刀抹光,然后進行機械刻槽; 刻槽可采用等間距橫向刻槽,槽寬3 mm,槽深3～6 mm。刻槽后隨即開始養(yǎng)生,養(yǎng)生方式采取薄膜覆蓋和灑水雙重養(yǎng)生方法,養(yǎng)生時間不少于12 d。先選用保水率90%的路面用養(yǎng)護劑噴灑至形成水膜,然后覆蓋保水養(yǎng)生膜,把砂均勻壓在薄膜接縫位置,以防薄膜被吹走;而后在薄膜上灑水降溫,以防止水泥砂漿在水化過程中溫度過高而引起裂縫。
2. 5 瀝青混凝土加鋪層
增加瀝青混凝土加鋪層的厚度可以有效地延遲路表出現(xiàn)裂縫的時間,因為較厚的加鋪層在初始階段可以極大地減少原裂縫處因交通荷載引起的應(yīng)力。加鋪層越厚,起始裂縫擴展到路表的時間越長。而對于基層溫度位移產(chǎn)生的反射裂縫,加鋪層越厚、結(jié)構(gòu)層內(nèi)部的溫差越平緩,這樣就減少了裂縫邊緣的位移量。加鋪層的結(jié)構(gòu)如表1所示。
2. 5. 1 下面層瀝青混合料的選用
考慮到下面層的一個重要作用是延緩舊水泥混凝土路面的反射裂縫,而反射裂縫是由于下面層在接縫或裂縫附近的位移引起加鋪層出現(xiàn)應(yīng)力集中造成的。下面層采用了AM230,這是因為其骨料大,空隙率大,有一定的
強基抗裂性能;盡管它的高溫抗車轍能力、耐疲勞性能、抗水剝落能力不如中面層,但它處于瀝青層的最下層,接觸日照和地下水的機會很少,并且價格比AC220Ⅰ便宜。
2. 5. 2 中面層AC220Ⅰ瀝青混合料
AC220Ⅰ瀝青混合料空隙率小、密度高、耐久性強,其它指標(biāo)也均優(yōu)于AM230,有泌水把關(guān)之用,同時兼抗車轍之效。中面層瀝青采用的是AH2110,其軟化點47℃, 25℃時針入度108、延度120。
2. 5. 3 上面層瀝青混合料的選用
瀝青上面層是最重要的路面結(jié)構(gòu),它直接承受車輪荷載和大氣自然因素作用,具有平整、堅實、耐久及抗車轍、抗裂、抗滑等多方面綜合性能,因此選用改性瀝青混合料AC213Ⅰ。瀝青采用的是AH290,改性劑SBS,劑量為5%。
2. 5. 4 改性瀝青混合料配合比設(shè)計
改性瀝青混合料的配合比設(shè)計遵循《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中關(guān)于熱拌瀝青混合比設(shè)計的目標(biāo)配合比、生產(chǎn)配合比及試拌試鋪3個階段,以此來確定礦料級配及最佳改性瀝青用量[ 1 ] 。
2. 5. 5 級配
瀝青混合料配合比設(shè)計級配采用貝雷法進行設(shè)計。級配選擇原則: AC213 Ⅰ型混合料
2. 36 mm以篩孔通過量取級配中值以達到密實、嵌擠。AC213Ⅰ型混合料篩分結(jié)果見表2。
2. 5. 6 粉料比
小于0. 075 mm含量的多少對瀝青混合料體積指標(biāo)和路用性能影響很大,混合料級配中小于0. 075 mm的含量必須考慮粗集料本身含有的粉塵部分。小于0. 075 mm部分與瀝青含量之間的比值即粉料比應(yīng)在1～1. 2之間,對瀝青面層混合料礦粉含量宜取4. 5%～5%。
2. 5. 7 改性瀝青混合料的施工工藝
SBS改性瀝青是一種彈性塑膠類改性瀝青,正確使用可以顯著提高瀝青面層的高溫抗車轍能力和低溫抗裂性能。
由于SBS改性瀝青混合料具有高溫敏感性,降溫速度快,成型溫度高, 120℃以下難以壓實,因此在施工中特別要注意控制混合料的溫度。施工時初壓溫度不小于150℃;復(fù)壓溫度不小于140℃;終壓溫度不小于130℃。改性瀝青混合料馬歇爾試驗結(jié)果見表3,其它工序施工與普通瀝青混合料施工基本相同。
3 結(jié) 語
對于舊混凝土路面加鋪改造目前國內(nèi)仍處于研究試驗階段[ 3 - 5 ] 。把舊水泥混凝土路面修復(fù)成新道路的下臥結(jié)構(gòu)層,節(jié)約了大量的基層材料,減少了因破除舊水泥混凝土路面所需的機械、人力費用; 同時,水泥混凝土板廢棄物得以利用,不再造成對環(huán)境的污染問題。在加鋪改建的夾層施工中加入玻璃纖維、土工格柵等材料;在面層材料的使用上,對瀝青進行了改性,使用了SBS改性瀝青混合料,以加強溫度控制。通過在甬慈公路、義烏機場道路等近20萬m2 道路加鋪改建工程的應(yīng)用,其效果非常明顯,有效地減少了反射裂縫的出現(xiàn),改善了舊水泥混凝土路面的路用性能和使用功能,經(jīng)濟效益十分可觀。
參考文獻
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