浅谈水泥混凝土路面加铺沥青混凝土施工技术

浅谈水泥混凝土路面加铺沥青混凝土施工技术

摘要：旧水泥混凝土上加铺沥青混凝土面层,是改造旧水泥混凝土路面行之有效的方法之一。文章论述水泥混凝土旧路面的处理技术和水泥混凝土路面加铺沥青混凝土结构的设计方法以及施工技术，为进一步研究水泥混凝土路面加铺沥青混凝土技术的研究提供经验参考。

关键词:水泥混凝土；沥青混凝土； 路面；施工技术

一、概述

旧水泥混凝土路面加铺沥青层是目前国内外道路工程技术领域的一个未能得到很好解决的技术难题。旧水泥混凝土路面加铺沥青层可以大致划分为结构性加铺与功能性加铺2种类型。功能性加铺主要用以改善旧混凝土路面的表面功能,结构性加铺除了必须改善表面功能外,还要承担结构补强功能,降低水泥混凝土面板的板底拉应力和温度翘曲应力,保证路面能够承受设计的轴载作用。

旧水泥混凝土路面上加铺沥青层的主要技术难点是防止反射裂缝的发生。旧混凝土路面在使用过程中可能存在各种病害与缺陷,这些病害与缺陷使得沥青加铺层技术变得更加困难。因此,科学、合理、有效地评价旧水泥混凝土路面损坏状况、承载能力、残余寿命、板间传荷能力、脱空状态,是做好旧水泥混凝土路面加铺沥青面层的一个重要内容。

二、旧路面病害处理

旧路面病害处理是沥青层加铺质量的关键,旧路面病害处理得彻底,则可大大减少和延缓反射裂缝的发生和扩展。因此,在加铺沥青层之前必须对旧水泥混凝土路面的病害进行详细调查,调查的重点是裂缝、脱空和承载力等。根据旧水泥混凝土路面调查结果,确定水泥混凝土路面的病害处理方案。沥青加铺前对水泥混凝土路面的病害处理包括:①对破碎的混凝土板块进行翻修;②对局部损坏的混凝土板块进行挖补。③对板下脱空的板块,采取板下封堵的方法进行灌浆。④对水泥混凝土路面接缝进行清缝、灌缝。

沥青层加铺前,应对处理过的水泥混凝土路面重新检测,确保旧路面病害处理达到预期效果,对于达不到要求的板块应重新处理。

三、沥青加铺层结构设计

当旧混凝土路面的损坏状况和接缝传荷能力评定等级为优良或中时,可采用沥青加铺层。接缝传荷能力评定等级为中时,应根据气温、荷载、旧混凝土路面承载能力、接缝处弯沉差等情况选用下述减缓反射裂缝的措施:①增加沥青加铺层的厚度;②在加铺层内设置橡胶沥青应力吸收夹层、玻璃纤维格栅或者土工织物夹层;③沥青加铺层的下层采用由开级配沥青碎石组成的裂缝缓解层;④在沥青

加铺层上,对应旧混凝土面层的横缝位置锯切横缝。

沥青加铺层的厚度按减缓反射裂缝的要求确定,高速公路和一级公路和城市干道的最小厚度为100mm,其他等级的道路最小厚度宜为70mm。

旧混凝土板的厚度、混凝土的弯拉强度和弹性模量标准值以及基层顶面当量回弹模量标准值,采用旧混凝土路面的实测值。

旧混凝土面层厚度的标准值可根据钻孔芯样的量测高度按式(1)计算确定 .(1)

式中:he为旧混凝土面层测量厚度的标准值,mm; 为旧混凝土面层量测厚度的均值,mm;sh为旧混凝土面层厚度量测值标准差,mm。

旧混凝土面层弯拉强度的标准值可采用钻孔芯样的劈裂试验测定,结果按式(2)和式(3)计算确定

， (2)

. (3)

式中:fr为旧混凝土弯拉强度标准值,MPa;fsp为旧混凝土劈裂强度标准值,MPa; sp为旧混凝土劈裂强度测定值的均值,MPa;ssp为旧混凝土劈裂强度测定值的标准差,MPa。

旧混凝土的弯拉弹性模量标准值可按式(4)计算确定,为

. (4)

式中:Ec为旧混凝土的弯拉弹性模量标准值,MPa;fr为旧混凝土的弯拉强度标准值,MPa。

旧混凝土路面基层顶面的当量回弹模量标准值,宜采用落锤式弯沉仪(标准荷载100 kN、承载板半径150 mm)量测板中荷载作用下的弯沉曲线,按式(5)和式(6)确定

, (5)

. (6)

式中:Et为基层顶面的当量回弹模量标准值,MPa;SI为路面结构荷载扩散系数;w0为荷载中心处弯沉值,μm;w300、w600、w900为距荷载中心300mm、600mm和900mm处的弯沉值,μm。

当采用落锤式弯沉仪的条件受到限制时,可选择在清除断裂混凝土板后的基层顶面进行梁式弯沉测量后反算或根据基层钻芯的材料组成及性能情况确定。沥青加铺层的下层采用开级配沥青碎石混合料时,必须在路面边缘设置内部排水系统。

四、沥青加铺层防裂技术

沥青混凝土加铺层的关键是防止或减缓反射裂缝的发生。目前,防止或减缓旧水泥混凝土路面沥青加铺层反射裂缝的措施主要有增加沥青层厚度、设置级配碎石、特粗粒径沥青碎石裂缝缓解层,在沥青加铺层与水泥混凝土路面板间设置土工布、土工格栅、改性沥青油毡、钢丝网或改性(橡胶)沥青混合料应力吸收层等防裂夹层,采用切缝填封橡胶沥青等方法。水泥混凝土路面沥青加铺层的典型结构见表1。

铺设土工布前,在混凝土面板上喷洒粘层热沥青,沥青喷洒范围要比土工布宽5～10cm。铺设土工布时,先在起始端,用垫片加水泥钉固定土工布并拉紧。土工布连接搭接长度约为15cm,连接处应手工喷洒足量粘层沥青确保土工布被浸透。土工布铺好后,应立即开始摊铺沥青混凝土。严禁非施工车辆在土工布上行驶,沥青混凝土运料车不得在土工布上转弯、调头、制动。土工格栅隔离层沥青混凝土面层,必须采用玻璃纤维格栅。常用的玻璃纤维格栅,有带自粘胶和不带自粘胶两种。带自粘胶的可直接在平整清洁的路面上铺设,不带自粘胶的通常采用水泥钉加垫片固定。采用聚酯改性沥青油毡防治反射裂缝时,通常将聚酯改性沥青油毡切割成50cm宽的长条带。沥青层锯缝填缝技术是在沥青加铺层上和旧水泥混凝土路面板接缝位置沿接缝方向锯缝并填缝的施工工艺。

增加沥青加铺层的厚度,是减少反射裂缝最常见也是行之有效的一种方法:一方面可以减少旧路面结构的温度变化,降低接缝处沥青加铺层的温度拉(弯拉)应力;另一方面可以增加路面结构的弯曲刚度,降低接缝处的弯沉及弯沉差,减少加铺层的剪切应力。对于较厚的加铺层来说,裂缝由加铺层底面扩展到顶面需要经历较长的距离与时间,也可以延长其使用寿命。为防止或减缓加铺层反射裂缝的出现,沥青加铺层应保证一定的厚度,一般应不低于20cm,太薄的沥青厚度势必在短期内即出现反射裂缝。但仅通过无限制地增加加铺层厚度的方法来减小车辆荷载应力及温度应力的方法也是不经济的,且沥青层的厚度太厚容易出现车辙,所以在增加沥青层的厚度的同时应采取其他技术措施。设置应力吸收夹层也是一种比较可行的方法,应力吸收夹层是指在旧水泥混凝土板及沥青加铺层之间设置一层橡胶沥青、改性沥青砂或柔软沥青混凝土这类应力吸收中间层(SAMI)来减少和延缓反射裂缝,还可以防止路表开裂后路表水的下渗。应力吸收层厚度一般为2～3cm,具有模量相对较小、较柔软、变形能力强、能承受大的变形而不断裂的特点。它们防止反射裂缝的机理与土工合成材料类似,但其抗剪切型反射裂缝的能力稍

好于土工合成材料一类的薄膜型材料。级配碎石作为旧水泥混凝土板和沥青加铺层之间的过渡层,在加拿大、南非等国家及我国的高速公路部分试验段已得到了应用,其防止反射裂缝的效果良好。美国沥青协会建议采用AM-75、AM-43及AM-50特粗粒径沥青碎石铺筑于旧水泥混凝土路面与沥青加铺层之间,作为裂缝缓解层沥青(针入度40～50)含量为1.5%～3.0%,混合料含有25%～35%的连通孔隙,阻碍裂缝尖端的扩展,因而可提供缓解裂缝力扩展的作用,并且该结构层具有一定的厚度。降低温度对水泥混凝土板的影响:减少水泥混凝土板接缝张开量和翘曲量,减少接缝处的弯沉及弯沉差,减少反射裂缝产生的可能性。

五、结束语

对于旧混凝土路面加铺改造目前国内仍处于研究试验阶段。把旧水泥混凝土路面修复成新道路的下卧结构层,节约了大量的基层材料,减少了因破除旧水泥混凝土路面所需的机械、人力费用;同时,水泥混凝土板废弃物得以利用,不再造成对环境的污染问题，经济效益也十分可观。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。