舊水泥混凝土瀝青加鋪層推移防治方法

鄒昱 賈圣東 高燕

在水泥混凝土板上加鋪瀝青層是我國主要的舊水泥混凝土路面改造的技術措施,是一種優(yōu)良的路面結構形式,結合面上的應力極其復雜,本身粘結強度和抗剪強度弱,這就容易造成瀝青加鋪層在水泥混凝土板上“滑動”,產(chǎn)生了加鋪層路面推移、壅包等病害?！鞍赘暮凇惫こ淘谖覈_始較晚,因此針對加鋪層層間滑移問題的研究還處在初始階段,在對加鋪層推移的認識上,并沒有完善的理論體系解釋,也沒有成熟的設計方法。

1 加鋪層推移病害的原因分析

1.1 層間剪應力過大

層間存在過大的水平剪應力,這是由剛柔復合式路面結構特點決定的,一般我國的加鋪層厚度較薄,瀝青混凝土的模量為1 000 MPa～1 500 MPa,而水泥混凝土的模量要大得多,在水泥混凝土板和瀝青混凝土的結合部位也就是復合式路面的剛柔結合面上存在較大的變形差,瀝青混凝土由于彈性模量小,豎向變形大,而水泥混凝土板彈性模量大,豎向變形小,隨著荷載半徑的變大,變形在水平方向上分布差異也很大,這種豎向變形差異通過水平滑移釋放出來,因此在界面上會有較大的剪應力出現(xiàn)。從材料的微觀角度分析,組成瀝青混凝土的集料顆粒在車輪荷載的作用下,顆粒有向下運動的趨勢,但水泥混凝土板阻礙了集料繼續(xù)向下運動,由于瀝青混凝土是由顆粒組成的不連續(xù)介質材料,集料在水泥混凝土板界面上會有向水平方向運動的趨勢,造成層間滑動,尤其是重載、高溫作用下,集料水平滑動的動力變大,阻力變小,滑移的可能性更大,推擠主要是由于這種情況造成的。

1.2 粘結層薄弱

我國的夾層一般很薄,容易在鋪筑上層瀝青混凝土時就破壞了夾層結構,如鋪灑粘層油、土工布施工時,容易被施工車輛污染、破壞,且土工布施工過于隨意,經(jīng)常出現(xiàn)土工布起皺,形成軟弱夾層,乳化瀝青也不易噴灑均勻。

1.3 層間水破壞

水對結合面粘結強度的破壞作用,滯留在結合面上的水在動水壓力反復沖刷作用下,使得層間粘結材料的粘結力降低,甚至失效,大量工程實踐表明,推擠伴隨著水損害,取芯結果表面,粘結層強度喪失,且結合面上都有水分浸入的痕跡。

2 加鋪層推移防治的主要技術措施

2.1 改善瀝青混凝土的抗剪、抗拉強度,降低界面水平剪應力

1)使用改性瀝青混凝土。通過在瀝青中添加各種聚合物或其他無機材料,經(jīng)過充分混溶,使之均勻分散在瀝青中,大幅改善瀝青的路用性能,即成為改性瀝青。改性瀝青粘度很大,在道路處于高溫范圍內(nèi),改性瀝青混凝土仍然表現(xiàn)出很強的彈性成分,改性瀝青混凝土彈性模量大,能有效降低界面上的水平剪應力水平。由于改性瀝青粘度大,大大的提高了混凝土內(nèi)部的抗剪能力,不易發(fā)生塑性變形。2)纖維瀝青混凝土。試驗研究表明,使用纖維能有效的抵抗車轍等塑性變形。從城市交叉路口、公交?？空九_、長坡路段的使用效果看,纖維增強瀝青混凝土是一種良好的加鋪層防治推移等塑性變形材料。

2.2 增強結合面抗剪強度

1)水泥混凝土板表面處理。常用的剛柔復合路面水泥混凝土板的處理方式主要有三種:人工打毛、機械打毛加噴砂處理、精銑刨[4]。從這三種方式處理過后的界面形狀來看,精銑刨處理的界面棱角更加清晰,坑槽深度均勻;人工處理的界面呈現(xiàn)出來的是一個個零散的小坑洞,混凝土板面很難形成宏觀上的坑槽;噴砂處理的表面雖然能夠形成宏觀上的坑槽,但是由于噴砂過程中砂子與板面的強烈碰撞,導致處理后的界面沒有清晰尖銳的棱角,界面呈曲線形。2)界面粘結材料。目前,常用的界面層材料可以分為兩大類:一類是成型材料,直接攤鋪,如各種卷材;一類是噴涂類材料,如各種改性瀝青和高分子聚合物涂料,如聚氨酯、丙烯酸乳液等[5]。當然,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。實際應用中,需要根據(jù)工程實際情況加以選擇利用。一般而言,卷材類界面防水粘結材料的防水性能較好,粘結性能也不差,但界面的抗水平剪應力較差,抗剪強度不高。因此,在路面縱坡較大、彎道、停車場和加油站等特殊路段,水平剪應力作用明顯,對層間抗剪強度較高時,卷材類界面須慎重考慮。涂抹類材料恰好相反,由于其施工適應性強,可以適應不同形態(tài)的水泥混凝土界面。因此,可以通過對水泥板的處理,加強界面層的抗剪強度。3)界面層材料。目前,在實際工程中,為緩解反射裂縫的發(fā)生,界面層通常有三種做法。a.做應力吸收層SAMI,一般采用的是薄層改性瀝青或瀝青橡膠[6,7],由于SAMI層具有良好的適應變形的能力,能夠吸收水泥混凝土板接縫處位移產(chǎn)生的應力集中,通過自身的形變阻斷了反射裂縫的傳播。b.設置土工合成材料夾層,如土工格柵等,主要起到對面層瀝青混合料的加筋作用,提高其抗拉強度,延緩開裂。c.設置級配碎石隔離層,由于級配碎石屬散體材料,能夠很好的阻隔裂縫的傳播,同時能夠很好的分散應力集中,避免瀝青面層的開裂。理論上說,只要下層裂縫不穿透夾層,則面層瀝青混合料是不會開裂的,即使裂縫穿透夾層,其能量大部分也已被夾層吸收和分散了,能極大的延緩面層的開裂。對于界面層的施工,主要注意以下幾個方面的問題:首先,必須做好水泥混凝土板的處理。板面必須清潔、干燥,灰塵和水的存在會嚴重影響層間的粘結;對于板底是否存在脫空一定要進行檢測,發(fā)現(xiàn)有脫空一定要進行處理,換板或是壓漿,保證板的彎沉符合規(guī)范要求;對于板接縫的處理尤其重要,必須重視接縫的灌縫密封,否則會嚴重影響界面層的施工。其次,進行界面層的施工必須嚴格按照預先制定的施工工藝來做,必須注意避免由于施工組織不當導致對界面層的損壞。界面層厚度小,材料容易損壞,界面層施工完后一定要注意對其保護,施工瀝青面層時,也是如此,避免面層混合料對界面層的損壞。

3 結語

水泥混凝土路面上的瀝青加鋪層推移病害,是近幾年在“白改黑”舊路改造工程中繼反射裂縫問題之后困擾道路工程界的又一大難題,推移的機理是由剛柔復合式路面自身模量差異產(chǎn)生過大的剪應力,且水泥混凝土板較光潔不能提供足夠的抗剪強度造成的。防治的措施,應與防治反射裂縫及防水綜合考慮,一方面改善加鋪層厚度,設置合理的夾層,提高瀝青混凝土的模量,從而減少界面上的剪應力水平;另一方面,提高瀝青混凝土抗拉、抗剪強度,使用改性瀝青或纖維瀝青混凝土,增強界面的粘結強度,使用高效的粘結劑,增強界面的抗剪能力,且粘結材料應能達到防水的要求,在水泥板上制造粗糙面,結合防治反射裂縫的要求設置合理的夾層。評價復合式路面抗滑移性能的試驗采用拉拔試驗檢驗粘結材料的粘結強度,采用斜剪試驗檢驗粗糙面以及粘結材料的抗剪能力。

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