半柔性材料用于舊水泥混凝土路面改造研究

楊建江 張名成

隨著公路建設(shè)的快速發(fā)展,我國(guó)現(xiàn)有的水泥混凝土路面有相當(dāng)一部分已接近或超過設(shè)計(jì)年限,有些雖未達(dá)到設(shè)計(jì)年限,但由于交通量劇增,汽車軸載日益重型化或設(shè)計(jì)、施工等方面的原因,也過早地出現(xiàn)了路面損壞,表面平整度、抗滑性已不能滿足車輛行駛要求,也要采取維修措施,從而恢復(fù)路面的使用性能。

如何解決舊水泥混凝土路面加鋪改造中瀝青加鋪層反射裂縫問題,是目前道路界尚待解決的問題之一,而水泥—乳化瀝青半柔性混合料的應(yīng)用可以滿足這一要求。

1 半柔性材料性能優(yōu)勢(shì)

1.1 材料介紹

20世紀(jì)90年代初期,法國(guó)、荷蘭用完全剛性的水硬膠結(jié)劑水泥和完全柔性的乳化瀝青兩種膠結(jié)劑將骨料粘結(jié)在一起。這種混合料與柔性材料相比其溫度敏感性低,后期強(qiáng)度高,與剛性材料相比,它不產(chǎn)生收縮裂縫、早強(qiáng)、工期短。

1.2 性能特點(diǎn)

1)乳化瀝青破乳后的水分可供水泥硬化凝結(jié),較好解決了乳化瀝青破乳“憎水”和水泥水化“需水”的矛盾,利用水泥吸水水化來(lái)加速乳化瀝青破乳,提高混合料的早期強(qiáng)度。2)水泥—乳化瀝青施工采用冷拌冷鋪工藝,比熱拌瀝青混凝土施工難度小,既能節(jié)省能源,還能減少對(duì)環(huán)境的污染。此外,半柔性混合料可以實(shí)現(xiàn)對(duì)舊瀝青混合料的再生利用,從而降低工程造價(jià)。

1.3 強(qiáng)度特性

1)干燥情況下水泥—乳化瀝青混合料的劈裂強(qiáng)度為0.4 MPa～0.7 MPa,當(dāng)考慮水的最不利影響時(shí),它的劈裂強(qiáng)度為0.3 MPa～0.5 MPa,這基本和半剛性基層材料的劈裂強(qiáng)度相當(dāng);

2)水泥—乳化瀝青混合料的回彈模量處于1 000～1 200之間,比級(jí)配碎石或?yàn)r青穩(wěn)定碎石模量高很多。

1.4 抗溫縮特性

半柔性材料具有優(yōu)異的抗溫縮性能,其抗溫縮性能是水泥穩(wěn)定碎石基層的4倍～6倍左右。

1.5 耐疲勞特性

半柔性混合料的疲勞壽命次數(shù)可以接近粗粒式瀝青混合料的水平,遠(yuǎn)大于半剛性基層材料的疲勞性能,可作為路面結(jié)構(gòu)下面層或基層路面材料。

2 半柔性材料級(jí)配設(shè)計(jì)

水泥—乳化半柔性混合料設(shè)計(jì)級(jí)配的選擇可根據(jù)原材料的具體情況作出選擇,可采用我國(guó)公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范中的AC-20C,AC-25C或ATB-30,三種級(jí)配見表1。

表1 水泥—乳化半柔性混合料級(jí)配

3 半柔性材料在路面結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

3.1 半柔性白加黑技術(shù)

半柔性白加黑技術(shù)就是在現(xiàn)有水泥混凝土路面上直接鋪設(shè)一層11 cm厚的半柔性混合料,然后再加鋪一層4 cm的瀝青混合料磨耗層。采用這種技術(shù)可以修筑一個(gè)“剛性—半柔性—柔性”的合理路面結(jié)構(gòu),半柔性混合料作為過渡層具有應(yīng)力吸收層的作用,較傳統(tǒng)的白加黑結(jié)構(gòu)更有利于避免和減緩反射裂縫的出現(xiàn)。該結(jié)構(gòu)方案在佛山325國(guó)道和上海市使用后效果較好。

3.2 半柔性冷再生技術(shù)

對(duì)于病害較為嚴(yán)重的水泥混凝土路面,可以直接進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)再生,將銑刨的混凝土碎料或廢棄的舊瀝青混合料用于再生混合料,而且在冷再生混合料中加入的水泥,可作為混合料的輔助再生劑。半柔性冷再生技術(shù)在國(guó)內(nèi)的一些高速公路大修工程中得到嘗試,證明其能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)原路面進(jìn)行徹底整治,可以在舊路維修改造中進(jìn)行大規(guī)模應(yīng)用。

4 施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1 原水泥混凝土路面處治

在水泥混凝土板上攤鋪水泥—乳化半柔性混合料之前,需要修復(fù)水泥混凝土板的病害,并在其上噴灑粘層油。1)對(duì)于無(wú)明顯損壞的路段,對(duì)裂縫和接縫進(jìn)行清縫、灌縫處理后再鋪設(shè)加鋪層;個(gè)別損壞嚴(yán)重的舊水泥混凝土面板需進(jìn)行整板更換;2)對(duì)路面損壞較為嚴(yán)重路段,如連續(xù)破碎的舊水泥混凝土路面板、沉陷嚴(yán)重及板底嚴(yán)重脫空路段采用碎石化技術(shù)進(jìn)行破碎處理,可作為再生集料的一部分。

4.2 攤鋪

1)半柔性混合料的攤鋪氣溫不得低于5℃,如果在攤鋪中遇雨應(yīng)停止攤鋪,防止乳液流失。建議在天氣晴朗、溫度適宜的條件下攤鋪;2)攤鋪機(jī)必須連續(xù)、均勻地?cái)備?不得隨意變換速度或中途停頓,以提高平整度、減少混合料的離析。攤鋪速度宜控制在2 m/min～5 m/min范圍內(nèi)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)混合料出現(xiàn)明顯的離析、波浪時(shí),應(yīng)分析原因予以消除;3)半柔性混合料的松鋪系數(shù)應(yīng)根據(jù)試鋪試壓確定,一般松鋪系數(shù)為1.2～1.3。

4.3 碾壓

半柔性混合料的碾壓遍數(shù)既要滿足壓實(shí)度,又不能造成過壓推移,碾壓參數(shù)見表2。

表2 水泥—乳化瀝青半柔性混合料的碾壓參數(shù)

1)由于水泥—乳化瀝青混合料的初期強(qiáng)度較低,為防止產(chǎn)生推擠,碾壓時(shí)必須控制壓路機(jī)的行進(jìn)速度,一般控制在1.5 km/h～1.7 km/h;2)碾壓分三階段進(jìn)行,第一階段:初壓不加振動(dòng),以防止乳液的流失。碾壓由邊緣向中間,并注意錯(cuò)軸寬度且不漏壓;第二階段:采用高頻低幅振動(dòng)碾壓;第三階段:使用輪胎壓路機(jī)或鋼輪壓路機(jī)碾壓至沒有輪跡出現(xiàn)為止。

4.4 養(yǎng)生

空氣中養(yǎng)生直至水泥—乳化半柔性混合料表面完全干燥。若天氣干燥,平均氣溫高于20℃,宜養(yǎng)生1 d～3 d。若天氣潮濕,平均氣溫較低,應(yīng)養(yǎng)生3 d～5 d,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況酌情處理。

4.5 攤鋪面層

在水泥—乳化瀝青半柔性混合料表面干燥后方可進(jìn)行面層的攤鋪。攤鋪面層前,需要清掃基層表面松散的顆粒,并及時(shí)噴灑粘層油。

5 結(jié)語(yǔ)

水泥—乳化瀝青半柔性混合料是一種經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行、防裂性能好且具有良好路用性能的高等級(jí)路面結(jié)構(gòu)材料。這種混合料既可以工廠冷拌制,也可進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)冷再生,具有節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。在現(xiàn)有水泥路面上加鋪這種混合料和瀝青面層,較傳統(tǒng)的白加黑結(jié)構(gòu)更有利于避免和減緩反射裂縫的出現(xiàn)?？傊?開展這種新型半柔性路面結(jié)構(gòu)材料的性能研究,對(duì)于提高我國(guó)公路建設(shè)水平,特別是延長(zhǎng)路面維修改造后的使用壽命,減少路面建設(shè)投資等諸多方面,都具有十分重要的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益和推廣價(jià)值。

[1]JTG F40-2004,公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2]JTJ 052-2000,公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程[S].

[3]馮 栓,蘭 超,黃 磊.乳化瀝青—水泥穩(wěn)定碎石半柔性基層材料在舊路維修中的應(yīng)用[J].養(yǎng)護(hù)機(jī)械&施工技術(shù),2008(7):60-62.

[4]張 男.城市道路改造設(shè)計(jì)淺析[J].山西建筑,2008,34(13):302-303.