公路“白改黑”改造中反射裂縫產(chǎn)生機理和防止技術(shù)

林峰

摘 要：水泥路面的“白改黑”是近幾年道路改建中比較常見的改建方案，而反射裂縫產(chǎn)生機理和防止技術(shù)是一個比較重要的課題，本文較為詳細地闡述了水泥混凝土路面“白改黑”工程中的反射裂縫產(chǎn)生機理和防止技術(shù)。

關(guān)鍵詞：水泥混凝土 反射裂縫 防治對策

一 概述

隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，道路交通量劇增，汽車軸載日益重型化，許多早期建設(shè)的水泥砼路面產(chǎn)生了多種破損現(xiàn)象：結(jié)構(gòu)承載能力不足、行車舒適性差、車速難以提高。在近年來道路改建和擴建中，如何有效地處理舊水泥砼路面，在其上加鋪瀝青砼，以改善使用性能，成為當前“白改黑”工程的一個重要課題?！鞍赘暮凇惫こ痰年P(guān)鍵就是防反射裂縫措施，本文較為詳細地闡述了水泥砼路面“白改黑”工程中的反射裂縫產(chǎn)生機理和防止技術(shù)。

二 反射裂縫產(chǎn)生機理和防止技術(shù)

反射裂縫是由于舊砼面層在接縫或裂縫附近的較大位移引起其上方瀝青加鋪層內(nèi)出現(xiàn)應(yīng)力集中所造成的，它包括因溫度變化引起水泥砼膨脹或收縮而產(chǎn)生的水平位移，以及因交通荷載作用而產(chǎn)生的豎向剪切位移。當水泥板塊接縫傳荷能力不足時，瀝青加鋪層在接縫處產(chǎn)生的豎向剪切應(yīng)力會很大，從而在接縫上方的加鋪層中產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致反射裂縫的產(chǎn)生，進而導(dǎo)致面層的開裂和剝落，表面水下滲，造成路面損壞。為此，對水泥砼路面改造技術(shù)需進一步分析研究，加強對其建設(shè)質(zhì)量的控制。

舊水泥砼路面加鋪瀝青砼面層是一種特殊的路面結(jié)構(gòu)，其應(yīng)力、應(yīng)變特性與一般的彈性層狀體系有較大的差別，根據(jù)國內(nèi)外的研究成果和實踐經(jīng)驗，防止反射裂縫主要從應(yīng)力消散和瀝青面層加筋兩方面進行考慮，形成以下處理方法：

1）增加瀝青層厚度

瀝青層厚度的增加意味著彎曲剛度的增加，荷載引發(fā)的應(yīng)力相應(yīng)減少。較厚的瀝青層也減少了舊面板中的溫度變化，溫度誘發(fā)的罩面層中的拉應(yīng)力也隨之減少。增加厚度僅在一定范圍內(nèi)有效，防止反射裂縫的效果不明顯，工程費用增加較大，目前國內(nèi)沒有單純采用此方法來抑止反射裂縫。

2）設(shè)置隔離層

在水泥板塊及瀝青加鋪層中間設(shè)置具有一定變形能力的隔離層，如開級配瀝青碎石，來減小瀝青面層受到的剪切應(yīng)力。此方法在以前的工程實踐中應(yīng)用較多，但有一定局限性，一是因為瀝青碎石的變形能力有限，只能起延緩作用，不能根治。二是增加瀝青碎石后，路面標高抬高較多，不適用于城鎮(zhèn)已建成段。

3）加筋瀝青層

把纖維加入瀝青加鋪層的底部，或鋪設(shè)土工織物形成加筋瀝青層，可以延緩反射裂縫的產(chǎn)生。目前使用較多的是玻纖格柵。玻纖格柵具有較高的拉伸強度、較低的延伸率和耐高溫性能。與瀝青砼碾壓成一體后，可以明顯提高瀝青砼的抗彎拉強度，同濟大學(xué)的試驗結(jié)果表明，設(shè)置玻纖格柵的瀝青砼與普通砼相比，抗彎拉強度增加73%。玻纖格柵對反射裂縫的產(chǎn)生有明顯的延緩作用。一般在水泥面板注漿處理良好的基礎(chǔ)上，設(shè)置1層玻纖格柵可延緩2～3年，設(shè)置2層玻纖格柵可延緩4～5年。

4）改善瀝青混合料性能

在瀝青混合料中添加改性材料，提高瀝青砼的變形能力和抗剪強度。改性后的瀝青砼可鋪筑于砼面板和上面層之間，作為應(yīng)力消減層使用，以適應(yīng)溫度和荷載引起的變形，可抑止反射裂縫的出現(xiàn)。上海浦東路橋2005年研發(fā)的“GOSG” 砼即屬于此種混合料。“GOSG” 砼是在間斷半開級配的瀝青砼中加入高粘度瀝青改性劑RST。半開級配砼具有一定的變形能力，和RST固有的強韌彈性和可塑性相結(jié)合，形成高性能的改性瀝青砼，能有效的提高瀝青在高溫下抗變形和低溫下抗裂、抗松散能力，明顯增強加鋪瀝青面層的耐久性，提高瀝青抗反射裂縫的能力。試驗數(shù)據(jù)表明，“GOSG” 砼的抗剪切能力和抗疲勞能力比一般砼均提高10～15倍。

5）原有板塊打裂或碎石化

破碎工藝的原理是通過對舊水泥砼路面進行破碎而減少甚至消除水泥砼板塊對加鋪層的反射裂縫。破碎工藝的過程就是將水泥砼板塊破碎成較小的片斷或顆粒，這些片斷和顆粒因為尺寸減小，相對于車輛荷載來說是更加均勻的結(jié)構(gòu)層，在壓實后進行加鋪就能有效控制反射裂縫的產(chǎn)生。破碎工藝按破壞特性的不同分為三種：震裂壓穩(wěn)、碎裂壓穩(wěn)和碎石化。震裂壓穩(wěn)和碎裂壓穩(wěn)都是通過特殊設(shè)備將水泥砼板塊縱向破碎成較短長度，然后用較大的（50t）膠輪壓路機碾壓大于3次，使其牢固嵌擠在基層頂面上，然后再進行加鋪。震裂壓穩(wěn)和碎裂壓穩(wěn)的主要區(qū)別是震裂壓穩(wěn)破碎后的裂縫不明顯，這與破碎時機械的沖擊作用不同有關(guān)。根據(jù)國外的研究成果，震裂壓穩(wěn)和碎裂壓穩(wěn)技術(shù)處理的舊水泥砼路面上的瀝青砼加鋪層也會產(chǎn)生反射裂縫，與不進行破碎的類似結(jié)構(gòu)相比，其反射裂縫出現(xiàn)的時間和反射裂縫出現(xiàn)的數(shù)目有所改善，反射裂縫開始出現(xiàn)的時間推遲2～3年，反射裂縫的數(shù)目相對減少20%左右。

碎石化處理用特定的破路機械將原水泥路面破碎成2.5～20cm大小的碎石，經(jīng)壓路機碾壓后，使其與原有的基層一起成為新路面基層，再加鋪瀝青砼面層。破碎后細顆粒集中在路面上部，粗顆粒集中在路面下部，形成類似級配碎石的柔性基層。

目前水泥路面碎石化處理的機械有兩種，單頭共振式破碎機和多頭沖擊式破碎機。

單頭共振式破碎機以每秒不小于44次的頻率，25.4mm的振幅及908kg的力來使砼板破碎。破碎頭寬度為15cm，破碎后的砼碎塊尺寸一般不大于15cm，多數(shù)在2.5至7.5cm。

多頭沖擊式破碎機有12個或16個重錘兩種，每分鐘沖擊30至35次。行進速度每0～8km/h，機器總重約22t至26t。破碎原理是靠十幾個重錘的自重，以每分鐘三十多次的頻率，落在砼面板上，沖擊打碎砼路面板。行走寬度每幅1m到3.9m，破碎后的砼碎塊尺寸一般在7.5cm以下。

單頭共振式破碎機采用高頻低幅的原理，對地下管線的影響較小，噪音相對較小，適用于城鎮(zhèn)道路，破碎單價較高，約50～55元/m2。

多頭沖擊式破碎機采用低頻高幅的原理，振動強度大，對地下管線影響大，噪音相對較大，適用于公路，破碎單價較低，約25～30元/m2。

三 結(jié)束語

“白改黑”工程的關(guān)鍵就是防反射裂縫措施。舊水泥砼路面改建及反射裂縫產(chǎn)生機理和防止技術(shù)是我國道路技術(shù)領(lǐng)域的一大課題，目前國內(nèi)外仍處于研究、試驗階段，尚未有成熟的理論和相應(yīng)的設(shè)計規(guī)范。因此制定出適合我國國情的舊水泥砼板塊處理技術(shù)指標、設(shè)計參數(shù)、評價方法及評價標準，確定加鋪層設(shè)計方法，制定反射裂縫產(chǎn)生機理和防止技術(shù)，顯得尤為迫切。

參考文獻

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