水泥混凝土與瀝青混凝土復(fù)合式路面研究

要:采用水泥混凝土與瀝青混凝土復(fù)合式路面,能夠充分發(fā)揮水泥混凝土與瀝青混凝土路面的特點(diǎn)。這種復(fù)合式路面結(jié)構(gòu)以剛為主,剛中有柔,可以改善行車(chē)舒適性,放寬對(duì)其下混凝土板材料的要求,從而方便施工維修,降低整體造價(jià),延長(zhǎng)道路的使用壽命。

關(guān)鍵詞:水泥混凝土;瀝青混凝土;復(fù)合式路面;改性瀝青

     水泥混凝土與瀝青混凝土復(fù)合式路面,是指下層路面為水泥混凝土,上層路面為瀝青混凝土復(fù)合而成的路面結(jié)構(gòu)。

      目前,我國(guó)在公路建設(shè)中主要采用的路面為水泥混凝土路面和瀝青混凝土路面。 瀝青混凝土路面表面平整無(wú)接縫、柔性好,能較好地滿(mǎn)足行車(chē)要求,可以提高車(chē)速,降低油耗,具有明顯的行車(chē)舒適性、耐磨性等優(yōu)點(diǎn),但受到瀝青材料感溫性的限制,瀝青面層結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度受溫度變化影響較大;水泥混凝土路面剛度大, 擴(kuò)散荷載能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好、抗壓、抗折并且抗磨耗性能好,耐久、使用壽命長(zhǎng),但是它也有著不可忽視的缺點(diǎn):接縫較多,影響行車(chē)舒適性,養(yǎng)護(hù)和維修不方便. 與瀝青路面相比,水泥混凝土路面的修復(fù)比較困難,目前,采用的大修措施有3 種:加鋪瀝青混凝土面層、加鋪新水泥混凝土面層和翻修。由于瀝青加鋪層能有效地改善舊水泥混凝土路面的使用性能,同時(shí)可以充分利用舊水泥路面,造價(jià)低,施工方便,并且對(duì)交通、環(huán)境影響小,因此,在國(guó)內(nèi)外舊水泥混凝土路面改造工程中應(yīng)用最多。本文借鑒舊水泥混凝土路面改造鋪筑瀝青混凝土罩面層的方法進(jìn)行研究,以充分發(fā)揮水泥混凝土與瀝青混凝土路面的特點(diǎn)[1 ] 。

      水泥混凝土與瀝青混凝土復(fù)合式路面,結(jié)構(gòu)層上部的瀝青混凝土可以改善行車(chē)舒適性,放寬對(duì)其下混凝土板材料的要求,無(wú)需考慮抗滑、耐磨性能,從而方便施工維修,降低整體造價(jià)。 與單一路面相比,復(fù)合式路面中的瀝青層緩和沖擊能力強(qiáng),能減少路面破壞的發(fā)生,同時(shí)也使輪胎磨耗、貨損等費(fèi)用減少。 另外,這種復(fù)合式路面結(jié)構(gòu)以剛為主,剛中有柔,瀝青層可大大緩和行車(chē)對(duì)路面板的沖擊,因而在設(shè)計(jì)上可使板厚減小,而且只要在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上處理好接縫問(wèn)題,可減少以往路面板接縫處板下唧泥、沖蝕、脫空、斷板、錯(cuò)臺(tái)等病害。

1  水泥混凝土

1. 1  原材料

     冀東水泥廠生產(chǎn)的42. 5MPa 普通硅酸鹽水泥,細(xì)度模數(shù)為2. 6的中砂,碎石最大粒徑30 mm;自來(lái)水.

1. 2  水泥混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)

      水泥混凝土作為復(fù)合式路面的底層,按照《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》J GJ 55 —2000 進(jìn)行配合比設(shè)計(jì),根據(jù)《公路工程水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》J TJ 053 —94 的規(guī)定,采用抗壓強(qiáng)度指標(biāo)的設(shè)計(jì)方法,制成4 組 (每組3 塊) 100 mm ×100 mm ×100 mm立方體試件,按照規(guī)定的養(yǎng)護(hù)方法,養(yǎng)護(hù)28 d后進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),從表1 中看出試驗(yàn)結(jié)果合格。

2  抗裂縫材料

      采用瀝青混凝土面層作為路面的面層,這種形式的路面結(jié)構(gòu)能吸取兩種材料的優(yōu)點(diǎn):水泥混凝土提供的穩(wěn)定、堅(jiān)實(shí)的基層,瀝青混凝土路面提供的摩擦系數(shù)較高、平整度好的面層,大大改善了路面的使用性能。 然而,復(fù)合式路面的關(guān)鍵是解決瀝青面層中出現(xiàn)的反射裂縫問(wèn)題. 由于水泥混凝土面板接縫的存在,在外力荷載作用下,接縫處相鄰板塊產(chǎn)生豎向位移差,會(huì)出現(xiàn)較大的剪切應(yīng)力. 受氣溫周期性變化的影響,產(chǎn)生的溫度應(yīng)力是瀝青混凝土面層產(chǎn)生反射裂縫的原因。 反射裂縫本身對(duì)面層的使用性能影響不大,但因其環(huán)境因素(雨水、氧化等) 的負(fù)效應(yīng),常常使裂縫迅速擴(kuò)散,從而縮短面層的使用壽命[2 ]。 為減少反射裂縫的數(shù)量和延緩反射裂縫的發(fā)展速度,應(yīng)控制反射裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展,防范措施分為改善瀝青面層性能,選用合適的面層混合料組成,設(shè)置中間加筋層和增設(shè)補(bǔ)強(qiáng)層3 類(lèi)。

      國(guó)內(nèi)外道路工程專(zhuān)家的研究結(jié)果表明:在水泥混凝土路面與瀝青混凝土面層之間加鋪1 層彈性模量較高的應(yīng)力加筋?yuàn)A層,以吸收或緩沖裂縫尖端的應(yīng)力集中,對(duì)于抑制反射裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)散具有一定的效果;有關(guān)規(guī)范提到防治反射裂縫的措施有鋪設(shè)土工格柵、鋪貼土工布和粘貼改性瀝青油毛氈;玻璃纖維格柵是一種能增強(qiáng)公路路面性能的新型優(yōu)良土工基材。使用玻璃纖維格柵,可有效地改善路面結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布,抵抗和延緩由路面基層裂縫引起的瀝青混凝土路面反射裂縫的發(fā)生,從而提高路面的使用壽命。它具有很高的耐熱性和優(yōu)異的耐寒性,強(qiáng)度大,模量高,化學(xué)穩(wěn)定性好,耐腐蝕,膨脹系數(shù)低,尺寸穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。

      另外,可以采用縱橫縫粘貼改性瀝青油氈,同時(shí)鋪設(shè)玻璃纖維土工格柵來(lái)達(dá)到延緩反射裂縫的目的. 舊水泥混凝土路面改造時(shí)需鋪1 層瀝青砂找平層,而此設(shè)計(jì)無(wú)需這道工序,可將瀝青油氈直接鋪在水泥混凝土板面上. 利用改性瀝青油氈的變形能力,將反射裂縫應(yīng)力由垂直方向轉(zhuǎn)為水平方向,對(duì)消散水平方向應(yīng)變和傳遞豎向荷載能起到一定的作用,可以增強(qiáng)瀝青混凝土的整體抗拉強(qiáng)度,減少永久變形,防止和延緩路面反射裂縫的產(chǎn)。改性瀝青油氈具有耐高溫的特性,在瀝青混凝土攤鋪時(shí)不會(huì)熔化于瀝青混凝土中或老化變質(zhì),能夠承受高溫時(shí)壓路機(jī)的碾壓。選用改性瀝青油氈能有效地減少地表水通過(guò)水泥混凝土板接縫下滲土基,同時(shí)又能減少地下水通過(guò)水泥混凝土板間接縫進(jìn)入浸潤(rùn)瀝青混合料,避免降低無(wú)機(jī)結(jié)合料強(qiáng)度,延緩瀝青面層出現(xiàn)剝落和松散,延長(zhǎng)面層結(jié)構(gòu)使用壽命. 改性瀝青油氈的特點(diǎn)是抗拉強(qiáng)度大,延伸率高,具有良好的彈塑性和耐高、低溫性能。與水泥板有良好的粘接性能,耐熱度好,120 ℃不變形,150 ℃不流淌,在瀝青混凝土攤鋪時(shí)不會(huì)熔化于瀝青混凝土中或老化變質(zhì),能夠承受高溫時(shí)壓路機(jī)碾壓,有效使用時(shí)間在20 a以上[3 ] 。

3  瀝青混合料

      我國(guó)目前城市道路瀝青路面大都采用較細(xì)的AC2I 型混合料級(jí)配,這種混合料為懸浮結(jié)構(gòu),高溫穩(wěn)定性差,且表面光滑易泛油。 因此,必須使用新的瀝青混合料類(lèi)型,以提高瀝青路面的使用壽命。我國(guó)目前高等級(jí)公路瀝青路面大多分上、中、下面層。上面層要求具有抗滑、低溫抗裂、高溫抗車(chē)轍性能,中面層以抗高溫車(chē)轍和低溫裂縫為主,下面層以抗疲勞為主。

      為了控制和延緩反射裂縫的發(fā)生和發(fā)展,對(duì)面層瀝青的使用提出了特殊要求,既要有較好的高溫穩(wěn)定性,又要有較好的低溫抗裂性,同時(shí)又要考慮到工程經(jīng)濟(jì)性,采用APP 和SBS 改性瀝青瑪蹄脂碎石混合料(SMA) 則是最佳選擇. 改性瀝青由于改性劑的存在,結(jié)構(gòu)組成發(fā)生變化,形成相互貫穿的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu), 使得改性瀝青的力學(xué)性能、粘度、粘附性、感溫性都有了明顯改善. SMA 的耐高溫性能好,抗車(chē)撤能力強(qiáng), 具有較好的低溫抗裂性能和耐久性,能有效地抑制反射裂縫的發(fā)展,減小路面噪聲,提高行車(chē)安全性,延長(zhǎng)路面使用壽命,減少養(yǎng)護(hù)費(fèi)用,經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益十分明顯. 而SMA 這種瀝青、礦粉和纖維穩(wěn)定劑作結(jié)合料的間斷級(jí)配瀝青混合料,既具備開(kāi)級(jí)配混合料的嵌擠能力,提高抗車(chē)撤能力和抗滑阻力,又具備密級(jí)配混合料的優(yōu)點(diǎn),空隙率小,瀝青用量多,能提高疲勞壽命和抗水損害能力。將它用做上面層,能提高行車(chē)舒適性,減少和延緩病害的產(chǎn)生,延長(zhǎng)路面使用壽命。

4  結(jié) 論

      水泥混凝土與瀝青混凝土復(fù)合式路面,具有顯著優(yōu)點(diǎn):混凝土路面提供了穩(wěn)定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),瀝青混凝土面層采用縱橫縫粘貼改性瀝青油氈、玻璃纖維加筋層,能有效地防止地表水滲入土基,同時(shí)又能防止地下水通過(guò)水泥混凝土板接縫進(jìn)入瀝青混合料面層,延長(zhǎng)面層結(jié)構(gòu)使用壽命,可有效地防止混凝土板塊的溫度、豎向剪應(yīng)力的作用,防止和減少荷載型反射裂縫的發(fā)生。 水泥混凝土與瀝青混凝土復(fù)合式路面具有較大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益,這種新型路面結(jié)構(gòu)將成為公路路面結(jié)構(gòu)建設(shè)發(fā)展的趨勢(shì),有著十分廣闊的應(yīng)用前景,對(duì)公路交通建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展具有戰(zhàn)略意義。

參考文獻(xiàn):

[1 ]符冠華,虞輝,曹榮吉. 寧通公路六合東2江都段舊水泥混凝土路面加鋪改造方案綜述[J ]. 江蘇交通科技,1999 , (2) :5~11.
[2 ]吳英俊. 用瀝青罩面改造舊水泥混凝土路面技術(shù)[J ] . 公路,2001 , (3) :32~34.
[3 ]閔建勇,盧擁軍,湯開(kāi)明. 改性瀝青油氈在水泥路面改造中的應(yīng)用[J ] . 江蘇交通科技,2001 , (6) :29~31.

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