美國(guó)瀝青路面上的超薄水泥混凝土面層

    在瀝青路面上加鋪水泥混凝土薄層罩面，在國(guó)外一些雜志上有過(guò)介紹，但在我國(guó)尚未見(jiàn)報(bào)道。這是一種新技術(shù)，能否適用于我國(guó)的具體情況，還要經(jīng)過(guò)試驗(yàn)研究，逐步發(fā)展，以期得到良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。 

關(guān)鍵詞    瀝青路面  水泥混凝土  超薄面層  加鋪技術(shù) 

1、超薄水泥混凝土面層（UTW）的發(fā)展 

     在舊瀝青路面上加鋪水泥混凝土面層，又稱白色罩面（Whitetopping），這是一項(xiàng)眾所周知的路面翻新技術(shù)。早在1918年就有過(guò)報(bào)道。80年代初，這項(xiàng)技術(shù)越來(lái)越多的在公路和停車場(chǎng)等處采用。白色罩面的做法與通常水泥混凝土路面的做法一樣，其厚度為10cm以下。采用這樣的水泥混凝土面層，費(fèi)用要高一些，用13~15厚的的混凝土，較之用5~8cm的瀝青罩面，成本要高出50%，在使用壽命上則與瀝青面層相同或略高一些。瀝青路面老化的程度是不一樣的，美國(guó)依阿華州的調(diào)查表明，該州使用30年及以上的公路公需較小的維修。對(duì)于這類路面，有人嘗試用更薄的路面罩層，這就是UTW的開(kāi)端。 

    超薄水泥混凝土面層（Ultra Thin Whitetopping），就是在舊瀝青路面上加鋪一層很薄的水泥混凝土面層的技術(shù)，面層厚度小于10cm。這種做法是一種嘗試，也是一種突破，因?yàn)榘凑諅鹘y(tǒng)的剛性路面設(shè)計(jì)方法，這樣的面層很快就會(huì)破壞，實(shí)際情況卻并非如此。因此，在90年代初期，美國(guó)就有意識(shí)地鋪筑了UTW試驗(yàn)路。美國(guó)肯塔基州預(yù)拌混凝土協(xié)會(huì)計(jì)劃在肯塔基市街道上鋪筑9cm的水泥混凝土罩層，與此同時(shí)，美國(guó)水泥混凝土路面協(xié)會(huì)技術(shù)革新委員會(huì)也在研討超薄罩面層可行性，共同的目標(biāo)使兩家聯(lián)手鋪筑了最早的試驗(yàn)路。該試驗(yàn)路位于肯塔基州通往路易斯維利的一個(gè)垃圾場(chǎng)的入口處，每天有400~600輛重型卡車在此通過(guò)。他們?cè)谠撛囼?yàn)路上鋪上了5cm和9cm的水泥混凝土罩層，并開(kāi)始了試驗(yàn)工作。 

    肯塔基試驗(yàn)路獲得了成功，其性能比用普通設(shè)計(jì)方法預(yù)計(jì)的要好得多，甚至項(xiàng)目倡導(dǎo)者都感到詫異，這引起了廣泛的興趣。UTW隨之得以推廣，技術(shù)也不斷發(fā)展。在美國(guó)的科羅拉多、喬治亞、依阿華、堪薩斯、密蘇里、俄亥俄、新澤西、北卡羅里那、南達(dá)科他、賓夕法尼亞、加利福尼亞等州均鋪筑了UTW。 

2、UTW的結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn) 

2．1  結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 

    與通常的水泥混凝土面層相比，UTW主要有三個(gè)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。一是其厚度很薄，小于10cm，一般在5~10cm之間；二是UTW與作為基層的舊瀝青面層之間有良好的粘結(jié)，形成一復(fù)合路面結(jié)構(gòu)；三是UTW接縫間距較短，縫較窄。根據(jù)美國(guó)的經(jīng)驗(yàn)，每2.5cm厚的混凝土板，接縫間距不大于31~46cm，因而UTW接縫間距一般為0.61~1.83m。這些結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，使UTW表現(xiàn)出其獨(dú)特的性能。 

2．2性能特點(diǎn) 

    UTW充分利用了舊瀝青面層，在其上罩上很薄的水泥混凝土面層，因而降低了建設(shè)成本。圣路易斯機(jī)場(chǎng)停機(jī)坪項(xiàng)目所做的可行性研究表明，在考慮停機(jī)坪維修、施工和耐久性等在內(nèi)的20年的生命周期內(nèi)，用UTW較之全部重建或用瀝青混凝土罩面層更加經(jīng)濟(jì)有效。俄亥俄預(yù)拌混凝土協(xié)會(huì)比較了UTW與瀝青罩層的初期投資。他們按照AASHTO規(guī)范，確定5cm的水泥混凝土面層在結(jié)構(gòu)上近似于8cm的瀝青混凝土面層。如果以8cm的瀝青面層做為水泥混凝土的成本限值時(shí)，則可以通過(guò)在UTW中摻不同的纖維或改變接縫間距來(lái)滿足這一成本要求。而且，采用較小的接縫間距和纖維增強(qiáng)混凝土可以提高路耐久性。 

    UTW降低了成本，但仍能滿足使用要求。UTW能承受較大的荷載，肯塔基試驗(yàn)路通車后43周表明，路面能夠承受475000次E－ISOS（SO kN標(biāo)準(zhǔn)軸載）作用。相比之下，低交通道路、城市道路和停車場(chǎng)通常設(shè)計(jì)為承受50,000~100,000次E－ISOS作用。UTW能承受較大的荷載，主要有三原因，一是由于與瀝青層形成一復(fù)合結(jié)構(gòu)，因而使面層中和軸的位置降低，混凝土板中的應(yīng)力大為減小；二是UTW板的尺寸小，也降低了板中應(yīng)力，使板中彎矩不會(huì)太高；三是采用了纖維混凝土，這種路面材料的抗彎強(qiáng)度要比素混凝土高?？纤囼?yàn)路混凝土的抗彎強(qiáng)度24h為5.3Mpa，36h為5.9Mpa，28天達(dá)7.2Mpa?？箯濏g性也因摻加纖維而成倍乃至數(shù)十倍的增加。 

    在UTW中，盡管接縫數(shù)量較多，但縫的寬度較小，縫寬為0.32cm，因此無(wú)須填縫。同樣由于接縫很小，不易產(chǎn)生跳車。小的接縫間距，還使混凝土板的翹曲和彎曲減小，路面更加平整。 

    由于UTW的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和材料特點(diǎn)，還使路面抗裂性能大為提高。此外，UTW也可快速開(kāi)放交通，肯塔基試驗(yàn)路在24h后即開(kāi)放了交通。 

3、UTW的施工特點(diǎn) 

3．1  基層準(zhǔn)備 

   UTW是在舊的瀝青路面上鋪筑的，要求舊瀝青路面有一定的厚度，通常在表面鑿毛處理后，厚度應(yīng)大于8cm，若小于該厚度，則不宜使用UTW。在施工前，一般要鈷芯取樣以測(cè)定瀝青層的厚度并了解底基層的情況。舊瀝青路面一般要鑿毛，并用氣噴或水噴法保持鑿毛面清潔，以提高與罩面層的粘結(jié)力。施工前，瀝青層表面應(yīng)干燥，天氣較熱時(shí)，可以噴灑水霧以降低瀝青表面溫度，以防水泥混凝土中水分的蒸發(fā)，但表面不得帶有自由水分，以確保面層和瀝青層粘結(jié)在一起，形成一復(fù)合路面結(jié)構(gòu)。 

3．2 、配合比 

    配合比根據(jù)面層的厚度，交通狀況和路面開(kāi)放交通的時(shí)間限制來(lái)確定，同時(shí)還要考慮地方材料情況。美國(guó)的UTW項(xiàng)目，混凝土配合比中普通采用減水劑和超塑化劑，以提高施工和易性，有時(shí)還摻入引氣劑，對(duì)路面交通開(kāi)放時(shí)間較緊的工程通常采用較高的水泥用量。配合比的另一個(gè)特點(diǎn)是普通采用纖維增強(qiáng)技術(shù)。UTW中使用的纖維有很多種，如鋼纖維、聚丙烯纖維、聚烯烴纖維、尼龍纖維等，其中以聚丙烯纖維應(yīng)用最廣。 

3．3、接縫切割與處理 

    切縫必須在路面具有一張度但產(chǎn)生開(kāi)裂之前進(jìn)行，一般當(dāng)路面可以上人時(shí)，即可開(kāi)始切縫?？纤囼?yàn)路是在施工后大約6h就開(kāi)始切縫。UTW的接縫寬度很小，只有幾毫米。切縫也不一定要填充，因?yàn)橄聦訛r青層起到了防水作用，這與填縫材料所起的作用一致。在圣路易斯機(jī)場(chǎng)項(xiàng)目中，為防止飛機(jī)燃料油浸蝕下層瀝青層，接縫處填塞了硅酮。 

3．4 、養(yǎng)護(hù) 

    由于UTW厚度很薄，其表面與體積比較大，養(yǎng)護(hù)時(shí)要使用養(yǎng)護(hù)劑，且用量較通常情況多。圣路易斯機(jī)場(chǎng)項(xiàng)目就采用了比平時(shí)多兩倍的養(yǎng)護(hù)劑，達(dá)到0.41L/m2 

4、美國(guó)UTW的研究工作 

    早在1991年的肯塔基試驗(yàn)路上，就開(kāi)展了一系列研究工作，這些工作包括：罩層施工前在舊路面上鉆芯取樣分析老路面狀況：測(cè)試攤鋪層前后的溫度；在路面上安裝使用應(yīng)變儀測(cè)定澆注后72h路面混凝土的成熟度和脈沖速度等。隨后的研究還包括：估計(jì)路面基礎(chǔ)特性；通過(guò)荷載試驗(yàn)測(cè)定應(yīng)變以求得路面應(yīng)力；建立路面結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型；測(cè)定混凝土面層和舊瀝青基層之間的粘結(jié)力以及粘結(jié)面的耐久性和對(duì)路面性能的影響等。 

    在圣路易斯機(jī)場(chǎng)停機(jī)坪的項(xiàng)目中，在混凝土中安裝了儀器以監(jiān)測(cè)混凝土面層在不同濃度和位置的應(yīng)力，通過(guò)比較現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的數(shù)據(jù)與模型分析結(jié)果證實(shí)UTW的復(fù)合作用。美國(guó)波特蘭水泥協(xié)會(huì)的一項(xiàng)研究的目的就是提出UTW的操作規(guī)程。 

    依阿華州的一項(xiàng)7.2km的項(xiàng)目包含64個(gè)試驗(yàn)路段，這些路段厚度各不相同，其中包括5cm的UTW路段，接縫間距和瀝青表面準(zhǔn)備情況亦各不相同，依阿華州立大學(xué)的研究者們將監(jiān)測(cè)路面5年，特別注意此期間粘結(jié)面的變化，這項(xiàng)研究的結(jié)果，可望提出UTW的設(shè)計(jì)方法。 

     美國(guó)UTW的研究，還包括鋪筑相互毗連在一起的摻不同纖維的路段，以研究不同纖維對(duì)UTW的影響。1994年南達(dá)科他州的一個(gè)UTW項(xiàng)目，就將聚烯烴纖維和鋼纖維作了比較：俄亥俄預(yù)拌混凝土協(xié)會(huì)也研究了鋼纖維、聚丙烯纖維和尼龍纖維的不同作用。但對(duì)纖維在UTW中的作用到底有多大等問(wèn)題，還有待進(jìn)一步研究。 

   研究結(jié)果表明UTW在大大降低成本的基礎(chǔ)上，具有全厚混凝土路面的高壽命和耐久性的特點(diǎn)。隨著研究的深入和經(jīng)驗(yàn)的積累，UTW將得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。