白改黑沥青砼路面防止反射裂缝的技术措施研究

白改黑沥青砼路面防止反射裂缝的技术措施研究

易亚鹏

福建省颖航建设工程有限公司易亚鹏

摘要：城市化不断加快发展的过程中，我国大部分城市都在进行范围扩张，并且大部分的城镇都慢慢的转移成城区甚至中心区，另外大量的城镇道路、地方公路都被改造成城市道路，各种道路改造方式中最经济、对交通影响最小的就是旧水泥砼路面加黑铺成沥青路面的方式。可是因为养护工作针对性不强，而造成改造之后的沥青面层出现程度不一的病害情况，对行车的安全性、舒适性有极大影响，并且加大了后期养护维修费用的成本投入。所以需要对白改黑后沥青路面的病害类型做一定的研究调查。笔者于2011年2月至2012年6月，全程参与了安溪县南翼新城迎宾大道工程的技术管理工作，担任安溪县南翼新城管委会工程部路桥技术组负责人，工程项目建设过程中，走访调查了附近几个同时进行的沥青砼路面施工项目，针对沥青路面的施工质量开展了深入研究，以期为广大同行提供一定的参考。文中介绍了几种不同的白改黑沥青路面设计方式，讨论了使用改性沥青当成高粘结沥青撒布式应力吸收层中的应用。

关键词：反射裂缝；改性沥青；施工工艺引言为了有效的改善旧路的使用性能，并有效提升其承受能力，在旧砼路面上加铺沥青通路面层的方式便被广泛使用开来。可是旧砼路面存在着大量的接缝，容易造成加铺层出现反射裂缝，缩短沥青加铺层的使用寿命。对旧砼路面加铺和反射裂缝的研究在半个多世纪的时间里开展了多次，也取得了一定的成果，主要有裂缝出现的力学机理、避免反射裂缝出现与扩展的方式。

福建省多地现已开展道路白改黑建设，由于沥青路面噪音低、行车安全舒适，最近几年不少道路都在之前已存在的水泥路面上加铺沥青路面。可是因为现在的各项技术都还过于生疏，相当一部分的沥青路面加铺之后很快便出现破损情况。而因为福建省省道有重载、大纵坡的特点，因此破损性更强，所以在福建省水泥混凝土上加铺沥青面层，有更高的技术要求。

1.国内工程研究现状1.1反射裂缝研究现状多年的研究和实践之后，国内的工程界已经对反射裂缝出现的一般机理有一定的共有认知，同时对反射裂缝整个的产生过程进行了深入分析。

1.1.1反射裂缝的形成反射裂缝的出现是同时受制于内因和外因两方面因素的，内因主要是旧混凝土路面本身存在的切割缝和具体使用过程中出现的裂缝，并且在外界反复的重力承载作用下，加铺底层对之前存在的裂缝位置会有相应的集中力出现并且慢慢开裂，从而形成裂缝[1]。而外因主要来源于车辆行驶过程中的重力和外部环境影响，在行车荷载作用力之下，在各个对应裂缝处会出现相应的拉应力，并且旧路面混凝土相邻的各个板块之间出现竖向位移差。而环境的影响主要来源于外部温度变化。温度高会出现温度翘曲应力，温度降低则会出现水平方拉应力。两种外部因素联合便会出现应力超过加铺层承受力而出现裂缝。

1.1.2反射裂缝分类依照造成反射裂缝形成因素分类，可以将其分成荷载型与温度型两种。温度型裂缝依照具体的破坏形式分类，又能够分成温缩型与温度翘曲型两种。

使用断裂力学层面分析，发射裂缝依照具体的破坏模式能够分成张开、剪切与撕裂等类型，在这之中荷载型应力使用张开与剪切型模式对反射裂缝造成影响，而温度应力则用张开模式对反射裂缝造成影响，撕开裂缝一般出现在加铺层的中段[2]。

1.2防治反射裂缝技术研究现状1.2.1改变沥青加铺层有研究资料显示，每增加1厘米的沥青加铺路面厚度，大约能够降低2%的弯沉，可是伴随着加铺层厚度的不断增加，降低弯沉效果也会慢慢降低。所以可以适时的加大沥青加铺层厚度，在一定程度上减轻反射裂缝的出现和后续发展，但是厚度过高的加铺层不但无法实现预计效果，甚至会造成投资浪费现象发生。

1.2.2设置防裂夹层当下最经济同时也是使用范围最广的一个方法是在加铺层和旧水泥面板之间设立一层防裂夹层，一般防裂夹层的种类包括土工材料类和应力吸收层类。应力吸收层不但能够切实避免与延迟反射裂缝的出现和发展，同时也会对沥青加铺层厚度设计提供一定的弹性区间。另外其同样具有施工速度快、质量可调节、节省投资等优点，属于现如今防止加铺层反射裂缝最好的一项选择。

2.应力吸收层应力分析“白改黑”路面因为在旧水泥混凝土的面板上有接缝和裂缝存在，所以在交通荷载以及温度荷载长时间的作用力之下，会慢慢反射至沥青加铺层的底层，从而加深造成加铺层表面出现反射裂缝。

路面的存在是一种立体式的工程结构组成，使用立体三维模型能够更加真实的反映出受力实际的受力情况，本段使用ANSYS有限元分析软件，模拟出沥青加铺层具体的受力情况，并且分析了旧水泥混凝土路面反射裂缝造成的影响以及橡胶改性沥青应力吸收层具备的应力特点[3]。

2.1ANSYS模型建立主要研究对象有沥青加铺层、应力吸收层、旧水泥混凝土面层与基层。其余各层全部呈自由状态分布，构建一个空间立体模型。

2.1.1一般假设路面结构全部是弹性层状组成，各个结构之间为均匀连续、同向性连续弹性组成；各个结构层间为竖向与水平位置的连续位移；众地基底面位移方向为零，地基层面水平位移为零；路面组成结构自重不在考虑范围内；路面接缝处宽度为1厘米，同时不存在荷传力；旧路面只有裂缝病害，不存在其他病害以及质量缺损；沥青加铺层和旧水泥混凝土路面间不存在滑动情况，各自均为连续模型。

2.1.2计算模型地基组成是半无限空间体，选择基础扩大处理方式。基础扩大层尺寸为7m×7m×4m，沥青加铺层、应力吸收层与旧水泥混凝土面板的尺寸大小为6m×6m。设置沥青加铺层厚度为12m，应力吸收层厚度设为3cm，旧水泥混凝土面板板厚度为24cm2.2荷载位置为了更好的分析结构应力的产生，首先一点需要确定最失利的荷载区间，有研究资料显示，选择使用单轴单侧双轮荷载过程中，下图（1）中显示的荷载位置受到结构影响最大，属于最失利位置；而对于单轴双侧4轮荷载情况，下图（2）中的荷载位置结构受到影响力作用最大，为最失利位置。

最不利荷载位置3.不同应力吸收层材料的分析对比3.1工程概况安溪县南翼新城迎宾大道，北起安溪八马茶业路口，途径安厦高速路龙门连结线路口，南接龙门镇政府路口，线路全长3.837635公里。依照工程建设所在地区的气候特点以及自然区划分等各项交通等级要求，机动车道上面层选用沥青马蹄脂SMA-13，在非机动车道面层上使用改性沥青混合料AC-13C；沥青多选用道路石油沥青70号，而改性基质沥青则选择石油沥青70号，改性剂选择使用SBS类别。工程路面各项指标要求，面层与基层顶面选用回弹弯沉值用后重100KN做标准车检验，各个车行道面层顶面弯沉值不超过25（1/100mm），第一基层（5%）顶面弯沉值在36（1/100mm）以内，第二面层基层（3%）顶面弯沉值在110（1/100mm）以内，路基顶面弯沉值在267（1/100mm）以内。此次工程建设使用的应力层吸收材料为土工布与玻璃纤维隔栅，两种材料的应力吸收效果各不相同。

3.2土工布应力吸收层作用3.2.1隔离铺放土工布当成间隔层，把各种开裂的基层和沥青混凝土面层做隔离，有效防治了基层和沥青混凝土面层发生的直接接触，基层裂缝拉应力不能够直接将其传递至土面层隔离处，有效避免了基层和沥青混凝土面层之间发生的直接接触，基层裂缝拉应力无法将其传递至沥青混凝土面层之上，虽然有效减少了下层和面层之间出现的结合力，可是沥青粘合材料把土工布和下层新铺面层连接成一整体，彼此之间一同承受来自于车辆的荷载作用力，而避免界面上下层之间出现的相对位移，彼此保持连续[4]。

3.2.2加筋土工布间有一定的抵抗力基层裂缝拉应力能力，基层裂缝拉应力变大并且超过土工布间层抗拉强度的时候，土工布间层会出现变形，这个时候的面层才会开始承受相应的土工布间层传递而来的另外一个拉应力，前后两个拉应力的总和与基层裂缝拉应力基本保持一致。如果不存在无土工的布当成间层，面层把承受的基层裂缝全部拉应力。这时候土工布间层出现了加筋作用。在这个作用力上，其有效提升了路面结构层的抗拉强度，因此能够有效减轻路层所带来的厚度。

3.2.3消耗缓冲土工布是一种具备延伸性作用的材料，柔性较好，将其铺设在半刚性基层和沥青混凝土面层间，就好像设立了一层弹性层，基层裂缝拉应力借助土工布间层延伸至更加广阔的空间，对裂缝处的应力强度进行一定的缓解作用，这样弹性区间便能够起到吸收部分拉伸能量的操作作用。

3.2.4隔水防渗土工布空隙使用胶沥青粘合料封闭之后，组成一个完整的织物，即沥青组成系统的隔水防渗层，能够阻隔掉鲁米那水向下面造成的渗漏，而达到基层强度的保护作用。

总而言之，使用土工布在沥青混凝土面层和基层间能够有效抑制裂缝的向上延伸作用。实际的工程建设过程中，土工布抗拉作用以及吸能作用被发挥，最主要的是确保了土工布和沥青罩面间存在良好的依附能力。

3.3玻璃纤维格栅应力吸收层作用玻璃纤维的主要构成是硅酸盐，这是一种理化性较为稳定的添加材料，耐热性好、耐寒性好，并且强度大、规模量大，化学稳定性好，有一定的耐腐蚀性作用，膨胀系数低等等。经过表面改性并且涂覆处理之后，对玻璃纤维的玻璃性能进行一定的改变，切实提升了共同沥青混合料之间存在的相容性，其和其他的土工合成材料对比，优越性明显[5]。玻璃纤维土工格栅的制作原料是玻璃纤维，借助一定的编织工艺将其制作成网格形状，另外选择玻璃纤维土工格栅强化沥青混凝土路面，能够有效的避免与降低沥青混凝土面出现的各种裂缝，例如疲劳裂缝、低温收缩裂缝等各种反射裂缝，同时其能够减少由于温度应力而造成的路面变形情况，减少车辙出现，极大的延长其使用寿命，降低维护成本以及维护次数，降低工程造价。玻璃纤维格栅在各种旧路沥青罩面的改造作用下，有效的避免了反射裂缝中存在的各种特点，主要有以下几种。

3.3.1高抗拉强度与低延伸玻璃纤维土工格栅的使用原料是玻璃纤维，但是玻璃纤维有更高的强度，玻璃纤维强度相比岗更大，在200℃高温的环境下，其弹性模量和沥青混凝土模量的比超过20：1，为了避免反射提供一定的强度值，另外其抗变形能力强，断裂延伸率不超过4%。

3.3.2热稳定性好玻璃纤维融化之后的温度超过1000℃，这样有效保证了玻璃纤维格栅在沥青混凝土摊铺过程中的稳定性使用。

3.3.3和沥青材料融合性强玻璃格栅在经过后处理工艺，使用的涂覆材料是完全依照沥青混合材料设计的，另外每一根的纤维上都涂覆上满满的沥青材料，其和沥青混凝土相容性高，有效保证了格栅和沥青混合料之间的融合。

3.3.4嵌锁与限制集料因为玻璃格栅是一个网状组成结构，沥青混凝土的集料完全贯穿在当中，这样能够组成机械嵌锁，防止了集料发生各种自由运动，使得沥青混合料在受承受力的作用下能够实现更好的压实模型，承重能力更突出，另外荷载传递性与变形性更小。

4.结语我国目前的路网建设基本趋于饱和，各种新建项目逐年递减，可以大胆估计，未来国内的公路工程主要的工作重心是旧路改造和维护。旧路之中大部分是混凝土路面，这种道路的改造一般选择黑色沥青罩面，也就是在旧路上加铺一层沥青混凝土面层，不但能够借助旧水泥面板中的固定强度，而且能够有效提升公路上的路用性能与车辆通行质量等等。福建省各个沿海经济转发达地区，尤其是泉州地区，相当一部分的国省道最近几年为了能够增加车辆行驶的安全性和舒适性，都在开展白改黑公路建设，因此工程专业技术人员对这方面的专业知识需要尽快补充完善。本次研究尚有不足，未来旧路改造依然需要将重点放在如何防止反射裂缝在沥青面层中的出现和发展，这是白改黑工程的核心与关键。

参考文献：[1]钟金启.市政道路白改黑工程反射裂缝防治效果研究[J].公路与汽运，2014，01：134-136.[2]李文辉.应用土工织物防治复合式路面荷载型反射裂缝的试验研究[D].重庆交通大学，2013.[3]梁淇.基于控制反射裂缝的沥青加铺层设计方法研究[D].湖南大学，2013.[4]李聪.旧路路面改造技术的研究及应用[D].华南理工大学，2013.[5]王宁.旧水泥砼路面上沥青加铺层的病害分析与防治[D].华南理工大学，2012.