SAMI在公路水泥路面改造中的应用

王文义

摘要：如何防治反射裂缝，使现有道路能够继续承担未来的交通荷载是旧混凝土路面加铺沥青混凝土需要解决的主要问题。橡胶沥青应力吸收层具有吸收应力、减少反射裂缝、防水、粘接力强等优点。文章通过实际工程中的应用，对沥青加铺层反射裂缝产生机理、加铺层设计方法以及基于应力吸收层的沥青加铺层结构及材料等作探讨；重点论述橡胶沥青应力吸收层的作用机理和相关的施工工艺。

关键词：反射裂缝；橡胶沥青；应力吸收层；疲劳试验

中图分类号：U418文献标识码：A文章编号：1009-2374（2012）01-0065-03

复合式路面兼具柔性路面行车舒适和水泥混凝土路面结构承载能力大的双重优点，在水泥混凝土路面旧路改造时，复合式路面常成为首选的路面结构形式。然而，复合式路面在使用过程中仍然存在以下问题：一是反射裂缝的问题；二是水泥混凝土路面的粘结问题；三是面层混凝土的整体稳定性，其中反射裂缝问题尤为突出，因此，如何预防复合式路面反射裂缝就成为了关注的热点问题之一。

一、橡胶沥青应力吸收层的作用机理

（一）橡胶沥青应力吸收层定义

将等粒径的石料均匀的满铺在橡胶沥青层上，用胶轮压路机进行嵌挤碾压，橡胶沥青被挤压到石料高度的约3/4，石料嵌锁形成后将构成结构性支撑，这时所形成碎石封层模式的路面即为橡胶沥青应力吸收层。

（二）橡胶沥青应力吸收层功能特点

抗反射裂缝：在橡胶沥青应力吸收层中，高用量的橡胶沥青与等粒径的碎石强力粘结，形成约1cm厚的裂缝反射结构层，水稳层或旧水泥路面的各种裂缝将很难穿透该层，可以有效遏制裂缝的反射。

抗水损坏：橡胶沥青用量较大，在路面上会形成约3mm厚度的沥青膜，完全可以防止雨水的向下渗透，对路基起到保护作用。其次，在上面摊铺沥青混合料时，橡胶沥青应力吸收层顶部的橡胶沥青会二次熔化，经路面压实后会充分填充其面层混合料底部的缝隙，从而排除了层间存水的可能，起到防止水损坏的作用。

粘结作用：橡胶沥青拥有超强的粘性，它可以非常牢固的吸附粘结在水稳层或旧水泥路面上，从而起到与路面的粘结作用。

橡胶应力吸收层的作用机理是在保持沥青铺装受力状态良好的前提下，通过较厚的界面橡胶膜水平剪切变形和碎石的转动，削减和吸收由水泥混凝土板在接缝或裂缝处的相对位移引起的沥青层的应力或应变，达到预防或延缓反射裂缝的作用。

二、应力吸收层路面结构试验

（一）偏荷载足尺疲劳试验

随着加载次数的增加，承载板附近接缝处开始出现初始裂缝，普通沥青混凝土加铺层AC-16Ⅰ（结构类型1）在4种结构中最早出现裂缝，最终整个加铺层裂缝贯通裂缝宽度最大为3.4mm；沥青混凝土加铺层AC-16Ⅰ+玻纤格栅（结构类型2）终裂时，与结构类型1结构相比，裂缝分布较疏，裂缝最大宽度为1.6mm；而结构类型3（7cm沥青混凝土AC-16Ⅰ+土工布）裂缝分布规律与结构类型2类似，裂缝分布较结构类型1稀疏，且宽度较小，最大裂缝宽度为1.8mm，从初裂次数及终裂次数来看，土工布对防止剪切型反射裂缝的效果并不明显；应力吸收层结构（结构类型4）裂缝分布较疏且细，裂缝宽度也较小，最大为1.2mm，一般多为1mm以下，说明STRATA应力吸收层起到了吸收和减缓应力的作用。

从大型疲劳试验结果来看，荷载型反射裂缝从承载板附近开始产生，然后向两侧扩展，沥青加铺层裂缝均集中在混凝土板接缝附近，说明沥青加铺层在接缝处产生应力集中而产生裂缝，并进一步发展导致加铺层断裂。各加铺层抗剪切型反射裂缝能力为：STRATA应力吸收层加铺层结构＞玻纤格栅加铺层结构＞土工布加铺层结构＞普通沥青混凝土加铺层结构。应力吸收层加铺层结构在4种加铺层中抗剪切型反射裂缝的效果最佳。

（二）温度型反射裂缝大型疲劳特性

大型足尺试验研究结果表明：STRATA应力吸收层具有良好的消解水泥混凝土板块接缝处的应力集中现象，可有效地防止水泥混凝土面板由于温缩而引起的加铺层反射裂缝。其良好的弹性和抗疲劳性能可使水平位移在较宽的范围内分散，延缓裂缝失稳扩展，从而延缓裂缝反射的速度。“STRATA应力吸收层+沥青混凝土”结构形式在抵抗水泥混凝土面板的反射裂缝方面，优于其它两种结构形式。

（三）弯拉型和剪切型反射裂缝MTS疲劳模拟验证试验研究

尽管铺设应力吸收层的普通沥青混凝土最终的开裂次数与普通沥青混凝土+铺玻纤格栅基本相同，但由于应力吸收层具有优异的抗中荷载破坏的能力，因此在实际工程中，加铺应力吸收层的沥青混凝土抗反射裂缝的能力要优于其它方案。

（四）剪切型（偏荷载加载）疲劳试验

在偏荷载作用下，分别观测各种加铺结构反射裂缝的初裂、扩展到1cm、2cm、3cm及终裂次数。通过室内试验，得出了各试验方案沥青加铺层随偏荷载疲劳荷载作用反射裂缝上升至沥青加铺层顶面的作用次数，试验结果见表3：

从上表中抗偏荷载作用下的疲劳破坏方面可以看出，1、2、3、4四种方案的裂缝发展趋势和抗疲劳作用次数差异较小，而当沥青混凝土下面加铺应力吸收层结构时，却由于应力吸收层可以吸收及扩散应力，增大应力分布范围作用，使得在偏荷载作用下，沥青混凝土的抗反射裂缝的能力大大提高。

在抗荷载型反射裂缝方面，不管是弯拉型（中荷载加载）疲劳试验还是剪切型（偏荷载加载）疲劳试验，应力吸收层加铺结构效果最好，玻纤格栅结构次之，在水泥混凝土上直接加铺普通沥青混凝土结构效果最差。

三、橡胶沥青应力吸收层的工程运用

（一）橡胶沥青应力吸收层试验段的技术要求

为推广新技术而积累经验，G312线咸阳出口路大修分不同路段做了三处SAMI橡胶沥青应力吸收层试验段，具体段落为：K1516～K1517右幅（正常路段）、K1518～K1519右幅（上坡路段）和K15200～K1521右幅（下坡路段），以分别跟踪分析橡胶沥青应力吸收层在正常路段、上坡路段和下坡路段的路用性能。SAMI技术参数见表4：

（二）橡胶沥青应力吸收层施工

1．橡胶沥青的生产。橡胶沥青生产的关键因素是温度的控制。用于喷洒和用于拌和的橡胶沥青的生产方法基本相同。生产前，基质沥青需加热到204℃～226℃的高温（橡胶沥青是不能加热的）。橡胶沥青胶结料必须在搅动状态下反应至少45分钟才能达到较为理想的反应效果，反应温度应保持在规定的温度。橡胶沥青生产完成后，应将橡胶沥青保温储存。施工前基面的处理必须满足规定要求，同时应彻底清除基面上的泥土和杂物，并确保基面的粗糙、干净及干燥。需用的设备应进入待命状态，包括橡胶沥青洒布车、碎石撒布机和胶轮压路机。

2．预拌碎石。为保证撒布的石料与橡胶沥青的充分粘结，石料需预先采用油石比为0.40%～0.60%的普通热沥青进行预裹，拌和温度在150℃～170℃。

3．弹性活化橡胶沥青的洒布。在处理好的基面上喷洒弹性活化橡胶沥青。橡胶沥青用量2～3kg/㎡，洒布必须均匀，沥青洒布量要严格控制，不宜多也不宜少，喷洒最大偏差量不应超过规定的±0.2kg/㎡。沥青纵向衔接应与已洒布部分重叠10cm左右。

4．撒布碎石。喷洒橡胶沥青后应立即满铺碎石，碎石撒铺量推荐采用15～22kg/㎡，可用碎石撒布车撒布。根据试铺情况确定，以满铺、不散失为度，对于局部碎石撒铺量不足的地方，应人工补足。最低撒布温度不低于120℃。

5．碾压。采用轮胎压路机进行压实。碎石撒铺后应立即进行碾压作业。根据需要选择压路机的数量，施工中为了确保碾压的温度，要求胶轮紧随碎石撒布车后面碾压，距离不能超过5米，碾压遍数2～3遍为宜。

6．清扫。碾压完毕后，清除多余的没有粘结的松散碎石，以避免影响与上层的粘结性能。

7．开放交通要求。橡胶沥青应力吸收层的施工应与上面层沥青混凝土紧凑进行，中间不开放交通，若期间必须开放交通，须待碾压施工完成3小时后方可开放交通，但车速不宜超过25km/h。

四、结语

国内已有多条水泥混凝土路面进行了路面改造，工程实践证明，橡胶沥青应力吸收层的加铺层结构具有较强的抗反射裂缝的能力，抗裂效果较好。集中、全面的解决了复合式路面在使用过程中仍然存在的反射裂缝问题、水泥混凝土路面的粘结问题、面层沥青混凝土的整体稳定性问题、施工工艺问题。能够提高路面铺装层使用性能和使用寿命，可作为今后复合式路面及其他各型路面铺装的重点发展实施

方向。

参考文献

[1] 黄睿，李丹．复合式路面反射裂缝防止技术的探讨[J]．公路工程与运输，2006，（5）．

[2] 防治复合式路面的反射裂缝技术要求[J]．同济大学学报（自然科学版），2005，（12）．

[3] 杨斌，廖卫东，等．应力吸收层缓解沥青混凝土加铺层应力集中的数值模拟分析[J]．公路，2007，（11）．

[4] 郑元骅．沥青加铺层反射裂缝产生的原因及防止措施[J]．山西建筑，2007，（7）．

[5] 廖卫东．基于应力吸收层的旧水泥混凝土路面沥青加铺层结构与材料研究[J]．湖北交通科技，2006，（2）．

（责任编辑：赵秀娟）