谈“白改黑”工程反射裂缝防治结构层性能研究

唐 山 林

(贵州交通职业技术学院，贵州 贵阳 550008)

谈“白改黑”工程反射裂缝防治结构层性能研究

唐 山 林

(贵州交通职业技术学院，贵州 贵阳 550008)

针对“白改黑”工程中路面容易形成反射裂缝的情况进行了调查，并对常见反射防治结构层进行了对比分析，试验得到橡胶沥青混凝土是防治反射裂缝的优良材料，提出防治反射裂缝是确保“白改黑”工程质量的关键。

“白改黑”，反射裂缝，橡胶沥青混凝土

0 引言

水泥混凝土路面因为具有强度高、使用寿命长、维护费用低、抗磨耗能力强等特点，在我国得到广泛运用。随着交通流量的不断增加、车载、温度、水等因素的影响，混凝土路面未达到使用年限就出现了较多病害，大量水泥路面的使用状况急需改善。目前我国多采用在旧水泥路面加铺沥青混凝土面层的方式进行水泥路面的维修改造，该路面结构吸收了两种路面材料的优点，能达到“刚柔并济”的效果。这种“白改黑”的养护方式在水泥路面改造中取得不错成果。在“白改黑”工程中，路面反射裂缝严重影响路面养护效果，防治反射裂缝是确保“白改黑”工程质量的关键[1，2]。

1 反射裂缝开裂机理

由于旧水泥路面存在接缝和裂缝，在车载压力和温度应力的影响下，旧水泥路面的开裂会反射到沥青面层，加铺的沥青混凝土面层会再次出现裂缝，即反射裂缝。原水泥混凝土路面出现损坏的同时，基层与路基状态也发生了变化，出现承载能力下降和路基沉降，虽然我们会对旧路面进行修复，但路基和基层的病害现象始终存在，加铺沥青面层后，两种材料的刚度相差较大，水泥混凝土的收缩性很大，容易在其界面形成较大剪力，且旧水泥路面存在伸缩缝，其在荷载与温度作用下产生垂直和水平方向的位移导致加铺沥青层的应力集中，形成反射裂缝。在“白改黑”工程中反射裂缝是无法避免的，它从沥青混凝土的底部到上部逐步发展形成。加强旧路面的病害处理，加铺反射裂缝防治结构层可以阻碍反射裂缝的形成，最终达到增加改造路面的寿命[3，4]。为此，国内外大量学者对防反射层进行了研究。

2 防反射裂缝结构层材料比选

防反射裂缝结构层是一种有效的防治反射裂缝的方法，常用材料主要是土工布，橡胶沥青SAMI和橡胶沥青混凝土作为防反射层，收到一定的效果。其中土工布包括聚乙烯土工布、聚酯针刺无纺土工布等，具有较高的拉伸量和抗拉强度，但土工布存在使用不当有可能造成层间脱离问题，加铺沥青面层时容易被碾压车轮带起，引起土工布缺失。橡胶沥青SAMI应力层是在水泥路面上撒布一层橡胶沥青，然后撒布13.2 mm～9.5 mm的等粒径碎石，通过压路机碾压成型。SAMI的弹性恢复好，粘度大，具有优异的耐疲劳性能,具有良好的防反射能力。但是其施工要求较高，容易造成石料撒布不均匀，施工质量难以控制。橡胶沥青混凝土具有比SAMI更好的防反射效果，而且成型容易，施工质量容易控制[5]，考虑到性能和施工的因素，热拌橡胶沥青混凝土是一种更好的防治裂缝加铺层。

2.1 橡胶沥青混凝土的配合比

试验室做了AR-AC5橡胶沥青混凝土的配合比设计，采用AR橡胶改性沥青，集料采用4号料(0.75 mm～4.75 mm)设计配合比如下：对AR橡胶改性沥青的技术指标见表1。

表1 AR橡胶改性沥青技术指标

橡胶沥青的粘度较高，可以提高其抗高温变形的能力，具有较强的高温稳定性，同时也具有低温柔韧性和低温抗裂性。

橡胶沥青混凝土的集料选择4号料，由于加铺层较薄，且主要起防反射裂缝的作用，也就是要求较高的抗剪能力，且有较好的防水性能，因此它的级配范围选在0 mm～4.75 mm。AC-AR5橡胶沥青混凝土矿料配合比见表2。

表2 AC-AR5橡胶沥青混凝土矿料配合比

通过对橡胶沥青混凝土做马歇尔实验得到表3数据。

表3 混凝土的各项指标

橡胶沥青混凝土是一种具有高温稳定性、低温柔韧性、抗老化性、抗疲劳性、抗水损坏性等性能的较为理想的环保型路面材料，由于橡胶沥青中含有很高的粘贴剂含量、沥青膜厚度和良好的弹性，能改善抵抗路面产生疲劳裂缝和反射裂缝的能力。

2.2 橡胶沥青混凝土的弯拉疲劳试验

笔者利用反射裂缝扩展机理设计了试验，利用MTS试验机模拟水泥路面加铺沥青混凝土路面进行弯拉型疲劳试验，通过选择不加铺防反射层，加铺土工布，橡胶沥青SAMI，AR-AC5橡胶沥青混凝土做防反射层进行对比试验[6]。

1)试验方案。试验采用集中荷载加载，利用两块100 mm×100 mm×100 mm水泥试件做水泥面板的模拟，两块水泥试件留1 cm的空隙，然后加铺土工布，橡胶沥青SAMI，AR-AC5橡胶沥青混凝土，其中土工布为无纺土工布，橡胶沥青SAMI厚度为2 cm，AR-AC橡胶沥青混凝土为2 cm。在防反射层上铺5 cm厚的SMA-13,试验试件模型见图1，MTS试验机见图2。

在沥青加铺层的顶部加载，加载面积为3 cm×12.5 cm，试验温度为(20±1) ℃，首先测定沥青混凝土加铺面层结构的极限破坏荷载，然后按照0.4的应力水平循环加载，测定加铺试件的疲劳破坏次数，荷载比为0.1，加载波形为半正弦型，加载频率为10 Hz，最大加载值为4.41 kN，最小加载值为0.56 kN，极限破坏荷载为10.35 kN。在集中荷载的加载下，记录下沥青混凝土面层终裂时的次数[1，2]。

2)试验结果。对水泥板上不加铺防反射层，加铺土工布，橡胶沥青SAMI，AR-AC5橡胶沥青混凝土4种加铺方式进行对比得到结果见图3。

3)试验结果分析。通过对比试验发现，防反射裂缝加铺层具有良好的效果，未使用加铺层的路面结构疲劳循环次数只有3 256次，与加铺了土工布的9 075次，加铺橡胶沥青SAMI的13 522次，加铺了橡胶沥青混凝土AR-AC5的14 238次相比，抗裂强度远远不足，这样的路面结构将会形成早期的反射裂缝病害，三种加铺层中，加土工布防反射裂缝的效果不如后两者好，AR-AC5加铺层效果最好，虽然橡胶沥青SAMI效果也接近AR-AC5加铺层，但AR-AC5在施工时采用热拌摊铺的方式，能够保证施工的质量，是一种较好的防治反射裂缝的方式，因此在云南曲胜高速公路K15+600～K17+700路段“白改黑”工程中，使用橡胶沥青混凝土AR-AC5作为防反射裂缝加铺层做试验。

3 工程实例

3.1 工程概况

云南曲胜高速公路通车至今已经11年，为水泥路面面层，近年来随着交通流量增大，加之大量的超重车辆对路面的损坏，路面已经形成较多的裂缝、错台、表面破碎等病害(见图4)。鉴于路面较差的现状，必须进行路面改造，首先对破坏较为严重的K15+600～K17+700路段进行“白改黑”路面改造工程。

3.2 改造工程

通过对曲胜高速公路K15+600～K17+700路段原混凝土板的全面调查，包括断裂板块的调查，实际弯沉的检测，确定了病害的种类，对裂缝进行了修补，脱空处采用注浆处理，大面积破碎的板块之间采用换板处理，对原路面的病害进行了全面有效的修补处理。采用热拌橡胶沥青AR-AC5进行防反射裂缝层的摊铺和压实，厚度为2 cm，然后分层摊铺面层沥青混凝土路面(见图5)。

改造路段通车后，路面性能良好，即使车流量在继续增大，而且也有重车经过，路面性能保持良好，没有出现早期的反射裂缝，通过一年半的跟踪调查，未出现反射裂缝(见图6)。

4 结语

1)通过调查与试验研究，在“白改黑”工程中，在水泥混凝土路面板上加铺一层防治反射裂缝的加铺层是十分有必要的，它能大大增加改造路面防反射裂缝的能力，延长沥青混凝土面层的寿命。

2)通过对常用的防反射裂缝加铺层的试验研究，得出土工布、橡胶沥青SAMI、橡胶沥青混凝土AR-AC5都具有良好的防反射能力，但橡胶沥青混凝土AR-AC5不但具有最好的抗反射能力，而且它的施工较方便，容易控制施工质量，在工程实例中具有良好效果。

3)橡胶沥青混凝土AR-AC5在室内试验中取得了良好的效果，在工程实例中也有较好的防反射能力。

[1] 温皓琳，任景冰.应力吸收层在旧水泥混凝土路面改造中的应用[J].经济技术协作信息，2008(6)：75-78.

[2] 廖卫东.STRATA应力吸收层的级配特征与施工控制技术[J].公路，2005(5)：21-22.

[3] 周富杰，孙立军，张南鹭，等.5种措施防治反射裂缝效果的试验室评价[J].同济大学学报，1998，26(2)：2.

[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，2007，33(7)：132-133.

[5] 李光明.水泥路面“白改黑”的防裂技术[J].路基工程，2010(5):217-219.

[6] 王 敏，张东长，窦彦磊.“白改黑”工程中常用反射裂缝防治材料效果分析研究[J].公路交通技术，2010(4)：38-42.

Research on reflection cracks prevention structure layer in “add-surfacing AC layer on PCC” projects

Tang Shanlin

(GuizhouCommunicationVocationalCollege,Guiyang550008,China)

The paper investigates the reflection cracks in the “add-surfacing AC layer on PPC” project, undertakes the comparison and analysis of common reflection prevention structural layer, concludes the rubber asphalt concrete is the optimal materials to prevent reflection cracks, and points out the prevention is the key to ensuring the project quality.

“add-surfacing AC layer on PPC”, reflection crack, rubber asphalt concrete

2015-03-29

唐山林(1989- )，男，硕士，助教

1009-6825(2015)16-0171-02

U418

A