旧水泥路面加铺沥青面层结构裂缝控制技术研究

曾国彬

摘 要：旧水泥路面加铺沥青面层结构裂缝控制技术已经成为公路施工重点研究的内容之一。本文通过分析路面温度变化与路面结构参数对裂缝的影响，探究了裂缝成因并提出了控制技术措施。

关键词：旧水泥路面；加铺沥青面层；结构裂缝；控制技术

中图分类号：U416 文献标识码：A

当前公路路面多采用水泥混凝土路面，此路面体现出成本低、强度优、性能好等特征，在公路交通运输中得到了广泛运用，通过加铺沥青面层能够有效优化并改善旧的水泥路面，提高路面使用寿命，然而，沥青与水泥路面接缝处的结构裂缝依然值得控制与防范。其中找到裂缝成因，对应成因找到控制技术是关键。

一、旧水泥路面加铺沥青面层结构裂缝成因分析

1 路面的温度变化

水泥路面会随着其深度的变化，温差发生变化，下面将选择指数函数法来对温差的分布进行定量描述。

2 路面结构参数

公路路面结构中的不同面层，有着不同的厚度、模量、温度收缩系数等。具体各项参数的统计见表1。

其中，计算载荷力时，选取正确的模量值，以沥青混凝土正常温度状态下的数值为标准，此处载荷力取值1400MPa。

3 水泥路面裂缝对应力面层的影响

通常作用于水泥路面的载荷分为：正荷载与偏荷载，前者作用下，沥青面层常常受到一定的压力，此时，旧水泥路面如果出现裂缝，沥青面层的底端对应会有大量的压力、应力聚集，所以，压力面层则将免除裂缝现象。相反，如果路面遭到偏荷载，水泥路面将承受大规模的剪应力，且不同的面层有着不同剪应力分布，由此可见，偏荷载会对沥青面层带来非常不利影响，会导致其剪应力大规模聚集，从而导致剪切型裂缝。

而且由于水泥路面易受外界气候温度的影响，外界温度较低情况下，沥青面层将产生明显的拉应力聚集现象，从而导致沥青面层结构裂缝现象。

通过以上分析能够看出，旧水泥路面加铺沥青面层结构，其裂缝的出现与多种因素相关，其中最关键的是路面交通工具的偏荷载作用，以及降温问题，实际的裂缝防范控制应该重点从这两大方面入手。

二、旧水泥路面加铺沥青面层结构裂缝控制技术

1 设置应力吸收层

将带有弹性的橡胶沥青层设在旧水泥路面与加铺沥青层中间，也可以选择改性沥青或带有伸缩性质的沥青混凝土来取代，形成一个应力吸收层，从而有效防范裂缝的产生。其中以改性沥青材料的防裂效果最好，实际应用也相对成熟，这是因为此沥青混合料内含聚合物，且沥青含量高，细矿料含量也较大，整体上其弹性强度大、不透水，且黏着度高、能够有效防裂。

应力吸收层施工后，每逢大型高载荷交通工具通过，其内部出现了轻微的剪应力集中现象，将沥青底层的应力有效隔离开来，也起到了一定的分散应力的功能，使得沥青面层所承受的剪应力明显下降，从而有效防范了沥青面层结构裂缝。具体如图1所示。

同时，在设置应力吸收层条件下，路面温度并对应下降7℃时，沥青面层拉应力也会发生变化，具体如图2所示。

第一，如果未设应力吸收层，当路面温度降低7℃时，沥青面会明显出现拉应力聚集现象，从而引发沥青面层出现严重的裂缝问题。相反，将应力吸收层设置与水泥路面与加铺沥青路面之间，沥青层的拉应力直线下降，这意味着应力吸收层有效地吸收了拉应力，发挥了隔离效果，能够有效防范路面降温带来的裂缝问题。

第二，应力吸收层通过吸收拉应力，来发挥对沥青层的保护作用，其变形性能良好，就算遇到高温天气，应力层的也能自行恢复初始形状，这其中排除了吸收层遭到破坏的问题。

从以上的分析可以看出，通过设置应力吸收层，不仅有效隔断来自于路面的高载荷运输，同时也能积极抵御路面降温导致的裂缝问题。

2 土工合成材料夹层

土工合成材料中主要含有：土工布、塑料或玻纤格栅，此材料相对很薄，只有0.6mm～5mm，土工格栅的拉伸强度通常达到40kN/m～100kN/m，不易变形，水平方向能够承担大规模的拉应力，相反，垂直刚度相对弱小。然而，此材料在面层结构裂缝防范方面却发挥着有效功能：

（1）隔断拉应力。土工合成材料有效隔离了旧水泥路面和沥青层，将混凝土裂缝处的拉应力有效分散开来，控制了应力强度，抑制了裂缝的出现。

（2）加筋功能。该夹层体现出某种强度，能够有效承受裂缝拉应力，从而控制裂缝的大规模开裂。

（3）载荷转移功能。通常该夹层被筑建在接縫处，发挥载荷转移作用，确保一部分载荷自接缝处向四处传递，从而控制接缝处的弯沉差，有效控制裂缝处的剪应力过于集中的问题。

然而，该材料层的使用也有一定的弱点，体现在：质地薄、强度差，在剪应力控制方面成效不明显，其最为关键的作用则在于能够有效控制温度作用所导致的水平应力。经过不断的理论研究得出：该材料层对应力的控制作用主要体现在该材料的拉伸强度，也就是随着该材料拉伸强度的上升，其对应力的控制效果越好。所以，实际的施工中更适合选择土工格栅材料，因为其拉伸强度更大。

3 级配碎石中间层

此材料一般用在半刚性基层沥青路面，能够有效防范裂缝的产生。此技术目前已经在北美、非洲等地区得到了运用，在我国一些省份也有成功的案例，经过实际运用表明，能够有效防范裂缝问题。

将级配碎石中间层加设于水泥路面，可以有效控制裂缝问题，具体的应用原理如下：

第一，级配碎石具有零散、不成块、结构独立等特征，能够有效控制拉应力的传递，这就意味着即便水泥结构路面出现了裂缝，并遭遇外界大程度拉应力影响，由于级配碎石层的保护，不会导致应力聚集现象，相反，碎石层还能有效吸收应变能，这样就达到了控制裂缝的目标。同时，级配碎石因为呈现出粒状构造，体现出良好的塑性变形性能，其可以有效吸收来自于接缝处的应变能，这样也有效缓解了因为低温所导致的裂缝，抑制了裂缝的扩大。

第二，级配碎石具有一定的隔离功能。该功能的发挥有效优化了已有的水泥路面的温度水平。因为碎石过渡层通常厚度较大，要达到11cm～15cm，将级配碎石添加其中，能够对水泥路面起到温度保护作用，控制其路面面层温度的骤变，维持温度平衡，维持路面的恒温状态，从而有效控制了由于温度变化带来的裂缝问题。

第三，经过理论分析得出，级配碎石的收缩系数也更小，甚至达到零收缩状态，而且碎石自身能够防止拉力、应力等的传递，这样就有效应对了交通路面高载荷运输问题，能够保护混凝土路面、沥青面层结构等的安全，控制裂缝的出现。

结语

旧水泥路面加铺沥青面层结构，由于外界温度变化与载荷力的影响，很容易出现裂缝问题，必须采取先进的技术措施控制裂缝的出现。

参考文献

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