市政工程水泥混凝土路面沥青加铺层优化方案的研究

王开庆

（贵州省贵阳市建筑设计院有限公司 贵州贵阳 550081）

前言

水泥混凝土路面也即混凝土路面、刚性路面，简称混凝土路面，以水泥混凝土为主要材料做为面层的路面，属于一种高级路面。在市政工程中，水泥混凝土路面面临较大的交通压力，由于混凝土的延展性较差，如果出现应力集中，很可能造成路面裂缝、形变，因此相当一部分水泥混凝土路面会加铺沥青层，对市政工程水泥混凝土路面沥青加铺层优化方案进行研究，有利于提升后续工作的质量。

1 市政工程水泥混凝土路面沥青加铺层常见问题

1.1 沥青加铺层裂缝

以市政道路路面材料的角度来看，沥青的理化性质较混凝土更为理想，这种优势主要体现在延展性、自恢复能力、回弹量方面，当沥青路面出现应力集中、形变后，拥有一定的恢复能力，但如果周围条件特殊，这种恢复能力会降低，并导致裂缝出现。如冬季低温环境下，沥青层刚度不足的问题暴露出来，如果某一时间段频繁通车，沥青层表面出现较大的外荷载以及水平/纵向拉应力，出现形变、裂缝，在低温影响下，这种形变无法恢复，并在持续的外荷载作用下继续扩大，形成裂缝。

1.2 沥青加铺层凹槽

凹槽出现的原因与裂缝类似，但原因更为复杂，而且更难以避免。将沥青层铺设在水泥混凝土路面表面后，路面物理性能的刚度下降，延展性提升，然而老化问题并没有得到应对。由于沥青粘结性好，在受到外荷载影响时，可能出现一些小幅度的形变，这些形变难以被快速察觉，但当外荷载持续作用于形变位置时，应力集中也持续作用在形变处，导致路面形变越来越严重，应力集中位置渐渐下凹，形成凹槽，影响路面的使用价值和美观度。

1.3 沥青加铺层麻面

在现代市政道路工程中，铺设与水泥混凝土路面上的沥青层厚度一般不会超过20mm，在施工过程中，无论应用何种沥青材料，都要严格保证施工规范性。2014年9月，辽宁某地进行路面沥青层铺设，混合料搅拌、输送等过程均符合施工标准，但在压实环节，施工人员只使用了一台中型压实机，压实工作并不到位，导致该段路面在后续使用中出现了严重的麻面问题，影响了影响路面美观度以及使用价值。

2 市政工程水泥混凝土路面沥青加铺层优化方案

2.1 碎石混合料技术的应用

目前常用于市政工程水泥混凝土路面沥青加铺层的碎石混合料技术，是高模量改性SMA-13沥青玛蹄脂碎石混合料技术，该技术可以应对长时间、高压力路面的优化需求，应对恶劣自然环境的能力也较强，可以避免路面出现车辙。沥青玛蹄脂碎石混合料耐久性好，抗变形能力强，结合此前学者的研究成果，在高温条件下，沥青混合料的模量对车辙的影响比中温时的要大，沥青玛蹄脂碎石混合料较出色的抗变形能力能够解决这一问题。在施工中，要求收集沥青、纤维稳定剂、矿粉等，并利用沥青的物理性质实现粘接，确保其耐久性和柔性。之后采用粗集料进行互嵌，组成稳定性较高的结构框架，用于水泥混凝土路面的铺设，铺设过程中应注意压实设备的选取，一般应用中小型设备从四周向中央进行弧形压实[1]。

2.2 超薄沥青加铺层技术

超薄沥青加铺层技术的应用，可以同步发挥沥青延展性优势和水泥混凝土路面的刚度优势。在具体应用超薄沥青加铺层技术时，要求对水泥混凝土路面进行检查，评定其级别，尤其是了解其损坏情况，对于一些结构参数进行记录。完成数据收集后，拟定施工方案，首先更换破碎板，对水泥混凝土路面进行处理，将杂物清除，磨平错台，对旧水泥硷路面表层的松散碎屑进行清理，之后进行重新封缝。针对可能出现的反射裂缝，需要进行传荷能力评定，确保其处于中等以上，之后在根据气温、旧水泥硷路面承载力、荷载、接缝处弯沉差等情况进行综合分析，具体确定超薄沥青加铺层的厚度，在加铺层内设置橡胶沥青应力吸收夹层，如有必要还可以设置织物夹层，最后在沥青加铺层上对旧水泥硷路面的横缝位置锯切横缝，完成施工[2]。

2.3 防水粘结层技术

防水粘结层技术全称高弹改性沥青应力吸收防水粘结层技术，对沥青进行改性处理，强化其应对水腐蚀的能力，同步改良其自恢复能力，提升弹性特质。该技术能够控制反射裂缝出现的可能，也能改善水泥混凝土路面的自身性能，提升其应对外荷载破坏的性能。目前在市场水泥混凝土路面沥青加铺层应用较为广泛的是SAWI（高弹沥青应力吸收防水粘结层）。该材料的优势是高韧性、低模量、防水性强，具体应用的过程中，不需要额外更换材料或者工艺，对沥青实现改性后，需要进一步测试其指标，尤其是弹性模量和粘接性，弹性模量和粘接性是确保其疲劳性能、高低温定性能、防水性能的关键。在此前部分地区的水泥混凝土路面沥青铺设中，研究人员对该材料进行过测试，结果上看，改善后的旧水泥硷路面状况弹性特质较好，防水性能也得到了强化，需要控制的核心是其粘接性，应根据路面交通压力具体确定，一般交通压力大的地面要保证较高的粘接性。

3 模拟分析

3.1 模拟指标与过程

针对碎石混合料技术、超薄沥青加铺层技术以及防水粘结层技术进行分析，利用电子计算机建构路面模型，铺设沥青加铺层，同时构建常规沥青加铺层模型，采取人工变更模拟参数的方式进行试验分析，变更的参数包括瞬间荷载、使用年限、雨水破坏和温度四个方面，主要观察指标为路面的形变总量、裂缝数目以及腐蚀破坏程度。实验分四组进行，即混合料技术组、超薄沥青组、防水组以及常规组。每组进行36次实验，在保持三个参数不变的情况下，变更另一个参数，了解观察指标，不同实验12次，重复实验24次，取平均数进行分析。如混合料技术组，第一次实验取固定荷载、使用年限、雨水破坏，变更温度，其后每次试验更改一个参数，重复进行，对所有实验数据进行记录。

3.2 模拟结果与分析

模拟结果上看，混合料技术的使用年限最长，在模拟实验（理想）条件下，能够保持22个月不出现严重破坏，但在形变控制和耐腐蚀性上不够理想。超薄沥青组的形变控制最理想，在反复模拟的情况下，形变量可以控制在2%以下，但使用寿命和耐腐蚀性较为普通。防水组的耐腐蚀性最理想，强于普通组4.5倍以上，但形变控制和使用寿命上面不够出色。普通组在实验中所获数据普遍低于上述三类技术。结合各地水泥混凝土路面特点，给出三类沥青加铺层优化方案的使用原则如下，各地可以结合需要具体选择：

如果当地交通压力大，但温度条件和降水条件较为理想，可以使用高模量改性SMA-13沥青玛蹄脂碎石混合料技术；

如果当地交通压力不大，但温度条件和降水条件不理想，可以使用高弹改性沥青应力吸收防水粘结层技术；

如果当地当地交通压力大，温度条件不理想，但降水条件尚可，可以使用超薄沥青加铺层技术。

4 总结

通过分析市政工程水泥混凝土路面沥青加铺层优化方案，获取了相关理论内容。水泥混凝土路面在现代市政工程中十分常见，加铺沥青可以优化路面性能，由于种种原因目前沥青加铺层常出现裂缝、凹槽、麻面等问题。给出的优化方案包括应用碎石混合料技术、超薄加铺层口试以及防水粘结层技术等三大类，通过模拟分析证明了上述三个优化方案的可行性，可作为后续工作的参考，提升施工水平。

[1]卢军源，袁野真.旧水泥混凝土路面沥青加铺层应力参数化分析[J].公路交通科技（应用技术版），2017，13（07）：211～212.

[2]宋丽霞，伍晓华，宋利军.基于应力吸收层的旧水泥混凝土路面沥青加铺层材料研究[J].公路工程，2017，42（03）：286～291.