花岗岩沥青面层在旧水泥混凝土路面加铺改造中的应用研究

陈晓明

【摘 要】加铺沥青混凝土路面是目前水泥混凝土路面改造最主要的方式之一。我国是拥有最多水泥混凝土路面里程的国家[1]。我国的部分地区，公路的大范围建设消耗了当地大量的筑路材料资源，而随着时代的发展与进步，公路在长期的使用中路面面临维修维护，因此石灰岩等传统筑路材料在一些地区逐渐匮乏。文章将探索花岗岩沥青路面在旧水泥混凝土路面加铺改造中的应用。

【关键词】花岗岩；旧水泥混凝土路面；加铺改造

【中图分类号】U418.6 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2018）05-0121-02

水泥混凝土路面具有强度高、耐久性好、稳定性好、施工工艺简单、造价较低等优点，在我国曾经大规模建设。随着我国经济的不断发展，交通量也不断增加，尤其是重载交通不断增加，在长期的工作中，水泥混凝土路面逐渐出现裂缝、断板、错台、唧泥等病害，对行驶车辆的行车舒适度、安全性都造成了影响。在一些常用的石灰岩等筑路材料匮乏而花岗岩材料丰富的地区，将花岗岩沥青面层应用到旧水泥混凝土路面加铺改造中，成为公路建设的新方向。

1 花岗岩材料的路面加铺应用

沥青路面是指由沥青混凝土摊平铺筑的路面。沥青混凝土由一定黏度的沥青与一定成分的矿物材料按照一定比例混合搅拌形成。沥青路面筑成后，在路面长期通车的过程中要有相对应的能力支撑车辆的往来，即一定的光滑度、性质稳定性、硬度和柔韧性等。在沥青水泥混凝土路面长期不间断的使用过程中，难免会出现裂缝、车辙、凹陷等问题。由于在实际情况中，对路面的维护和修理不能整体重铸，因此采取加铺沥青混凝土路面是现实工作中最主要的水泥混凝土路面改造方式。

针对不同的情况进行分析，若旧路板块病害很少，可处理面板病害后直接进行“白改黑”加铺，下面层考虑做厚度为8 cm的沥青碎石，有助于防止板块出现反射裂缝。若旧路面板病害较多，可对重度病害和基层病害进行处理后再进行碎石化，作为碎石化基层，其上加铺面层在旧水泥混凝土路面上。

道路在不断使用的过程中会产生病害而面临改造或者翻新。在一些旧路问题严重、加铺改造工作量大及传统筑路材料日渐匮乏的地区，我们可以拓展性地考虑将花岗岩使用到路面加铺改造中。

花岗岩属于酸性岩浆岩中的侵入岩。花岗岩材料在耐磨性方面表现出色。但是，花岗岩集料属酸性，与沥青间的黏附性较差。因此，在采用花岗岩沥青面层的混凝土路面加铺改造中，实施抗剥落和抑制反射裂缝的措施显得极为重要。

2 花岗岩沥青加铺层工作条件和特性

本文将通过一系列实验分析和证明花岗岩的实际应用效果。选取一定的沥青及花岗岩，检测花岗岩的技术指标（见表1）。

由表1可知，检测选取的花岗岩材料和沥青，其黏附性无法满足五级的技术要求。在这样的情况下，为了满足实际路面的使用需求，有必要采取相抗剥落措施。

同时，花岗岩集料的其他指标都能满足花岗岩沥青面层在旧路面加铺改造中的要求。分析花岗岩集料的技术指标可知，花岗岩具有较高的硬度和一定的耐磨性、抗压性，这些特征都适合将它用作路面加铺改造材料。

由于花岗岩与改性沥青黏附性不能满足实际使用的要求，本文进一步通过实验探索提高花岗岩集料与沥青之间的黏附性等级的有效措施。

为了提高花岗岩粗集料与改性沥青间的黏附性等级，选取3种不同的抗剥落剂进行实验。选择聚胺类morlife300、胺类PA-1及非胺类试剂AST，这3种抗剥落剂的用量控制在沥青质量的0.5%，通过水煮法，记录不同时间下添加3种抗剥落剂后花岗岩与沥青的黏附性。

在水煮后的3 min内，分别使用3种抗剥落剂，改性沥青的黏附性等级都由未添加时的4级提升为5级。继续进行水煮实验发现，添加了PA-1和AST的改性沥青的黏附性都明显下降。在15 min之后，3组沥青的黏附性都下降到3级及以下。在水煮法实验中，我们得知使用Morlife300抗剥落剂的效果最好。

3 花岗岩沥青材料的应用性能分析

对花岗岩沥青加铺层在抑制反射裂缝方面的能力进行分析，根据弹性层状体系理论，同时依据实际情况下旧水泥混凝土路面的普遍代表性结构状况建立三维有限元模型。在模型中，路面的层次结构自下而上为地基、旧水泥混凝土路面、沥青碎石应力过渡层、土工布、花岗岩沥青路面加铺层。该模型及各个部分的详细结构如图1所示，其中地基扩大了尺寸模拟，能更好地体现地基的弹性半空间体特征。

在构建模型之后进行实验。为了模拟道路行驶车辆，实验中对地面的加载通过采用我国标准轴载实现。相关数据以双轮组单轴载100 kN作为标准轴载，即BZZ-100，其中轮胎的接地压强为0.07 MPa，单轮传压面当量圆的直径为21.30 cm，那么与地面的接触面积可以等效成228 mm×157 mm的矩形。两轮中心距均为1.5 cm。通过研究实验得知，在一定情况下仍旧会有反射裂缝出现。在实验中，采取有限元法进行三维建模，模拟实际道路在通行过程中会产生的问题，尤其是反射裂缝的问题。实验数据见表2。

根据加铺花岗岩沥青面层的旧水泥混凝土路面实际结构建立的三维有限元模型，在实验中通过标准轴载实现在车辆通行过程中路面作用的模拟。

在实验中，保持其余拟定路面结构类型和计算参数不变，加厚花岗岩沥青面层加铺层的厚度，分别加铺到9 cm、12 cm、15 cm、18 cm、21 cm、24 cm。在此过程中监控分析路面应力的变化。

当花岗岩沥青加铺面层从9 cm开始，以3 cm为间隔加铺到24 cm时，其相对应的层底的最大主应力、最大剪应力和等效应力均相对应地保持下降，并且下降的速度逐渐变缓。从9 cm增加到24 cm的过程中，最大主应力、最大剪应力和等效应力的下降幅度分别为54%、35.6%和34.9%，最大主应力下降幅度较大，下降效果明显。随着花岗岩沥青加铺层厚度的增加，可以大幅度地降低路面的层底应力。但是在实际建设过程中，旧水泥混凝土路面加铺层的厚度过大，意味着工程建设成本的上升。因此，在旧水泥混凝土路面加铺花岗岩沥青面层的实际建设过程中，不能单纯地依据实验数据，还要综合考虑经济效益和技术水平。

4 结论

花岗岩材料用作花岗岩沥青面层在旧水泥混凝土路面进行加铺改造时，花岗岩材料与改性沥青的黏附性等级无法满足实际使用要求，因此需要采取相应的抗剥落措施。其中，Morlife300是最合适、效果最显著的抗剥落剂。花岗岩本身有一定硬度，能够承受一定的压力压强且抗磨损。

为了进一步探索花岗岩沥青面层在旧水泥混凝土路面加铺改造中的实际运用效果，根据现实情况下加铺改造的旧水泥混凝土路面进行模拟，建立三维有限元模型。模拟车辆通行加载加压，检测加铺层底应力，探究花岗岩沥青面层作为旧水泥混凝土路面加铺层时抑制反射裂缝的能力。在实验中得知，加鋪层越厚，抑制反射裂缝的能力就越强。但是在实际的道路建设中，要遵循最佳的经济效益下的最佳工程效果。

加铺沥青混凝土路面是目前水泥混凝土路面改造最主要的方式之一，在一些常用的石灰岩等筑路材料匮乏而花岗岩材料丰富的地区，将花岗岩沥青面层应用到旧水泥混凝土路面加铺改造中，成为公路建设的新的方向。通过施工过程中对旧水泥混凝土路面的病害调查、处置、反射裂缝的处理和施工过程中的质量控制等，本文经过一系列实验研究和探索花岗岩沥青面层在旧水泥混凝土路面加铺改造中的实际应用效果和问题，为这一新方向提供借鉴。

参 考 文 献

[1]刘朝晖，周婷，李盛，等.现行规范旧水泥混凝土路面加铺层设计的若干问题研究[J].公路交通科技，2014，31（5）：31-36.

[2]原宝盛，安会善.花岗岩沥青面层在旧水泥混凝土路面加铺改造中的应用研究[J].中外公路，2017（2）：56-60.

[3]梁世斌.水泥混凝土路面加铺沥青混凝土面层施工质量控制与研究[J].内蒙古公路与运输，2017（2）：43-46.

[责任编辑：陈泽琦]