水泥混凝土路面加铺沥青层预防性养护技术分析

吴仲华

(广西壮族自治区罗城公路管理局，广西 罗城 546400)

0 引言

对旧混凝土路面进行加铺沥青层改造(俗称“白改黑”)可大幅度提高路面结构和行车体验，同时充分利用了旧路面结构，大大减少公路建设资金投入，可取得很好的经济社会效益，因此被应用于很多地区[1]。但由于旧路面存在较多病害，导致加铺沥青层发生病害的可能性远大于新建沥青路面，极大降低工程效果，所以深入研究沥青加铺层的病害形成机理，并针对性地提出养护措施，是保证加铺沥青层应用效果的重要基础[2]。

1 工程概况

广西S204线属于二级公路，路面结构为水泥混凝土，其中浮石至宜州段全长56 km。该路段于2007年进行了加铺沥青层改造，具体结构从下到上依次为8 cm级配碎石调平层+1.5 cm热沥青同步碎石封层(两油两料)+3.5 cm沥青混凝土面层，设计车速为60 km/h，路面宽7.5 m，路基宽8.5 m。在2010年，该路段沥青加铺层出现大量裂缝、车辙病害，严重影响路况，因此相关部门组织对其进行预防性养护。

2 沥青加铺层病害形成机理分析

2.1 反射裂缝病害

反射裂缝是“白改黑”工程中最容易出现的问题。根据断裂力学原理，可将反射裂缝分为三种类型：张开模式、剪切模式、撕开模式(见图1)。分析断裂原因可知：张开型裂缝主要由温度变化引起；剪切型裂缝由交通载荷引起；撕开型裂缝由温度和载荷耦合作用引起[3]。

图1 反射裂缝张开模式(左)、剪切模式(中)、撕开模式(右)示意图

由于旧路面裂缝病害的存在，导致加铺层在温度变化和交通载荷作用下更容易在旧裂缝处产生应力集中现象，进而造成反射裂缝大量发展。在厚度较薄的沥青加铺层中(<10 cm)，该现象更加明显。对其进行受力分析表明：沥青加铺层底部应力最大且最集中，也最先发生开裂破坏[4]。

2.2 层间结合问题

由于原混凝土路面表层致密，加铺沥青层很难渗透到原路面中，导致两者之间粘结度无法保证，这也是层间结合问题的根本点。通过分析沥青路面结构的应力和应变，其中间层的接触条件是影响底板拉应力和面层剪应力的最主要因素(见图2)。

当量面层结合不连续，底板拉应力会加剧水泥板开裂，且增加车辙产生的概率，层间接触条件由材料的性质决定，因此在选材时尽量要求摩擦力大[5]。

图2 层间接触状态对底板拉应力和面层剪切力的影响示意图

2.3 车辙病害

车辙病害是沥青加铺层常见病害之一。由于旧水泥混凝土路面属于刚性面，其抗压回弹模量约为沥青加铺层(属半刚性面)回弹模量的10～20倍，这就造成旧路面为主要承重面，而加铺层的压应力及剪应力显著增大[6]。此外，由于广西地区气温较高，沥青加铺层的抗压变形能力大大降低，在交通载荷作用下很容易产生剪切和压缩变形。

当沥青加铺层投入使用后，随着载荷作用次数的增加，其要经历三个永久变形阶段(见图3)，而车辙就是永久变形中剪切破坏的一种。

图3 沥青加铺层永久变形发展过程示意图

3 沥青加铺层预防性养护措施分析

经实地考察，本项目路段主要病害为反射裂缝和车辙，其中反射裂缝三种破坏模式全部包括，而车辙病害类型也包括失稳型车辙(多发于夏季炎热天气)、压密型车辙(旧路路基密实度差)、磨耗型车辙(长期交通积累)，车辙范围在2.0～5.0 cm。

3.1 沥青加铺层反射裂缝病害预防性养护分析

3.1.1 裂缝分类及养护类型

根据裂缝宽度可将其分为微裂缝(2 mm以下)、微小裂缝(2～6 mm)、小裂缝(6～13 mm)、中裂缝(13～25 mm)、大裂缝(25 mm以上)。及时对裂缝填充可有效避免雨水和杂质进入裂缝，防止裂缝病害扩大，显著提高加铺层寿命。

目前，针对裂缝主要有以下三种养护类型：(1)填缝。填缝适用于一些裂缝宽度<20 mm的路段，利用高压风对缝隙进行清理，之后直接灌入填缝材料。(2)灌缝。在裂缝宽度>20 mm，且发育较多、路面破损严重的地段，可采用大规模灌缝处理，包括稀浆灌缝和微表处技术。(3)铣刨重铺。对于路段存在大规模、大宽度裂缝以及龟裂严重现象，可将路段铣刨重铺，包括冷(热)再生处理。

3.1.2 填缝养护材料选取

由于本项目路段日常维护较好，目前主要裂缝病害均不超过20 mm，因此使用填缝处理足够。填缝材料可分三类：普通热沥青、乳化沥青、聚合物改性沥青，其中普通热沥青适合于气温适宜、干燥少雨地区；乳化沥青适合气温低、潮湿多雨地区；聚合物改性沥青不仅适应性较强，而且延展性和弹性较出色，所以是最为理想的填缝材料。

3.1.3 填缝施工

(1)清理裂缝。为保证填充效果，本项目选择春季施工，此时裂缝完全张开。采用“钢丝刷+高压气枪”清理缝壁。

(2)填缝灌入。填缝时，聚合物改性沥青温度保持在180 ℃～200 ℃，本项目采用自动灌缝机填缝，工作人员操作填充枪将适量沥青灌入其中，应保证填缝材料处于凸出状态(3 mm厚带状)。

(3)封边修整。技术人员利用专业U型橡胶棍对填缝材料进行封边处理，可将溢出沥青压回裂缝中。为防止交通开放过早导致未凝固沥青被沾走，在其表面铺撒一层吸收材料(细砂或石屑)。

3.2 沥青加铺层车辙病害养护分析

本项目车辙病害主要存在于小型车道和重型车道上，而治理也分为轮迹带重点治理和整车道治理。

(1)轮迹带治理。为节约资金，本项目设计对一些明显轮迹带(深度<2 cm，属压密型和磨耗型)采用铣刨处理，要求车辙两侧没有隆起现象，且路面其他区域不存在其他病害。铣刨宽度两侧应各延展5 cm，之后用制作好的沥青混合料填充。

(2)整车道治理。当沥青加铺层大面积长距离存在车辙病害时，可断定属于失稳型车辙，一般发生在上坡、弯道、路桥连接等处，车辙深度往往>5 cm，且两侧有明显隆起。此时需要对该路段进行整体铣刨处理，然后利用微表处养护罩面技术对原路面进行大规模整修。

4 结语

本项目路段加铺沥青层主要病害为反射裂缝和车辙，其发生机理是由于原路面病害影响导致加铺层存在应力集中现象，本项目采用填缝技术就可以治理裂缝病害，采用轮迹重点治理和整车道治理可在降低成本的前提下保证路面工况得到显著改善。本项目实施后该路路况全面恢复，各项指标均满足标准，取得了较好的应用效果。