水泥混凝土路面加铺沥青面层反射裂缝防治技术研究

王波 杨波

（绵阳职业技术学院 四川 绵阳 621000）

0 引言

水泥混凝土路面具有强度刚度高、抗弯拉变形能力强、耐久性好、抗滑耐磨性好、养护保养成本较低等特点，被广泛应用于路面结构。但近年来，随着经济的高速发展，大部分公路现有交通量已超过设计初期的交通量，使得原有水泥混凝土路面出现了断板、错台等病害，已不能满足正常的交通运输需要，为改善行车舒适性和安全性，需对路面进行维修改造。旧路加铺沥青面层技术是目前常用的一种水泥混凝土路面维修改造方案。经过改造后，新的路面结构既兼具沥青面层良好的力学性能、反光性能好、维修养护时间短、成本低等优点，同时又能够发挥原有水泥混凝土面层强度高的优势。但由于原有水泥混凝土路面结构存在大量的接缝和裂缝，使得加铺沥青面层后，在温度变化和行车荷载的作用下，沥青加铺层容易出现反射裂缝，严重影响了路面的使用性能和寿命。

1 沥青加铺层反射裂缝成因分析

1.1 反射裂缝机理

沥青加铺层产生反射裂缝是指，下层水泥混凝土板体存在大量的接缝及裂缝，当表面加铺沥青层后，在温度、湿度等环境因素及车辆荷载反复作用下，反射在沥青加铺层相应位置上的裂缝。

1.2 反射裂缝类型

1.2.1 温度湿度作用裂缝

根据相关文献，温度及湿度变化引起的水平位移是产生反射裂缝的主要原因[1]。由于昼夜温差及周期性气温变化的原因，下层旧水泥混凝土板体产生水平位移，在接缝、裂缝位置产生较大的拉应力，当下层产生的拉应力超出上层沥青抗拉强度时，即出现反射裂缝；在高温条件下，由于沥青和水泥混凝土的温度线膨胀系数不同，沥青加铺层出现较大的膨胀，而水泥混凝土层膨胀量较小，在下层的限制下，上层出现反射裂缝。

1.2.2 交通荷载作用裂缝

交通荷载造成的反射裂缝主要是由于剪切变形产生的竖向位移[2]。由于下层旧水泥混凝土板体存在接缝、裂缝，造成板体整体的强度降低，沥青加铺层在直接承受车辆荷载作用时，就会将车辆的竖向荷载向下传递，当车辆荷载作用在接缝、裂缝位置时，在接缝、裂缝两侧产生竖向位移，引起上层沥青加铺层承受剪切应力，出现竖向位移，当相应的剪切应力超出沥青加铺层抗剪强度时，即会在接缝、裂缝等位置出现荷载作用造成的反射裂缝。

2 反射裂缝防治技术

2.1 应力吸收层

将单一粒径的石料均匀的满铺在加铺沥青层上，用胶轮压路机进行嵌挤碾压，沥青被挤压到石料高度的约3/4，石料嵌锁形成后将构成结构性支撑，这时所形成碎石封层模式的路面即为沥青应力吸收层。在沥青应力吸收层中，高用量的沥青与单一粒径的碎石强力粘结，形成约1cm厚的裂缝反射结构层，旧水泥路面的各种裂缝将很难穿透该层，可以有效遏制裂缝的反射。

2.2 破碎旧水泥混凝土路面

当旧路面断板、错台等病害较为严重时，通常对旧路面进行破碎，破碎后经碾压作为下承层，其上加铺沥青面层。破碎后块体之间的裂缝需贯穿板厚，以分散和消减应力、应变，同时裂缝也不宜过宽，否则易引起行车荷载在裂缝处的拉应力和剪应力集中[3]。苏卫国，李晓华[4]利用有限元软件模拟了不同旧路面板破裂尺度对沥青加铺层荷载应力、温度应力的影响以及对旧路面板回弹模量实测值的影响。随着破裂尺寸的减小，沥青加铺层的荷载应力只是有了小幅度减小，影响并不大，同时对温度应力的影响却十分明显，破裂尺寸越小，温度应力下降越迅速，但是破碎后旧路面板尺寸减小之后，其结构强度也随之降低，在既能最大限度减少沥青加铺层反射裂缝，又能保证破碎旧路面作为新加铺沥青层基层满足承载力的要求的同时，推荐破碎旧水泥混凝土路面板的破裂尺度为50～80cm。

2.3 沥青加铺层厚度

研究表明，沥青加铺层厚度大小对反射裂缝的出现和变化起到较为明显的影响。为延缓反射裂缝的出现和发展，可以适当增加沥青加铺层厚度。增加加铺层厚度，一方面可以对旧水泥混凝土路面板体保温，减少温度变化原因产生的旧水泥混凝土板体水平位移；同时，路面整体厚度提高后，使得路面结构层的抗弯拉能力明显提升，可有效减少由于交通荷载作用下在裂缝、接缝处的竖向位移，从而达到有效防治反射裂缝的目的。普遍认为加铺层的合理厚度范围为9～15cm，为防止或延缓加铺层反射裂缝的出现，沥青协会建议沥青加铺层不应低于10cm[5]。

2.4 设置裂缝缓解层

大粒径透水性沥青混合料（LSPM）是一种新型的沥青混合料，通常由较大粒径（25～62mm）的单粒径集料形成骨架由一定量的细集料形成填充而组成的骨架型沥青混合料[6]。LSPM 级配经过严格设计，其形成了单一粒径骨架嵌挤，并且采用少量细集料进行填充，提高混合料模量与耐久性，在满足排水要求的前提下降低混合料的空隙率，其空隙率一般为13%～18%，因此其既具有良好的排水性能又具较高模量与耐久性。级配良好的LSPM 可以抵抗较大的塑性和剪切变形，承受重载交通的作用，具有较好的抗车辙能力，提高了沥青路面的高温稳定性；特别是对于低速、重车路段，需要的持荷时间较长时，设计良好的LSPM 与传统的沥青混凝土相比，显示出十分明显的抗永久变形能力，由于LSPM 有着较大的粒径和较大的空隙，它可以有效地减少反射裂缝。

2.5 铺设玻纤格栅

玻纤格栅在沥青加铺层中作为刚性较大的硬夹层，起到了抑制应力、释放应变的作用。作为沥青混凝土的增强材料，可以提高加铺层结构的抗拉、抗剪性能，从而减少裂缝。实践表明，改变方向的水平裂缝对应的断裂能从起始点移动0.6m，宽度大于1.5m 的增强材料可以保证断裂两侧的能量完全耗散。同时，可以分散上述压应力和拉应力，在两个应力区之间形成一个缓冲带，应力不是突然变化而是逐渐变化的，减少了应力突变对沥青面层的损伤。

3 结语

由于交通量的增长，大量的水泥混凝土路面板体出现破损，严重影响了行车舒适性和安全性，在旧水泥路面上加铺沥青层由于可兼具水泥混凝土和沥青材料的优势，是目前最有效的旧路改造形式，但是在温度和荷载的双重作用下，会出现反射裂缝，不仅增加了维修保养成本，而且严重影响了使用寿命。文章对反射裂缝的成因及机理进行分析研究，提出了设置应力吸收层、破碎旧水泥混凝土路面作为下承层、增加加铺层厚度、设置大粒径透水性沥青裂缝缓解层、铺设玻纤格栅等措施防治反射裂缝的出现和延缓反射裂缝的发展，从而有效的增加了道路的使用寿命。