剛?cè)釓?fù)合式路面結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及常見(jiàn)病害

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1. 概述

　　水泥混凝土路面加鋪瀝青面層形成了一種剛?cè)嵝缘膹?fù)合式路面結(jié)構(gòu)，它不僅具有瀝青路面行車(chē)舒適和噪音小的特點(diǎn)，還具有水泥路面強(qiáng)度高、承載能力大和穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。剛?cè)釓?fù)合式路面主要問(wèn)題集中在兩個(gè)方面：一是剛?cè)嵝越缑娴奶幚砑夹g(shù)。包括：（1）界面處理材料的選擇；（2）水泥混凝土板的處理；（3）界面處治的施工工藝；二是反射裂縫的防治問(wèn)題。舊水泥路面原有的接縫及在使用過(guò)程中產(chǎn)生的裂縫很容易反射到瀝青面層。?

　　2. 剛?cè)釓?fù)合式路面的特點(diǎn)

　　2.1結(jié)構(gòu)組成特點(diǎn)。

　　剛?cè)釓?fù)合式路面絕大部分都是在水泥混凝土路面上加鋪瀝青面層之后形成的，其特點(diǎn)是路面整體剛度大，穩(wěn)定性好，行駛舒適性好。路面結(jié)構(gòu)組成為：基層+水泥混凝土板+界面層+瀝青面層。瀝青加鋪層厚度較大時(shí)，通常分兩層攤鋪，層間灑乳化瀝青粘層油以加強(qiáng)粘結(jié)，兩層混合料的級(jí)配可以相同也可以不同。界面層的材料通常采用的是改性瀝青，厚度只有幾個(gè)毫米，主要起到粘結(jié)和防水作用。界面層材料模量小，具有高粘度，彈性恢復(fù)性能好，能夠很好的吸收水泥混凝土板由于形變而產(chǎn)生的應(yīng)力，能夠有效的抑制反射裂縫的傳播。?

　　剛?cè)嵝月访孀畲蟮奶攸c(diǎn)是組成面層結(jié)構(gòu)的材料的模量不一樣，剛度相差很大。水泥混凝土板具有強(qiáng)度高、剛度大、溫度敏感性小，材料模量相對(duì)比較穩(wěn)定，屬脆性材料。瀝青面層材料模量小，溫度敏感性大，材料模量隨溫度變化，呈現(xiàn)明顯的黏-彈-塑性。正是由于材料模量的差異較大，從而導(dǎo)致剛?cè)嵝月访嬖谲?chē)輛荷載及溫度應(yīng)力作用下，呈現(xiàn)明顯的變形不協(xié)調(diào)性。因此，較一般瀝青路面而言，剛?cè)嵝詾r青路面更容易出現(xiàn)車(chē)轍和開(kāi)裂。?

　　2.2力學(xué)行為特點(diǎn)。

　　路面結(jié)構(gòu)的組成和各組成材料的力學(xué)性質(zhì)決定了路面的力學(xué)行為特點(diǎn)。剛?cè)嵝月访娴拿鎸硬牧嫌蓜傂缘乃嗷炷涟搴腿嵝缘臑r青混合料組成，其受力呈現(xiàn)以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)：（1）當(dāng)面層瀝青混合料厚度較小時(shí)，路面呈現(xiàn)出剛性路面特點(diǎn)，水泥混凝土板承受較大的豎向應(yīng)力和水平應(yīng)力。此時(shí)的瀝青面層主要是起到改善路面行駛的舒適性，減小行駛噪音等功能性作用。（2）當(dāng)瀝青面層較厚時(shí)，此時(shí)瀝青面層具有明顯的抗剪效應(yīng)，也就是說(shuō)，瀝青面層承受了主要的水平應(yīng)力。同時(shí)，對(duì)豎向應(yīng)力也起到了很好的擴(kuò)散作用。（3）在剛?cè)嵝月访娼Y(jié)構(gòu)中，無(wú)論面層瀝青混合料厚度如何，剛?cè)嵝越缑鎸铀艿降募魬?yīng)力都是不能忽視的。另一方面，由于界面層處在剛?cè)徇^(guò)度的特殊位置，存在許多的不利的受力環(huán)境。例如，在水泥混凝土板的接縫處會(huì)出現(xiàn)剪應(yīng)力集中；由于板面存在尖角，也容易出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。界面層局部應(yīng)力集中加速了界面層的破壞。（4）除厚度外，面層混合料模量對(duì)結(jié)構(gòu)的受力也有較大影響。瀝青混合料的級(jí)配、瀝青的勁度等直接影響其擴(kuò)散荷載的能力。?

　　3. 剛?cè)釓?fù)合式路面損壞模式及原因分析

　　3.1損壞模式。

　　大量的工程實(shí)踐表明，剛?cè)嵝月访娴膿p壞形式主要有以下三種：（1）開(kāi)裂；（2）車(chē)轍；（3）水損壞。剛?cè)嵝月访娴拈_(kāi)裂主要是反射裂縫，通常出現(xiàn)在舊水泥混凝土路面的接縫處。通過(guò)對(duì)裂縫處鉆芯取樣，可明顯看到反射裂縫由下向上發(fā)展的痕跡。剛?cè)嵝月访娴能?chē)轍同一般的柔性基層或半剛性基層瀝青路面有所不同，剛?cè)嵝月访娴能?chē)轍僅發(fā)生在瀝青面層，其下部的水泥混凝土板是不會(huì)發(fā)生永久性的變形。由于材料模量差異較大，瀝青面層又較薄，容易出現(xiàn)推移和瀝青面層剝離等現(xiàn)象。剛?cè)嵝月访娴乃畵p壞主要表現(xiàn)為表面瀝青面層的松散、坑槽，嚴(yán)重時(shí)可產(chǎn)生唧泥。?

　　3.2損壞原因。

　　首先，從設(shè)計(jì)方面來(lái)看，沒(méi)有對(duì)剛?cè)釓?fù)合式路面的實(shí)際受力情況進(jìn)行深入細(xì)致的分析，沒(méi)有建立合理有效的剛?cè)釓?fù)合式路面的力學(xué)分析模型，導(dǎo)致設(shè)計(jì)出來(lái)的瀝青面層厚度不合理。剛?cè)峤缑娴奶幚硪踩狈ο嚓P(guān)理論作為指導(dǎo)，界面處理方式簡(jiǎn)單粗糙，防水粘結(jié)材料的選擇不嚴(yán)格，導(dǎo)致界面層無(wú)法起到應(yīng)有的作用，嚴(yán)重影響了剛?cè)嵝月访娴氖褂脡勖?。此外，?duì)加鋪層瀝青混合料的組成設(shè)計(jì)方面也缺乏研究，常采用與普通瀝青路面相同的礦料級(jí)配和相同品質(zhì)的瀝青，沒(méi)有從剛?cè)嵝月访娴膶?shí)際使用狀況出發(fā)考慮瀝青面層材料的設(shè)計(jì)問(wèn)題。其次，在材料方面，目前還有待開(kāi)發(fā)高性能的改性瀝青和其它品種的材料，使其能夠更好的適應(yīng)剛?cè)峤缑鏄O其苛刻的受力環(huán)境。對(duì)于面層瀝青混合料而言，由于其厚度一般較小，通常只有普通瀝青路面面層厚度的三分之一，因此，對(duì)其抗疲勞開(kāi)裂性能，耐久性等要求就更高。因此，重點(diǎn)研究用于剛?cè)嵝月访娼缑鎸雍兔鎸拥幕旌狭喜牧暇哂兄匾膶?shí)用價(jià)值。?

　　4. 反射裂縫的形成機(jī)理及防治措施

　　反射裂縫是由于舊面層接縫或裂縫附近的位移引起接縫或裂縫上方瀝青加鋪層內(nèi)出現(xiàn)應(yīng)力集中造成的?？梢赃@么說(shuō)，反射裂縫是一種“繼生裂縫”，它是在原有裂縫的作用及影響下形成和發(fā)展的。舊水泥混凝土板在接縫處的位移包括由溫度變化引起的水平方向的伸縮位移和由荷載作用下產(chǎn)生的豎向剪切位移。由于瀝青層與板之間的粘結(jié)作用，導(dǎo)致瀝青層內(nèi)出現(xiàn)豎向剪切應(yīng)力和水平向的拉應(yīng)力。當(dāng)此應(yīng)力超過(guò)瀝青混合料的抗拉強(qiáng)度，瀝青層就會(huì)開(kāi)裂。由于各地區(qū)的溫度狀況不同，各路段的交通條件和路面結(jié)構(gòu)狀況也不同，反射裂縫可能主要由于溫度作用產(chǎn)生，也可能主要由于荷載作用產(chǎn)生，或者由二者共同作用產(chǎn)生。?

　　對(duì)于反射裂縫的防治，主要有以下幾種：（1）鋸切橫縫，在加鋪的瀝青層上鋸切新的橫縫，從而釋放瀝青層內(nèi)過(guò)大的拉應(yīng)力。（2）加鋪厚的瀝青層，雖然厚的瀝青層對(duì)于延緩反射裂縫的發(fā)展能起到一定的作用，但是從經(jīng)濟(jì)上考慮是不可取的，且過(guò)厚的瀝青層會(huì)帶來(lái)其他的問(wèn)題，如車(chē)轍可能會(huì)因此變得嚴(yán)重。（3）將水泥混凝土板碎石化。將板徹底破碎到規(guī)定尺寸范圍，形成柔性基層，然后再加鋪瀝青面層，事實(shí)證明這樣做能很好的控制反射裂縫問(wèn)題，因?yàn)樗苊饬藶r青層中可能出現(xiàn)的應(yīng)力集中現(xiàn)象。但是，這樣處理對(duì)環(huán)境影響較大，且破碎過(guò)程中對(duì)原有路基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性會(huì)造成很大的傷害，同時(shí)，有學(xué)者認(rèn)為，這樣做是一種很浪費(fèi)的行為，因?yàn)?，它沒(méi)有充分利用原有路面的強(qiáng)度，而是毀壞了這種強(qiáng)度。（4）加鋪夾層。通過(guò)對(duì)剛?cè)嵝越缑娴奶幚?，設(shè)計(jì)厚度幾毫米的夾層，能夠有效的控制反射裂縫的傳播。目前，這種辦法被認(rèn)為是最有效也是最經(jīng)濟(jì)的解決剛?cè)嵝月访娣瓷淞芽p的辦法。?

　　5. 車(chē)轍和推移的形成機(jī)理及防治措施

　　車(chē)轍和推移是發(fā)生在瀝青面層的永久性變形。車(chē)轍表現(xiàn)為在輪跡處瀝青層的凹陷，產(chǎn)生這種變形主要有幾種可能。一是由于面層瀝青混合料壓實(shí)度不夠，導(dǎo)致后期在車(chē)輛荷載的作用下，混合料被進(jìn)一步壓密所致，由此產(chǎn)生的車(chē)轍也叫“再壓密型”車(chē)轍。還有就是由于瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性不足，導(dǎo)致在高溫季節(jié)，在車(chē)輛荷載的作用下，瀝青混合料出現(xiàn)側(cè)向的剪切流動(dòng)，形成車(chē)轍。除此之外，還有可能是由于面層混合料被磨耗而形成的車(chē)轍。推移主要是由于瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性不足，在車(chē)輛荷載水平力的作用下，發(fā)生推移。對(duì)于剛?cè)嵝月访娑裕捎诿鎸訛r青混合料的厚度一般較小，且多數(shù)采用的是高粘度的改性瀝青，瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性較好。因次，剛?cè)釓?fù)合式路面的車(chē)轍并不是十分突出的問(wèn)題。推移現(xiàn)象倒是常見(jiàn)，這主要是由于剛?cè)峤缑娴目辜艏罢辰Y(jié)強(qiáng)度不夠所致。由于，水泥混凝土板剛度大，瀝青層模量小且厚度薄，在車(chē)輛荷載水平力的作用很容易出現(xiàn)界面層的剝離，從而導(dǎo)致面層出現(xiàn)推移和擁包現(xiàn)象。?

　　對(duì)于剛?cè)嵝月访娉霈F(xiàn)的車(chē)轍和推移病害，主要的處治措施是兩個(gè)方面，一方面提高瀝青面層混合料的高溫穩(wěn)定性和強(qiáng)度，采用高性能的改性瀝青作為粘結(jié)料。另一方面，重點(diǎn)加強(qiáng)剛?cè)峤缑娴恼辰Y(jié)處理，提高其抗剪強(qiáng)度和粘結(jié)強(qiáng)度。使瀝青層與水泥混凝土板更好的粘結(jié)在一起，提高整體受力性能。?

　　6. 水損壞的發(fā)生與防治

　　水損壞是一個(gè)帶有普遍性的話題，在此不做詳細(xì)分析。剛?cè)嵝月访娴乃畵p壞的發(fā)生主要還是由于面層瀝青混合料的設(shè)計(jì)空隙率不合理所致。筆者認(rèn)為，由于剛?cè)嵝月访娴臑r青面層較普通瀝青路面的面層厚度要小，通常只有4cm-8cm。因此，水更容易從混合料空隙滲入。因此，建議用于水泥路面加鋪層的瀝青混合料設(shè)計(jì)空隙率要么小，直接做成不透水性瀝青混凝土，或者干脆做大，直接做成透水性瀝青面層，但是，修筑透水性路面必須做好剛?cè)峤缑娴姆浪芭潘胧?，?duì)此可參照透水路面的設(shè)計(jì)方法。此外，加強(qiáng)剛?cè)峤缑娴恼辰Y(jié)與防水處理，對(duì)于提高剛?cè)嵝月访娴目顾畵p壞能力也是大有幫助的。對(duì)于面層瀝青混合料的設(shè)計(jì)，應(yīng)該考慮集料瀝青的黏附性，盡量減小發(fā)生水損壞的可能性。