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[分享]公路“白改黑”改造中反射裂缝产生机理和防止技术

发表于2018-05-16    429人浏览    4人跟帖    复制链接  只看楼主

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水泥路面的“白改黑”是近几年道路改建中比较常见的改建方案,而反射裂缝产生机理和防止技术是一个比较重要的课题,本文较为详细地阐述了水泥混凝土路面“白改黑”工程中的反射裂缝产生机理和防止技术。 


公路“白改黑”改造中反射裂缝产生机理和防止技术_1

一、概述


随着国民经济的发展,道路交通量剧增,汽车轴载日益重型化,许多早期建设的水泥砼路面产生了多种破损现象:结构承载能力不足、行车舒适性差、车速难以提高。在近年来道路改建和扩建中,如何有效地处理旧水泥砼路面,在其上加铺沥青砼,以改善使用性能,成为当前“白改黑”工程的一个重要课题。“白改黑”工程的关键就是防反射裂缝措施,本文较为详细地阐述了水泥砼路面“白改黑”工程中的反射裂缝产生机理和防止技术。 


二、反射裂缝产生机理和防止技术


反射裂缝是由于旧砼面层在接缝或裂缝附近的较大位移引起其上方沥青加铺层内出现应力集中所造成的,它包括因温度变化引起水泥砼膨胀或收缩而产生的水平位移,以及因交通荷载作用而产生的竖向剪切位移。当水泥板块接缝传荷能力不足时,沥青加铺层在接缝处产生的竖向剪切应力会很大,从而在接缝上方的加铺层中产生应力集中,导致反射裂缝的产生,进而导致面层的开裂和剥落,表面水下渗,造成路面损坏。为此,对水泥砼路面改造技术需进一步分析研究,加强对其建设质量的控制。 

旧水泥砼路面加铺沥青砼面层是一种特殊的路面结构,其应力、应变特性与一般的弹性层状体系有较大的差别,根据国内外的研究成果和实践经验,防止反射裂缝主要从应力消散和沥青面层加筋两方面进行考虑,形成以下处理方法:


1)增加沥青层厚度 

沥青层厚度的增加意味着弯曲刚度的增加,荷载引发的应力相应减少。较厚的沥青层也减少了旧面板中的温度变化,温度诱发的罩面层中的拉应力也随之减少。增加厚度仅在一定范围内有效,防止反射裂缝的效果不明显,工程费用增加较大,目前国内没有单纯采用此方法来抑止反射裂缝。 


2)设置隔离层

在水泥板块及沥青加铺层中间设置具有一定变形能力的隔离层,如开级配沥青碎石,来减小沥青面层受到的剪切应力。此方法在以前的工程实践中应用较多,但有一定局限性,一是因为沥青碎石的变形能力有限,只能起延缓作用,不能根治。二是增加沥青碎石后,路面标高抬高较多,不适用于城镇已建成段。 


3)加筋沥青层 

把纤维加入沥青加铺层的底部,或铺设土工织物形成加筋沥青层,可以延缓反射裂缝的产生。目前使用较多的是玻纤格栅。玻纤格栅具有较高的拉伸强度、较低的延伸率和耐高温性能。与沥青砼碾压成一体后,可以明显提高沥青砼的抗弯拉强度,同济大学的试验结果表明,设置玻纤格栅的沥青砼与普通砼相比,抗弯拉强度增加73%。玻纤格栅对反射裂缝的产生有明显的延缓作用。一般在水泥面板注浆处理良好的基础上,设置1层玻纤格栅可延缓2~3年,设置2层玻纤格栅可延缓4~5年。

 

4)改善沥青混合料性能 

在沥青混合料中添加改性材料,提高沥青砼的变形能力和抗剪强度。改性后的沥青砼可铺筑于砼面板和上面层之间,作为应力消减层使用,以适应温度和荷载引起的变形,可抑止反射裂缝的出现。上海浦东路桥2005年研发的“GOSG” 砼即属于此种混合料。“GOSG” 砼是在间断半开级配的沥青砼中加入高粘度沥青改性剂RST。半开级配砼具有一定的变形能力,和RST固有的强韧弹性和可塑性相结合,形成高性能的改性沥青砼,能有效的提高沥青在高温下抗变形和低温下抗裂、抗松散能力,明显增强加铺沥青面层的耐久性,提高沥青抗反射裂缝的能力。试验数据表明,“GOSG” 砼的抗剪切能力和抗疲劳能力比一般砼均提高10~15倍。 


5)原有板块打裂或碎石化

破碎工艺的原理是通过对旧水泥砼路面进行破碎而减少甚至消除水泥砼板块对加铺层的反射裂缝。破碎工艺的过程就是将水泥砼板块破碎成较小的片断或颗粒,这些片断和颗粒因为尺寸减小,相对于车辆荷载来说是更加均匀的结构层,在压实后进行加铺就能有效控制反射裂缝的产生。破碎工艺按破坏特性的不同分为三种:震裂压稳、碎裂压稳和碎石化。震裂压稳和碎裂压稳都是通过特殊设备将水泥砼板块纵向破碎成较短长度,然后用较大的(50t)胶轮压路机碾压大于3次,使其牢固嵌挤在基层顶面上,然后再进行加铺。震裂压稳和碎裂压稳的主要区别是震裂压稳破碎后的裂缝不明显,这与破碎时机械的冲击作用不同有关。根据国外的研究成果,震裂压稳和碎裂压稳技术处理的旧水泥砼路面上的沥青砼加铺层也会产生反射裂缝,与不进行破碎的类似结构相比,其反射裂缝出现的时间和反射裂缝出现的数目有所改善,反射裂缝开始出现的时间推迟2~3年,反射裂缝的数目相对减少20%左右。 

碎石化处理用特定的破路机械将原水泥路面破碎成2.5~20cm大小的碎石,经压路机碾压后,使其与原有的基层一起成为新路面基层,再加铺沥青砼面层。破碎后细颗粒集中在路面上部,粗颗粒集中在路面下部,形成类似级配碎石的柔性基层。 

目前水泥路面碎石化处理的机械有两种,单头共振式破碎机和多头冲击式破碎机。 

单头共振式破碎机以每秒不小于44次的频率,25.4mm的振幅及908kg的力来使砼板破碎。破碎头宽度为15cm,破碎后的砼碎块尺寸一般不大于15cm,多数在2.5至7.5cm。 

多头冲击式破碎机有12个或16个重锤两种,每分钟冲击30至35次。行进速度每0~8km/h,机器总重约22t至26t。破碎原理是靠十几个重锤的自重,以每分钟三十多次的频率,落在砼面板上,冲击打碎砼路面板。行走宽度每幅1m到3.9m,破碎后的砼碎块尺寸一般在7.5cm以下。 

单头共振式破碎机采用高频低幅的原理,对地下管线的影响较小,噪音相对较小,适用于城镇道路,破碎单价较高,约50~55元/m2。 

多头冲击式破碎机采用低频高幅的原理,振动强度大,对地下管线影响大,噪音相对较大,适用于公路,破碎单价较低,约25~30元/m2。 


三、结束语

“白改黑”工程的关键就是防反射裂缝措施。旧水泥砼路面改建及反射裂缝产生机理和防止技术是我国道路技术领域的一大课题,目前国内外仍处于研究、试验阶段,尚未有成熟的理论和相应的设计规范。因此制定出适合我国国情的旧水泥砼板块处理技术指标、设计参数、评价方法及评价标准,确定加铺层设计方法,制定反射裂缝产生机理和防止技术,显得尤为迫切。 


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