剛?cè)釓?fù)合式路面結(jié)構(gòu)特點及常見病害分析

1、剛?cè)釓?fù)合式路面結(jié)構(gòu)特點及常見病害分析【摘要】 剛?cè)釓?fù)合式路面通常指的是水泥混凝土路面加鋪 瀝青面層后形成的復(fù)合式路面 ,廣義上講 , 凡是面層結(jié)構(gòu)材料的 模量相差特別大 , 明顯呈現(xiàn)“一剛一柔”相結(jié)合的特點的路面都 可以稱為剛?cè)嵝月访?。由于材料差異較大 , 剛?cè)嵝月访嬗兄S多 不同于一般路面結(jié)構(gòu)的行為特點 , 本文將對剛?cè)釓?fù)合式路面結(jié)構(gòu) 的特點進行全面深入的分析。 ?【關(guān)鍵詞】剛?cè)釓?fù)合路面 ;界面層;抗剪強度;拉拔試驗 ;剪切 試驗?fe ?( 414000)?71, ,a aa .,a .?y 1丿7777?fe ?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)

2、 , 它不僅具有瀝青路面行車舒適和噪音小的特點 , 還具 有水泥路面強度高、 承載能力大和穩(wěn)定性好的特點。 剛?cè)釓?fù)合式 路面主要問題集中在兩個方面 : 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題。舊水泥路面原有的 接縫及在使用過程中產(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 ?2.1 結(jié)構(gòu)組成特點。 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

3、層 +瀝青面 層。瀝青加鋪層厚度較大時 , 通常分兩層攤鋪 ,層間灑乳化瀝青粘 層油以加強粘結(jié) , 兩層混合料的級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度高、剛度大、溫度敏 感性小 , 材料模量相對比較穩(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

4、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)嵝月访嬖谲囕v 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)車轍和開裂。 ?2.2 力學(xué)行為特點。 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。 剛?cè)嵝月访娴拿鎸硬牧嫌蓜傂缘乃嗷炷涟搴腿?性的瀝青混合料組成 , 其受力呈現(xiàn)以下幾個方面的特點 :(1) 當(dāng)面 層瀝青混合料厚度較小時 ,路面呈現(xiàn)出剛性路面特點 , 水泥混凝 土板承受較大的豎向應(yīng)力和水平應(yīng)力。 此時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

5、 青面層較厚時 ,此時瀝青面層具有明顯的抗剪效應(yīng) ,也就是說 ,瀝 青面層承受了主要的水平應(yīng)力。同時 , 對豎向應(yīng)力也起到了很好 的擴散作用。 (3) 在剛?cè)嵝月访娼Y(jié)構(gòu)中 ,無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^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 , 面層混合料模量對結(jié)構(gòu)的受力也 有較大影響。 瀝青混合料的級配、 瀝青的勁度等直接影響其擴散 荷載的能力。 ?

6、3. 剛?cè)釓?fù)合式路面損壞模式及原因分析 ?3.1 損壞模式。大量的工程實踐表明 , 剛?cè)嵝月访娴膿p壞形式主要有以下三 種:(1) 開裂 ;(2) 車轍;(3) 水損壞。剛?cè)嵝月访娴拈_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。通過對裂縫處鉆芯取樣 , 可明顯看到反射裂縫由下向上發(fā)展的痕跡。剛?cè)嵝月访?的車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)?性路面的車轍僅發(fā)生在瀝青面層 , 其下部的水泥混凝土板是不會 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 ,

7、嚴(yán)重時可產(chǎn)生唧泥。 ?3.2 損壞原因。首先, 從設(shè)計方面來看 , 沒有對剛?cè)釓?fù)合式路面的實際受力 情況進行深入細(xì)致的分析 , 沒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)計出來的瀝青面層厚度不合理。剛?cè)峤?面的處理也缺乏相關(guān)理論作為指導(dǎo) ,界面處理方式簡單粗糙 , 防 水粘結(jié)材料的選擇不嚴(yán)格 ,導(dǎo)致界面層無法起到應(yīng)有的作用 , 嚴(yán) 重影響了剛?cè)嵝月访娴氖褂脡勖?。此?, 對加鋪層瀝青混合料的 組成設(shè)計方面也缺乏研究 , 常采用與普通瀝青路面相同的礦料級 配和相同品質(zhì)的瀝青 , 沒有從剛?cè)嵝月访娴膶嶋H使用狀況出發(fā)考 慮瀝青面層材料的設(shè)計問題。 其次, 在材料方面 ,目前還有待開

8、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)?界面極其苛刻的受力環(huán)境。對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, 對其抗疲勞開裂性能 ,耐久性等要求就更高。 因此, 重點研究用于 剛?cè)嵝月访娼缑鎸雍兔鎸拥幕旌狭喜牧暇哂兄匾膶嵱脙r值。 ?4. 反射裂縫的形成機理及防治措施 ?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 , 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

9、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)力超過瀝青混合料的抗拉強度 , 瀝青 層就會開裂。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)過大的拉應(yīng) 力。(2) 加鋪厚的瀝青層 , 雖然厚的瀝青層對于延緩反射裂縫的發(fā) 展能起到一定的作用 ,但是從經(jīng)濟上考慮是不可取的

10、 , 且過厚的 瀝青層會帶來其他的問題 ,如車轍可能會因此變得嚴(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 ,事實證明這樣做能很好的控制反射裂 縫問題 , 因為它避免了瀝青層中可能出現(xiàn)的應(yīng)力集中現(xiàn)象。 但是, 這樣處理對環(huán)境影響較大 , 且破碎過程中對原有路基的強度和穩(wěn) 定性會造成很大的傷害 ,同時,有學(xué)者認(rèn)為 , 這樣做是一種很浪費 的行為,因為, 它沒有充分利用原有路面的強度 ,而是毀壞了這種 強度。(4) 加鋪夾層。 通過對剛?cè)嵝越缑娴奶幚?,設(shè)計厚度幾毫米 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

11、 是最有效也是最經(jīng)濟的解決剛?cè)嵝月访娣瓷淞芽p的辦法。 ?5. 車轍和推移的形成機理及防治措施 ? 車轍和推移是發(fā)生在瀝青面層的永久性變形。 車轍表現(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度不夠 ,導(dǎo)致后期在車輛荷載的作用下 , 混 合料被進一步壓密所致 ,由此產(chǎn)生的車轍也叫 “再壓密型” 車轍。 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) , 在車輛荷載的作用下 , 瀝青混合料出現(xiàn)側(cè)向的剪切流動 , 形成車 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轍。 推移主要是由于瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性不足 , 在車輛荷載水平

12、 力的作用下 , 發(fā)生推移。對于剛?cè)嵝月访娑?,由于面層瀝青混合 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)合式路面的車轍并不是十 分突出的問題。推移現(xiàn)象倒是常見 , 這主要是由于剛?cè)峤缑娴目?剪及粘結(jié)強度不夠所致。 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。 ?對于剛?cè)嵝月访娉霈F(xiàn)的車轍和推移病害 , 主要的處治措施是 兩個方面 ,一方面提高瀝青面層混合料的高溫穩(wěn)定性和強度 , 采 用高性能的改性瀝青作為粘結(jié)料。另一方面 , 重點加強剛?cè)峤缑?的粘結(jié)處理 , 提高其抗剪強度和粘結(jié)強度。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 ?水損壞是一個帶有普遍性的話題 , 在此不做詳細(xì)分析。剛?cè)?性路面的水損壞的發(fā)生主要還是由于面層瀝青混合料的設(shè)計空 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 48。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 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,